ANALISIS PERHITUNGAN DEBIT
DAN HEAD LOSS PADA SISTEM JARINGAN PIPA DI PDAM TIRTANADI CABANG SUNGGAL KAWASAN
PERUMAHAN TAMAN SETIA BUDI INDAH II MEDAN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil
MONALISA 090424044
Dosen Pembimbing:
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc NIP. 19660417 199303 1 004
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2018
ABSTRAK
Pemakaian jaringan pipa dalam bidang teknik sipil salah satunya terdapat pada sistem jaringan distribusi air minum. Distribusi kebutuhan air minum untuk kebutuhan hidup sehari-hari sangat penting. Begitu juga analisis jaringan pipa cukup komplek dan memerlukan perhitungan yang besar. Dalam sistem jaringan distribusi air minum menggunakan pipa, faktor kehilangan tinggi tekanan perlu diperhatikan. Apabila debit dan kehilangan tinggi tekanan cukup besar dapat mengakibatkan tidak terdistribusinya air dengan baik.
Tahapan-tahapan dalam penyelesain tugas akhir ini yaitu terlebih dahulu mengumpulkan data yang dibutuhkan baik data primer maupun sekunder dari PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal. Tahapan berikutnya adalah menghitung debit dan kehilangan tinggi tekanan yang dilakukan dengan menggunakan Hardy-Cross dengan menggunakan persamaan Darcy Weisbach.
Hasil perhitungan dan analisa kebutuhan air minum untuk salah satu PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal yaitu Kawasan Perumahan Taman Setia Budi Indah II Medan, diperoleh total kebutuhan air 822,060 m3 per hari dengan jumlah pelanggan sebanyak 693 NPA. Adapun besarnya kapasitas beban puncak (kebutuhan air pada jam maksimum) sebesar 0,045545 m3/det. Kehilangan tinggi tekanan karena adanya gesekan antara pipa (nilai hf ) sebesar 0,73097 m pada pipa 63-61. Selain itu, kehilangan tinggi tekanan yang terjadi di Kawasan Perumahan Taman Setia Budi Indah II berdasarkan analisa debit sebesar 4,67%.
Dari hasil perhitungan disimpulkan bahwa kebutuhan air dalam sehari di Kawasan Perumahan Taman Setia Budi Indah II Medan masih terpenuhi oleh PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal. Pengaliran air yang terjadi di daerah Kawasan Perumahan Taman Setia Budi Indah II tergolong cukup baik lebih kecil dari 20%. Kehilangan tinggi tekanan ini disebabkan oleh faktor teknis, non teknis, dan penggunaan pompa ilegal oleh pelanggan.
Kata Kunci: debit, kehilangan tinggi tekanan, metode Hardy-Cross
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yesus yang telah melimpahkan kasih dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah "ANALISIS PERHITUNGAN DEBIT DAN HEAD LOSS PADA SISTEM JARINGAN PIPA DI PDAM TIRTANADI CABANG SUNGGAL KAWASAN PERUMAHAN TAMAN SETIA BUDI II MEDAN".
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis hanya dapat mengucapkan terima kasih atas segala jerih payah, motivasi dan doa yang diberikan hingga penulis dapat menyelesaikan studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, terutama kepada :
1. Terimakasih teristimewa penulis ucapkan kepada almarhum ayah dan ibu, bapak dan ibu mertua tercinta, suami tersayang, abang adik, team Tanamas Land dan teman-teman yang selalu mendukung, membimbing, dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc dan Bapak Ivan Indrawan, ST, MT., sebagai dosen utama yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ibu Riza Inanda Siregar, ST,MT dan Ir. MakmurGinting, M.Sc sebagai dosen penguji.
4. Bapak Dr. Medis Sejahtera Surbakti, ST, MT, Ph.D, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng. Sc., sebagai Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi.
6. Seluruh Dosen dan pegawai Universitas Sumatera Utara khususnya Jurusan Teknik Sipil yang telah mendidik dan membina penulis sejak awal hingga akhir perkuliahan.
7. Pimpinan dan seluruh Staf PDAM Tirtanadi Sumatera Utara dan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal yang telah membantu dan memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
8. Terimakasih juga penulis ucapkan kepada rekan-rekan mahasiswa dan teman- teman yang memberikan dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya, oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semuanya.
Medan, April 2018 Penulis,
Monalisa 090424044
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR NOTASI ... ix
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Pembatasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Metodologi Penulisan ... 4
1.7 Sistematika Penulisan ... 5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Umum ... 7
2.2. Kebutuhan Konsumsi Air Bersih ... 9
2.2.1 Kebutuhan Air Domestik ... 9
2.2.2 Kebutuhan Non Domestik ... 12
2.3 Kapasitas dan Kebutuhan Fluktuasi Air Bersih ... 15
2.4 Debit Aliran ... 16
2.5 Persamaan Bernoulli ... 18
2.6 Aliran Laminar dan Turbulen ... 21
2.7 Metode Pendistribusian Air ... 22
2.7.1 Cara Gravitasi ... 22
2.7.2 Cara Pepompaan ... 22
2.7.3 Cara Gabungan ... 23
2.8 Kehilangan Tinggi Tekanan (Head Loss) ... 23
2.8.1 Kehilangan Tinggi Tekanan Mayor (Mayor Losses) ... 23
2.8.1.1 Persamaan Darcy-Weisbach ... 23
2.8.1.2 Persamaan Hazen-Williams ... 27
2.8.2 Kehilangan Tinggi Tekan Minor (Minor Losses) ... 28
2.9 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa ... 30
2.10Mekanisme Aliran Pada Pipa ... 31
2.10.1 Pipa Hubungan Seri ... 31
2.10.2 Pipa Hubungan Paralel ... 33
2.10.3 Pipa Bercabang ... 34
2.11Analisa Sistem Jaringan Pipa ... 37
2.12Prosedur Hitungan Metode Hardy-Cross ... 38
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ... 41
3.1 Gambaran Umum Sistem Jaringan ... 41
3.2 Metode Pengumpulan Data ... 42
3.3 Rancangan Penelitian ... 43
3.4 Bagan Alir Penelitian ... 44
BAB IV. ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1 Penggolongan Pelanggan dan Penentuan Tarif PDAM Tirtanadi .. 46
4.2 Analisa Kebutuhan Air Bersih ... 49
4.2.1 Kebutuhan Air Bersih Golongan Non Niaga dan Niaga ... 50
4.2.2 Kebutuhan Air Bersih Golongan Sosial ... 51
4.3 Karakteristik Pipa yang Digunakan ... 56
4.4 Analisis Kehilangan Tinggi Tekanan Secara Teknis dan Non Teknis ... 59
4.5 Analisis Kehilangan Tinggi Tekanan Pada Sistem Jaringan Pipa Dengan Hitungan Metode Hardy-Cross ... 60
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 87
5.1 Kesimpulan ... 87
5.2 Saran ... 87
DAFTAR PUSTAKA ... 88 LAMPIRAN ... 89-103
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standar Kebutuhan Air Bersih ... 10
Tabel 2.2 Rata-Rata Kebutuhan Air Per Orang Per Hari ... 11
Tabel 2.3 Kekasaran Rata-Rata Pipa -Pipa Komersil ... 24
Tabel 2.4 Koefisien Kekasaran Hazen-Wiliam, C ... 27
Tabel 2.5 Kehilangan Tinggi Tekanan pada KatupAlat Penyesuaian dan Pipa yang Digunakan ... 29
Tabel 4.1 Penggolongan Pelanggan PDAM Tirtanadi dan Blok Harga ... 48
Tabel 4.2 Jumlah Pelanggan Air Minum Komplek PerumahanTaman Setia Budi Indah II PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal ... 50
Tabel 4.3 Estimasi Pemakaian Air Per Hari ... 52
Tabel 4.4 Pemakaian Pada Periode I (05.00-08.00) WIB ... 52
Tabel 4.5 Pemakaian Pada Periode II (08.00-11.00) WIB ... 53
Tabel 4.6 Pemakaian Pada Periode III (11.00-14.00) WIB ... 53
Tabel 4.7 Pemakaian Pada Periode IV (14.00-17.00) WIB ... 53
Tabel 4.8 Pemakaian Pada Periode V (17.00-20.00) WIB ... 53
Tabel 4.9 Pemakaian Pada Periode VI (20.00-23.00) WIB ... 54
Tabel 4.10 Pemakaian Pada Periode VII (23.00-02.00) WIB ... 54
Tabel 4.11 Pemakaian Pada Periode VIII (02.00-05.00) WIB... 54
Tabel 4.12 Total Pemakaian Air Selama 24 Jam ... 54
Tabel 4.13 Data Pipa ... 57
Tabel 4.14 Loop 1 Iterasi 1 ... 66
Tabel 4.15 Loop 2 Iterasi 1 ... 71
Tabel 4.16 Loop 3 Iterasi 1 ... 77
Tabel 4.17 Loop 4 Iterasi 1 ... 83
Tabel 4.18 Faktor Koreksi Iterasi 1 ... 86
Tabel 4.19 Faktor Koreksi Iterasi 1 ... 86
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Aliran dengan Persamaan Kontinuitas ... 17
Gambar 2.2 Garis Tenaga dan Tekanan Pada Zat Cair Ideal ... 19
Gambar 2.3 Diagram Moody ... 25
Gambar 2.4 Pipa Hubungan Seri ... 31
Gambar 2.5 Pipa Hubungan Paralel ... 33
Gambar 2.6 Pipa Bercabang ... 35
Gambar 2.7 Skema Jaringan Perpipaan yang Dianalisa ... 38
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ... 42
Gambar 3.2 Diagram Alir Metodologi Penelitian ... 45
Gambar 4.1 Pemakaian Air Per Jam ... 55
Gambar 4.2 Loop 1 Pada Iterasi 1 ... 63
Gambar 4.3 Loop 2 Pada Iterasi 1 ... 68
Gambar 4.4 Loop 3 Pada Iterasi 1 ... 74
Gambar 4.5 Loop 1 Pada Iterasi 1 ... 80
DAFTAR NOTASI
Q = Debit/laju aliran dalam pipa (m3/det) Qmaks = Kebutuhan air harian maksimum (m3/det) fpeak = Faktor fluktuasi jam maksimum ( 1,5 - 2,5) A = Luas penampang aliran (m2)
v = Kecepatan aliran (m/det)
hf = Kerugian gesekan dalam pipa (m) L = Panjang pipa (m)
C = Koefisien kekasaran pipa Hazen - Williams d = Diameter dalam pipa (m)
g = Percepatan gravitasi (m/det2) k = Koefisien kerugian
n = Koefisien kekasaran Manning f = Faktor Gesekan
γ 1
2 P
P −
= Perbedaan head tekanan γ = Berat jenis air (9810 N/ m3) Z2- Z1 = Perbedaan head statis s = Kekasaran pipa
u. = viskositas dinamik (Pa.det) Re = Bilangan Reynold
V1 = Kecepatan pada titik awal V2 = Kecepatan pada titik akhir
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air menjadi kebutuhan manusia yang sangat penting, begitu juga dengan seluruh mahluk hidup yang ada di bumi ini. Dalam pemenuhan air tersebut manusia melakukan berbagai upaya untuk mendapatkannya. Dalam hal ini pemenuhan air bersih untuk dikonsumsi, baik untuk air minum, maupun untuk kebutuhan rumah tangga lainnya.
Penanganan akan pemenuhan kebutuhan air bersih dapat dilakukan dengan berbagai cara, disesuaikan dengan sarana dan prasarana yang ada. Sistem penyediaan air bersih dilakukan dengan sistem perpipaan dan non perpipaan.
Sistem perpipaan dikelola oleh Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) dan sistem non perpipaan dikelola oleh masyarakat baik secara individu maupun kelompok.
Sistem perpipaan berfungsi untuk mengalirkan zat cair dan satu tempat ke tempat yang lain. Aliran terjadi karena adanya perbedaan tinggi tekanan di kedua tempat, yang bisa terjadi karena adanya perbedaan elevasi muka air atau karena adanya pompa. Pemakaian jaringan pipa dalam bidang teknik sipil terdapat pada sistem jaringan distribusi air minum.
Sistem jaringan ini merupakan bagian yang paling mahal dan suatu perusahaan air minum. Oleh karena itu harus dibuat perencanaan yang teliti untuk mendapatkan sistem distribusi yang efisien. Debit air yang disediakan tergantung pada jumlah penduduk dan sistem jaringan distribusi yang dilayani.
Saat ini kualitas dan daya dukung lingkungan semakin menurun.
ketersediaan air yang dapat langsung dikonsumsi dan alam juga semakin berkurang. Keadaan ini juga diikuti oleh menurunnya tekanan-tekanan air ke seluruh daerah pelayanan, sehingga konsumen mempergunakan berbagai cara untuk memperoleh air sesuai dengan keinginannya.
Oleh karena itu tugas akhir ini membahas tentang debit aliran yang didistribusikan melalui masing-masing pipa dan kehilangan tinggi tekanan (head loss) pada sistem jaringan pipa daerah layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal dengan menggunakan metode Hardy-Cross.
1.2 Perumusan Masalah
Pada sistem jaringan pipa transmisi air minum banyak permasalahan yang timbul diantaranya adalah permasalahan perhitungan debit dan kehilangan tinggi tekanan di masing-masing pipa dalam jaringan yang bersangkutan sehingga ketersediaan air yang dapat dikonsumsi langsung oleh konsumen akan semakin berkurang.
Oleh karena itu diperlukan cara untuk menganalisa perhitungan debit dan kehilangan tinggi tekanan pada jaringan pipa transmisi air minum dengan metode Hardy-Cross dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach. Metode ini merupakan suatu metode yang lebih efisien dipergunakan untuk menetapkan besarnya debit dan kehilangan tinggi tekanan di masing-masing pipa dalam jaringan yang bersangkutan.
1.3 Pembatasan Masalah
Adapun pembatasan masalah yang diambil dalam Tugas Akhir ini adalah:
Metode yang digunakan adalah metode Hardy-Cross dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach dan jaringan pipa yang akan dianalisa hanya sistem jaringan pipa daerah layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal yaitu Perumahan Taman Budi Setia Indah II Medan.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian Tugas Akhir ini bertujuan untuk:
1. Mengetahui besarnya debit pada sistem jaringan pipa daerah layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal di Kawasan Perumahan Taman Budi Setia Indah II Medan;
2. Mengetahui besarnya kehilangan tinggi tekanan dengan metode Hardy-Cross pada sistem jaringan pipa daerah layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal di Kawasan Perumahan Taman Budi Setia Indah II Medan;
3. Mengetahui penggunaan metode Hardy-Cross dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach pada suatu jaringan pipa.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dan penelitian ini adalah:
1. Menambah wawasan dan pengetahuan tentang sistem jaringan pipa daerah layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal;
2. Ditinjau dan aspek akademis untuk mengaplikasikan teori yang selama ini dipelajari pada masa perkuliahan ke dalam pemecahan suatu masalah terutama masalah di bidang teknik sumber daya air;
3. Memberikan tambahan informasi bagi kalangan perencana instalasi perpipaan, sehingga dapat membuat jaringan instalasi pipa yang lebih efektif, efisien, ekonomis dan aman.
1.6 Metodologi Penulisan
Adapun metode penulisan yang dilakukan dalam penyelesain Tugas Akhir ini adalah:
1. Studi Pustakan Literatur
Studi pustaka dilakukan untuk mengumpulkan data-data dan informasi dan buku, serta jurnal-jurnal yang mempunyai relevansi dengan pembahasan dalam tugas akhir ini dan masukan-masukan dan dosen pembimbing.
2. Studi Lapangan
a. Pengambilan data sekunder
Dilakukan pengumpulan data-data sekunder yang diperoleh dan instansi terkait.
b. Pengambilan data primer
Data yang diperoleh dengan mengadakan survei di lapangan.
3. Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari lapangan dan kepustakaan yang sesuai dengan pokok bahasan, disusun secara sistematis dan logis, serta dilakukan korelasi sehingga diperoleh suatu gambaran umum yang akan dibahas dalam tugas akhir ini.
4. Analisa Data
Dari hasil pengolahan data akan diperoleh besar distribusi debit aliran dan kehilangan tinggi tekanan pada setiap masing-masing pipa.
5. Penulisan Laporan Tugas Akhir
Seluruh data dan hasil pengolahannya akan disajikan dalam satu laporan yang telah disusun sedemikian rupa hingga berbentuk sebuah laporan tugas akhir.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini bertujuan untuk memberikan gambaran secara garis besar isi setiap bab yang akan dibahas sebagai berikut:
Bab I. Pendahuluan
Bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan dan tugas akhir ini.
Bab II. Tinjauan Pustaka
Bab ini berisi uraian tentang konsep dasar pada aliran pipa, kebutuhan konsumsi air bersih, kapasitas dan kebutuhan fluktuasi air bersih, persamaan Bernoulli, aliran laminer dan turbulen, metode pendistribusian air, kehilangan tinggi tekanan, persamaan empiris untuk aliran di dalam pipa, jaringan pipa dan prosedur perhitungan Hardy-Cross.
Bab III. Metodologi Penelitian
Bab ini berisi uraian tentang persiapan penelitian mencakup gambaran umum sistem jaringan layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal, metode pengumpulan data, rancangan penelitian, dan bagan alir penelitian,
Bab IV. Analisa dan Pembahasan
Bab ini berisi analisa dan pembahasan hasil penelitian kebutuhan air bersih, karakteristik pipa, analisa kehilangan tinggi tekanan secara teknis dan non teknis pada sistem jaringan pipa Komplek Perumahan Taman Setia Budi Indah II Medan, analisa kehilangan tinggi tekanan pada sistem jaringan pipa dengan hitungan metode Hardy-Cross.
Bab V . Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dan seluruh kegiatan tugas akhir ini.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Suatu penyediaan air bersih yang mampu menyediakan air yang dapat diminum dalam jumlah yang cukup merupakan hal penting bagi suatu kota besar yang modren. Unsur-unsur yang membentuk suatu sistem penyediaan air yang moderen meliputi (Djoko, 1986):
1. Sumber-sumber penyediaan;
2. Sarana-sarana penampungan;
3. Sarana-sarana penyaluran;
4. Sarana-sarana pengolahan;
5. Sarana-sarana penyaluran (dan pengolahan) tampungan sementara;
6. Sarana-sarana distribusi.
Dalam hal ini pembahasan lebih dipusatkan pada hal sistem distribusi jaringan pipa air bersih. Sistem distribusi yang ekstensif diperlukan untuk menyalurkan air ke masing-masing langganan dalam jumlah yang dibutuhkan dengan tekanan yang diharapkan. Sistem distribusi seringkali merupakan investasi utama dalam jaringan air kota. Suatu sistem distribusi seperti pohon dengan banyak titik-titik ujung yang mati tidaklah baik, karena air dapat berhenti di ujung-ujung sistem itu. Lebih dan itu bila diperlukan perbaikan, suatu daerah yang luas harus ditutup penyaluran airnya. Akhirnya dengan kebutuhan lokal yang
besar pada waktu terjadinya kebakaran, kehilangan tinggi tekanan dapat besar sekali, kecuali jika pipanya cukup besar.
Suatu sistem pipa tunggal adalah sistem dengan sebuah pipa yang melayani kedua sisi suatu jalan. Suatu sistem pipa rangkap mempunyai sebuah jaringan pada masing-masing sisi jalan. Keuntungan utama dan sistem dua pipa ini adalah bahwa perbaikan dapat dikerjakan tanpa mengganggu lalu lintas dan tanpa merusak lapis penutup jalan. Dalam perencanaan sistem jaringan distribusi pipa air bersih kebutuhan tekanan haruslah dipertimbangkan.
Perencanaan suatu sistem jaringan pendistribusian air bersih menuntut adanya peta detail dan kota yang bersangkutan, yang memuat garis-garis kontur (semua elevasi yang menentukan) serta jalan-jalan dan petak-petak yang ada sekarang maupun yang ada dibangun di masa depan. Setelah menelaah kondisi topografi dan menetapkan sumber air bersih untuk distribusi, kota itu dapat dibagi atas daerah-daerah yang masing-masing harus dilayani oleh sistem distribusi yang terpisah. Pipa-pipa penyalur haruslah cukup besar mengalirkan kebutuhan yang diperkirakan dengan tekanan yang memadai. Program-program komputer yang mempergunakan metode Hardy-Cross atau teknik-teknik matriks yang lebih efisien dipergunakan untuk menetapkan besarnya debit dan kehilangan tinggi tekanan di masing-masing pipa dalam jaringan yang bersangkutan.
Pengaruh aliran dalam pipa-pipa pelengkap pada awalnya diabaikan, tetapi dapat dihitung kemudian. Aliran di dalam jaringan pipa penyalur dianalisis untuk memenuhi kebutuhan diberbagai wilayah yang berbeda. Dalam memilih pipa-pipa penyalur, kebutuhan kapasitas masa depan haruslah dipertimbangkan. Setelah
jaringan pipa penyalur ditetapkan, pipa-pipa distribusi ditambahkan ke sistem yang bersangkutan. Perhitungan hidrolik hanyalah akan merupakan perkiraan, karena semua faktor yang mempengaruhi aliran barangkali tidak dapat di perhitungkan.
2.2 Kebutuhan Konsumsi Air Bersih 2.2.1 Kebutuhan Air Domestik
Pemenuhan kebutuhan air untuk domestik memiliki bagian terbesar dalam kebutuhan dasar perencanaan unit pengolahan. Faktor kebiasaan, pola dan tingkat kehidupan yang didukung oleh adanya perkembangan sosial ekonomi memberikan pengaruh terhadap peningkatan kebutuhan dasar air. Dikenal ada 2 (dua) kategori fasilitas penyediaan air bersih/minum, yaitu:
a. Fasilitas Perpipaan, terdiri dari Sambungan Rumah (SR), Sambungan Halaman, dan Sambungan Umum.
b. Fasilitas Non Perpipaan, terdiri dan : Sumur Umum, Hidran Umum/Kran.
Perlu diketahui pula adalah jumlah kebutuhan rata-rata air bersih per orang per hari, dimana dibedakan atas kategori kota dan perdesaan. Tingkat pemakaian air bersih secara umum ditentukan berdasarkan kebutuhan manusia untuk kehidupan sehari-hari. Kebutuhan air menurut jenis kota:
Tabel 2.1 Standar Kebutuhan Air Bersih (Dep. PU, 2007)
Kategori Kota
Jumlah Penduduk Penyediaan air (liter/orang/hari)
Kehilangan Air (%)
SR HU
Metropolitan Besar
Sedang Kecil IKK
> 1.000.000 500.000-1.000.000
100.000-500.000 20.000-100.000
<20.000
190 170 150 130 100
30 30 30 30 30
20 20 20 20 20
2.2.2 Kebutuhan Non Domestik
Kebutuhan air non domestik merupakan tahap berikutnya dalam perhitungan kebutuhan air bersih, besaran pemakaiannya ditentukan oleh jumlah konsumen non domestik yang terdiri dari fasilitas-fasilitas yang telah disebutkan.
Sebagaimana penjelasan sebelumnya bahwa ada beberapa faktor yang dapat menentukan perkembangan jumlah fasilitas tersebut, yaitu pertambahan penduduk, jenis dan perluasan fasilitas serta perkembangan sosial ekonomi.
Perhitungan proyeksi fasilitas dapat dilakukan dengan pendekatan perbandingan.
Tabel 2.2 Rata-Rata Kebutuhan Air Per Orang
No. Jenis gedung
Pemakaian air rata-rata
sehari (liter)
Jangka waktu Pemakaian air rata-rata sehari
(jam)
Perbandingan luas lantai efektif total
(%)
Keterangan
1 Perumahan mewah
250 8-10 42-45 Setiap
penghuni
2 Rumah biasa 160-250 8-10 50-53 Setiap
Penghuni
3 Apartemen 200-250 8-10 45-50
Mewah: 250 liter
Menengah:
180 liter Sendiri: 120 Liter
4 Asrama 120 8 45-48 Sendiri
5 Rumah Sakit 1000 8-10 50-55
Pasien: 500 liter
Staf/Pegawai:
120 liter Kel. Pasien:
160 liter
6 SD 40 5 58 Guru : 100
liter
7 SLTP 50 6 58 Guru : 100
liter 8. SLTA dan
lebih tinggi 80 6 Guru/Dosen
100 liter
No. Jenis gedung
Pemakaian air rata-rata
sehari (liter)
Jangka waktu Pemakaian air rata-rata sehari
(jam)
Perbandingan luas lantai efektif total
(%)
Keterangan
9 Rumah Toko 100-200 8 Penghuninya
160 Liter 10 Gedung
Kantor 100 8 60-70 Setiap Pegawai
11
Toko Serba Ada/Depart emen Store
3 7 55-60
12
Pabrik/indu stri
Buruh Pria:
60 Wanita: 100
7 55-60
Per orang, setiap giliran (kalau kerja lebih dan 8 jam)
13
Stasiun/Ter Minal
3 15
Setiap penumpang (yang tiba maupun berangkat)
14 Restoran 30 5
Untuk
penghuni:160 liter
15 Restoran
Umum 15 7 Untuk
penghuni: 160
liter, pelayan:.
100 liter, 70%
dari jumlah tamu perlu 15 liter/orang untuk kakus, cuci tangan, dan lain-lain
16 Gedung
pertujunkan 30 5 53-55
Kalau digunakan siang dan malam, pemakaian air dihitung per penonton, jam pemakaian dalam tabel adalah untuk satu kali pertunjukan
No. Jenis gedung
Pemakaian air rata-rata
sehari (liter)
Jangka waktu Pemakaian air
rata-rata sehari
(jam)
Perbandingan luas lantai efektif total
(%)
Keterangan
17 Gedung
Bioskop 10 7
18 Toko 40 6 Pedagang
Pengecer besar: 30 liter/tamu, 10 liter/staf, atau 5 liter/hari setiap m2 luas lantai
19 Hotel/Pengi
napan 250-300 10
Untuk setiap tamu, untuk staf 120-150 liter,
penginapan 200 liter
20 Gedung
peribadatan 10 2
Berdasarkan jumlah jemaah
21 Perpusta
kaan 25 6
Untuk setia pembaca yang tinggal
22 Bar 30 6 Setiap Tamu
23 Perkumpulan
Sosial 30 Setiap Tamu
24 Kelab Malam 120-350 Setiap Tempat
Duduk 25 Gedung
Perkumpulan 150-200 Setiap Tamu
26 Laboratorium 100-200 8 Setiap Staff
2.3 Kapasitas dan Kebutuhan Fluktuasi Air Bersih
Penentuan kebutuhan air mengacu kepada kebutuhan air harian maksimum (Qmaks) serta kebutuhan air jam maksimum (Qpeak) dengan referensi kebutuhan air rata-rata.
a. Kebutuhan air rata-rata harian (QAV) adalah jumlah air yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan domestik, non domestik dan kehilangan air.
b. Kebutuhan air harian maksimum merupakan jumlah air terbanyak yang diperlukan pada satu hari dalam kurun waktu satu tahun berdasarkan nilai Q rata-rata harian. Diperlukan faktor fluktuasi kebutuhan harian maksimum dalam perhitungannya.
AV maks
maks f xQ
Q = ... (2.1)
Dimana:
Qmaks = Kebutuhan air harian maksimum (ltr/det) fmaks = Faktor harian maksimum (1 <fm < 1,5) QAv = Kebutuhan air rata-rata harian (ltr/det)
c. Kebutuhan air jam maksimum adalah jumlah air terbesar yang diperlukan pada jam-jam tertentu. Faktor fluktuasi kebutuhan jam maksimum (f) diperlukan dalam perhitungannya.
maks peak
peak f xQ
Q = ... (2.2)
Dimana: Qpeak = Kebutuhan air jam maksimum (ltr/detik) fpeak = Faktor fluktuasi jam maksimum (1 ,5 - 2,5)
Qmax = Kebutuhan air harian maksimum (ltr/detik)
Banyak faktor yang mempengaruhi fluktuasi pemakaian air per jam, dan untuk mendapatkan data ini diperlukan survei dan penelitian terhadap aktivitas, kebiasaan serta kebutuhan air konsumen. Selain kapasitas produksi pada unit pengolahan, perlu diperhitungkan juga faktor-faktor lain yang berpengaruh terhadap perencanaan unit pengolahan.
d. Kehilangan air yaitu selisih antara jumlah air yang diproduksi di unit pengolahan dengan jumlah air yang dikonsumsi dari jaringan distribusi.
Berdasarkan kenyataan di lapangan, kejadian akan kehilangan air dapat bersifat teknis dan non teknis.
2.4 Debit Aliran
Jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu satuan waktu disebut debit aliran dan diberi notasi Q (Bambang, 1993). Debit aliran biasanya diukur dalam volume zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik per detik (m3/detik) atau satuan yang lain (liter/detik, liter/menit).
Di dalam zat cair ideal, dimana tidak terjadi gesekan. Kecepatan aliran V adalah sama di setiap titik pada tampang lintang. Apabila tampang aliran tegak lurus pada arah aliran adalah A, maka debit aliran diberikan oleh bentuk berikut:
Q = V x A ... (2.3)
Dimana: Q = Debit aliran (m3/det)
V = Kecepatan aliran (m/det) A = luas penampang aliran (m2)
Dalam persamaan kontinuitas zat cair yang tak kompresibel mengalir secara kontiniu melalui pipa atau saluran terbuka, dengan tampang aliran konstan ataupun tidak konstan maka volume zat cair yang lewat tiap satuan waktu adalah semua tampang (Bambang, 1993).
Dipandang dan tabung aliran seperti gambar 2.1 untuk aliran satu dimensi dan mantap, kecepatan rata dan tampang lintang titik 1 dan 2 adalah V1 dan V2.
Sehingga persamaan kontinuitas melalui medan aliran adalah sebagai berikut:
Q1 = Q2 ... (2.4)
Dimana: Q1 dan Q2 = Debit aliran pada penampang 1 dan 2 (m3/det)
Gambar 2.1 Aliran dengan Persamaan Kontinuitas
2.5 Persamaan Bernoulli
Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus didasarkan pada hukum Newton II tentang gerak (F=ma). Persamaan ini diturunkan dengan anggapan bahwa (Bambang, 1993):
1. Zat cair adalah ideal, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi akibat gesekan adalah nol);
2. Zat cair adalah homogen dan tidak termampatkan (rapat massa zat cair adalah konstan);
3. Aliran adalah kontiniu dan sepanjang garis arus;
4. Kecepatan aliran adalah merata dalam suatu penampang;
5. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan tekanan.
Persamaan Bernoulli dapat digunakan untuk menentukan garis tekanan dan tenaga (gambar 2.2). Garis tenaga dapat ditunjukkan oleh elevasi muka air pada tabung pitot yang besarnya sama dengan tinggi total dan konstanta Bernoulli.
Sedang garis tekanan dapat ditunjukkan oleh elevasi muka air di dalam tabung vertikal yang disambung pada pipa (Bambang, 1993).
z g
H 2
ν2
γ ρ + +
= ... (2.5)
Dimana: p = tekanan pada titik A dan B (kN/m2)
V = kecepatan aliran pada titik A dan B (m/det) z = perbedaan ketinggian antara titik A dan B (m)
γ = berat jenis fluida (kN/m3)
g = percepatan gravitasi = 9,81 m/det2
Pada aliran zat cair ideal, garis tenaga mempunyai tinggi telap yang.
menunjukkan jumlah dad tinggi elevasi, tinggi tekanan dan tinggi kecepatan.
Garis tekanan menunjukkan jumlah dan tinggi elevasi dan tinggi tekanan z + p/ γ yang bisa naik atau turun pada arah aliran dan tergantung pada luas tampang aliran. Di titik A dimana tampang aliran lebih kecil dan titik B, mengingat VA lebih besar daripada VB. Akibatnya tinggi tekanan di A lebih kecil daripada di B.
Gambar 2.2 Garis Tenaga dan Tekanan Pada Zat Cair Ideal
Aplikasi persamaan Bernoulli untuk kedua titik di dalam medan aliran adalah:
g B B
g A A
V Z Y
V Z Y
2 2
2 2
+ +
= +
+ ρ ρ
... (2.6)
Dimana: pA dan pB = tekanan pada titik A dan B (kN/m2)
VA dan VB = kecepatan aliran pada titik A dan B (m/det) ZA dan ZB = perbedaan ketinggian antara titik A dan B (m)
y = berat jenis fluida (kN/m3)
g = percepatan gravitasi = 9,81 m/det2
Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan bahwa jumlah tinggi elevasi, tinggi tekanan dan tinggi kecepatan di kedua titik adalah sama. Dengan demikian garis tenaga pada aliran zat cair ideal adalah konstan. Untuk zat cair nil (viskos), dalam aliran zat cair akan terjadi kehilangan tenaga yang harus diperhitungkan dalam aplikasi persamaan Bernoulli. Kehilangan tenaga hanya dapat terjadi karena adanya gesekan antara zat cair dan dinding batas (bf) atau karena adanya perubahan tampang lintang aliran (he). Kehilangan tenaga biasanya dinyatakan dalam tinggi zat cair. Maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dimana dirumuskan sebagai:
g hf V Z Y
g V
ZA + YA + A = B + B + B + 2 2
2
2 ρ
ρ ... (2.7)
Dimana : hf = kehilangan tekanan (m)
PA dan PB = tekanan pada titik A dan B (kN/m2) VA dan VB = kecepatan aliran pada titik A dan B (m/det) ZA dan ZB = perbedaan ketinggian antara titik A dan B (m) y = berat jenis fluida (kN/m3)
g = percepatan gravitasi 9,81 m/det2
2.6 Aliran Laminar dan Turbulen
Aliran viskos dapat dibedakan menjadi dua tipe yaitu aliran laminer dan turbulen. Dalam aliran larniner partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikuti lintasan yang saling sejajar. Aliran ini terjadi apabila kecepatan kecil dan kekentalan besar.
Pengaruh kekentalan adalah 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 suatu batas tertentu akan menyebabkan terjadi perubahan aliran dari laminer ke turbulen gerak partikel- partikel zat cair tidak teratur. Aliran ini kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil (Bambang, 1993).
Menurut Reynolds, ada tiga faktor yang mempengaruhi kead, ‘ yaitu kekentalan zat cair µ (mu), rapat massa zat cair ρ (rho), dan diameter pipa D.
Hubungan antara p. p, dan D yang mempunyai dimensi sama dengan kecepatan adalah µ/ρD
Reynolds menunjukkan bahwa aliran dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu angka tertentu. Angka tersebut diturunkan dengan membagi kecepatan aliran di dalam pipa dengan nilai µ/ρD, yang disebut dengan angka Reynolds (Bambang, 1993). Angka Reynolds mempunyai bentuk berikut:
Re = D V ρ
µ = ρDVµ atau Re = µD V
Dimana: Re = Reynolds number
µ = viskositas dinamik (Pa.det) ρ = rapat massa zat cair (kg/rn3) D = diameter dalam pipa (m)
v = kecepatan aliran dalam fluida (m/det)
Berdasarkan pada pereobaan aliran di dalam pipa, Reynolds menetapkan bahwa untuk angka. Reynolds di bawah 2.000, gangguan aliran dapat diredam oleh kekentalan zat cair dan aliran dalam kondisi tersebut adalah laminer. Aliran akan turbulen apabila angka Reynolds lebih besar 4.000. Apabila angka Reynolds berada diantara kedua nilai tersebut (2000<Re<4000) aliran adalah transisi.
Angka Reynolds pada kedua nilai di atas (Re = 2000 dan Re = 4000) disebut dengan batas kritis bawah dan kritis atas.
2.7 Metode Pendistribusian Air 2.7.1 Cara Gravitasi
Cara gravitasi dapat digunakan apabila elevasi sumber air mempunyai perbedaan cukup besar dengan elevasi daerah pelayanan, sehingga tekanan yang diperlukan dapat dipertahankan. Cara ini dianggap cukup ekonomis, karena hanya memanfaatkan beda ketinggian lokasi (Lelly, 2008).
2.7.2 Cara Pemompaan
Pada cara ini pompa digunakan untuk meningkatkan head (tekanan) yang diperlukan untuk mendistribusikan air dan reservoir distribusi ke konsumen. Cara ini digunakan jika daerah pelayanan merupakan daerah yang datar, dan tidak ada daerah yang berbukit (Lelly, 2008).
2.7.3 Cara Gabungan
Pada cara gabungan, reservoir digunakan untuk mempertahankan tekanan yang diperlukan selama periode pemakaian tinggi dan pada kondisi darurat, misalnya pada saat terjadi kebakaran atau tidak adanya energi. Selama periode pemakaian rendah, sisa air dipompakan dan disimpan dalam reservoir distribusi.
Karena reservoir distribusi digunakan sebagai cadangan air selama periode pemakaian tinggi atau pemakaian puncak, maka pompa dapat dioperasikan pada kapasitas debit rata-rata (Lelly, 2008).
2.8 Kehilangan Tinggi Tekanan
Kehilangan tinggi tekanan dapat berupa kehilangan mayor (mayor losses) dan kehilangan minor (minor losses).
2.8.1 Kehilangan Tinggi Tekanan Mayor
Mayor losses terjadi sebagai akibat gesekan air dengan pipa. Kegiatan head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan dari beberapa rumus berikut, yaitu:
2.8.1.1 Persamaan Darcy - Weisbach
Dalam dinamika fluicla, persamaan Darcy-Weisbach adalah persamaan fenomenologika yang berkaitan dengan head loss, atau kehilangan tekanan akibat gesekan sepanjang pipa terhadap kecepatan aliran rata-rata. Persamaan ini terbentuk atas kontribusi Henry Darcy dan Julius Weisbach.
Rumus Darey-Weisbach merupakan dasar menghitung head turun untuk aliran fluida dalam pipa-pipa dan saluran (Herman, 1984). Persamaannya adalah:
hf =
g v D f L
2
2
... (2.9)
Dimana: hf = kerugian head karena gesekan (m)
f = faktor gesekan (diperoleh dan diagram Moody) D = diameter pipa (m)
L = panjang pipa (m)
V = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/det) g = percepatan gravitasi = 9,81 m/det2
Tabel 2.3 Kekasaran Rata-Rata Pipa-Pipa Komersil (Frank, 1986)
Bahan (dalam keadaan baru)
Kekasaran (g)
ft mm
Baja Keling
Beton
Bilah tahang kayu
Besi Cor
Besi bersalut-seng
Besi-cor beraspal
Baja komersial atau besi tempa
Tabung/pipa tank
Kaca
0,003-0,03
0,001-0,01
0,0006-0,003
0,00085
0,0005
0,0004
0,00015
0,000005
“halus”
0,9-9,0
0,3-3,0
0,18-0,9
0,26
0,15
0,12
0,046
0,00 15
“halus”
Gambar 2.3 Diagram Moody
Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari Darcy - Weisbach. Untuk aliran laminar dimana bilangan Reynolds kurang dari 2000, faktor gesekan dihubungkan dengan bilangan Reynolds, dinyatakan dengan rumus:
Re
= 64
f ... (2.10)
Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynolds lebih besar dan 4000, maka hubungan antara bilangan Reynolds, faktor gesekan dan kekasaran relatif menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dan hasil eksperimen antara lain (Herman, 1986):
1. Untuk daerah complete roughness, rough pipes yaitu:
( )
df /
7 ,
log 3
0 , 1 2
= ε ... (2.11)
2. Untuk pipa sangat halus seperti gelas dan plastik, hubungan antara bilangan Reynolds dan faktor gesekan yaitu:
a. Blasius : f =
( )
Re0,3160,23 ... (2.12) untuk Re 3000 - 100.000b. Von Karrnan :
[ ]
2,51log Re
0 ,
1 2 f
f = ... (2.13)
(
Re ))
log 0 ,
2 f
= - 0.8 ,Untuk Re sampai dengan 3,106
3. Untuk pipa kasar, yaitu:
Von Karman: 1 2,0log 1,74 +
= gd
f ... (2.14)
Dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynolds.
4. Untuk pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi yaitu:
Corelbrook - White :
+
−
=
f f
d g
Re 51 , 2 7 , log 3 0 , 1 2
... (2.15)
Dimana: Re = Bilangan Reynolds f = faktor gesekan g = kekasaran pipa d = diameter pipa
2.8.1.2 Persamaan Hazen - Williams
Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen-Williams, yaitu:
d L hf 1,85 4,85
1,85
Q Q 10,666
= ... (2.16)
Dimana : hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m /det) L = panjang pipa (m)
C = koefisien kekasaran pipa Hazen - Williams d = diameter pipa (m)
Tabel 2.4 : Koefisien Kekasaran Hazen-Wiliam, C
(Bambang,1 993)
Jenis Pipa Koefisien C
Pipa sangat halus 140
Pipa halus, semen, besi tuang 130
Pipa baja dilas halus 120
Pipa baja dikeling halus 110
Pipa besi tuang tua 100
Pipa baja dikeling tua 95
Pipa tua 60-80
2.8.2 Kehilangan Tekan Minor
Rerugi kecil disebabkan (Frank, 1986) oleh:
1. Lubang masuk atau lubang keluar pipa;
2. Pemuaian atau penyusutan tiba-tiba;
3. Kelokan, siku, sambungan T, dan piting lain;
4. Katup yang terbuka atau sebagian tertutup;
5. Pemuaian atau penyusutan berangsur.
Rerugi di atas mungkin tidak begitu kecil, misalnya katup yang tertutupsebagian dapat menyebabkan penurunan tekanan yang lebih besar daripada pipa yang panjang. Karena pola aliran dalam piting dan katup cukup rumit, teorinya sangat lemah. Rerugi un biasanya diukur secara eksperimental dan dikorelasikan dengan parameter-parameter aliran pipa.
Besarnya kerugian minor dirumuskan sebagai berikut:
hm =
∑
k 2vg2 ... (2.17)Dimana : g = percepatan gravitasi (9,8 1 rn/del2)
v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/det) k = koefisien kerugian
Tabel 2.5 Kehilangan Tinggi Tekanan pada Katup, Alat Penyesuaian dan Pipa yang Digunakan (J.M.K Dake, 1985)
Harga K dalam h = K g v 2
2
1. Katup pintu
- Terbuka penuh 0.19
- ¾ terbuka 1.15
- ½ terbuka 5.6
- ¼ terbuka 24
2. Katup bola, terbuka 10
3. Katup sudut, terbuka 5
4. Bengkokan 90°, - Jari-jari pendek - Jari-jari pertengahan - Jari-jari panjang
0.9 0.75
0.6
5. Lengkungan pengembalian 180° 2.2
6. Bengkokan 45° 0.42
7. Bengkokan 22 ½° (45cm) 0.13
8. Sambungan T 1.25
9. Sambungan pengecil (katup pada ujung yang keci) 0.25 10. Sambungan pembesar 0.25
(
v v22)
/2g2 1 −
11. Sambungan pengecil mulut lonceng 0.10
12. lubang terbuka 1.80
2.9 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa
Seperti yang diuraikan sebelumnya bahwa permasalahan aliran fluida dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach 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 international yaitu (Robert, 2002):
V = 0,849 CR0,63 s0.54 (2.18)
Dimana : v = kecepatan aliran (m/det)
C = koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams R = jari-jari hidrolis ; d/4 untuk pipa bundar s = slope dan gradient energi (H1/L)
2. Persamaan Manning dengan satuan international yaitu (Robert, 2002):
V = 1,0R2/3S12
n ... (2.19)
Dimana : n = koefisien kekasaran pipa Manning R = jari-jari hidrolis ; d/4 untuk pipa bundar s = slope dan gradient energi (H1/L)
Persamaan Hazen-Williams umumnya digunakan untuk menghitung head loss dalam pipa yang sangat panjang seperti jalur pipa penyedia air minum.
Persamaan ini tidak dapat digunakan untuk zat cair lain selain air dan digunakan
khusus untuk aliran yang bersifat turbulen. Persamaan Darcy-Weisbach secara teoritis tepat digunakan untuk semua rezim aliran dan semua jenis zat cair.
Persamaan Manning biasanya digunakan untuk saluran terbuka (open channel flow).
2.10 Mekanisme Aliran Pada Pipa 2.10.1 Pipa Hubungan Seri
Gambar 2.4 Pipa Hubungan Seri
Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka semua pipa akan dialiri oleh aliran yang sama (Bambang, 1993). Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa yang dirumuskan sebagai:
Pada gambar 2.4, jika H diketahui, Q dapat dihitung dengan persamaan 2 energi (Bernoulli) Q = Q1 = Q2 = Q3
Persamaan Bernoulli pada titik 1 dan 2:
g V Y
Z P
2
2 1 1 1 1
+α
+ =
g V Y
Z P
2
2 2 2 2 2
+α
+ +hf1 + hf1 + hf3 ... (2.20)
Tinggi tekanan di 1, H1, di 2,H2 :V1 = V2 = 0
Z1 + H1 = Z2 + H2 + hf1 + hf2 + hf3
(Z1 + H1) - (Z2 + H2) = hf1 + hf2 + hf3
H = hf1 + hf2 + hf3 ... (2.21)
Dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach persamaan tersebut menjadi:
Keterangan : H = besarnya head (in)
Q = debit (m3/det)
V = kecepatan aliran (m/det) Z = elevasi (m)
B = diameter pipa (m) L = panjang pipa (in)
g = percepatan gravitasi (m/det2) hf = kerugian head
f = faktor gesekan
2.10.2 Pipa Hubungan Paralel
Gambar 2.5 Pipa Hubungan Paralel
Jika ada dua buah pipa atau lebih yang dihubungkan secara pararel, total laju aliran sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada sebuah cabang sama dengan yang lain yang dirumuskan sebagai (Bambang, 1993):
karena H untuk masing-masing pipa adalah sama maka:
Maka untuk mencari Q ekivalen:
Keterangan: H = besarnya head (m) Qe = debit ekivalen (m /det) V = kecepatan aliran (m/det) Z = elevasi (m)
De = diameter ekivalen (m) Le = panjang pipa ekivalen (m) g = percepatan gravitasi (m/det2) hf = kerugian head
f = faktor gesekan
2.10.3 Pipa Bercabang
Sering suatu pipa menghubungkan tiga atau lebih kolam. Gambar 2.6 menunjukkan suatu sistem pompa bercabang yang menghubungkan tiga buah kolam. Akan dicari debit aliran melalui tiap-tiap pipa yang menghubungkan ketiga kolam tersebut apabila panjang, diameter, macam pipa (kekasaran k), diberikan dan rapat massa serta kekentalan zat cair diketahui. Garis tekanan akan berada pada muka air di tiap-tiap kolam, dan akan bertemu pada satu titik di atas titik cabang T. Debit aliran melalui tiap pipa ditentukan oleh kemiringan garis
tekanan masing-masing. Arab aliran sama dengan arah kemiringan (penurunan) garis tenaga (Bambang, 1993)
Gambar 2.6 Pipa Bercabang
Persamaan kontinuitas pada titik cabang, yaitu aliran menuju titik cabang T harus sama dengan yang meninggalkan T. Pada gambar tersebut terlihat bahwa aliran akan keluar dan kolam A dan masuk ke kolam C. Aliran keluar atau masuk ke dalam kolam B tergantung pada sifat pipa 1 dan 2 serta elevasi muka air kolam A, B, dan C. Persamaan kontinuitas adalah salah satu dan kedua bentuk berikut:
Q1 = Q2 + Q atau Q3 atau Q1 + Q2 = Q3 ... (2.29)
Yang tergantung apakah elevasi garis tekanan di titik cabang lebih besar atau lebih kecil dan pada elevasi muka air kolam B. Persamaan (2.27) berlaku apabila elevasi garis tekanan di T lebih tinggi dan elevasi muka air kolam B, dan sebaliknya. Prosedur hitungan adalah sebagai berikut:
1. Anggap garis tekanan di titik T mempunyai elevasi hT;
2. Hitung Q1, Q2, dan Q3 untuk keadaan tersebut;
3. Jika persamaan kontinuitas dipenuhi, maka nilai Q1, Q2, dan Q3 adalah benar;
4. Jika aliran menuju T tidak sama dengan aliran meninggalkan T, dibuat anggapan baru elevasi garis tekanan di T, yaitu dengan menaikkan garis tekanan di T apabila aliran masuk lebih besar daripada aliran keluar dan menurunkannya apabila aliran masuk lebih kecil dari aliran keluar.
5. Ulangi prosedur tersebut sampai dipenuhinya persamaan kontinuitas.
Pada keadaan seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.6 dengan menganggap bahwa elevasi muka air kolam C sebagai bidang referensi dan dianggap bahwa elevasi garis tekanan di T di bawah elevasi muka air kolam B (hT < ZB) maka persamaan aliran mempunyai hubungan sebagai berikut ini.
Persamaan energi:
Dimana: h = besarnya head total (m) V = kecepatan aliran (m/det) Z = elevasi (m)
D = diameter pipa (m) L = panjang pipa (m)
g = percepatan gravitasi (m/det2)
hf = kerugian head f = faktor gesekan
Persamaan kontinuitas:
Q1 + Q2 = Q3 ... (2.33)
Dimana: Q = debit (m3/det)
Dari persamaan di atas, jika ZA, ZB, dan sifat-sifat pipa diketahui maka hT, Q1, Q2, dan Q3 dapat dihitung.
2.10.4 Analisa Sistem Jaringan Pipa
Pemakaian jaringan pipa dalam bidang teknik sipil terdapat pada sistem jaringan distribusi air minum. Sistem jaringan ini merupakan bagian yang paling mahal dan suatu perusahaan air minum. Oleh karena itu harus dibuat perencanaan yang teliti untuk mendapatkan sistem distribusi yang efisien. Jumlah atau debit air yang disediakan tergantung pada jumlah penduduk dan macam industri yang dilayani. Analisis jaringan pipa ini cukup rumit dan memerlukan perhitungan yang besar, oleh karena itu pemakaian komputer untuk analisis ini akan mengurangi kesulitan. Untuk jaringan kecil, pemakaian kalkulator untuk hitungan masih dilakukan. Ada beberapa metode untuk menyelesaikan perhitungan sistem jaringan pipa, diantaranya adalah metode Hardy-Cross dan metode matriks.
Aliran keluar dan sistem biasanya dianggap terjadi pada titik-titik simpul.
Metode Hardy-Cross ini dilakukan secara iteratif. Pada awal hitungan ditetapkan debit aliran melalui masing-masing pipa secara sembarang. Kemudian dihitung debit aliran di semua pipa berdasarkan nilai awal tersebut. Prosedur hitungan
diulangi lagi sampai persamaan kontinuitas di setiap titik simpul dipenuhi. Pada jaringan pipa harus dipenuhi persamaan kontinuitas dan tenaga (Bambang Triatmodjo, 1993: 91-92) yaitu:
1. Aliran di dalam pipa harus memenuhi hukum-hukum gesekan pipa untuk aliran dalam pipa tunggal.
2 2 2
8 Q
D g hf fl
= π ... (2.34)
2. Aliran masuk ke dalam tiap-tiap simpul harus sama dengan aliran yang keluar.
∑
Q= 0 ... (2.35)3. Jumlah aljabar dari kehilangan tenaga dalam satu jaringan tertutup harus sama dengan nol
∑
hf = 0 ... (2.36) 2.12 Prosedur Hitungan Metode Hardy - CrossGambar 2.7 Skema Jaringan Perpipaan yang Dianalisis
Prosedur perhitungan dengan metode Hardy-Cross adalah sebagai berikut (Bambang, 1993):
1. Pilih pembagian debit melalui tiap-tiap pipa Q0 hingga terpenuhi kontinuitas;
2. Hitung hf pada tiap pipa, hf = k.Q2
3. Jaringan pipa dibagi menjadi sejumlah jaringan tertutup (tiap pipa minimal masuk dalam satu jaringan);
4. Hitung hf tiap jaringan, jika pengaliran seimbang,
∑
hf = 05. Hitung nilai
∑
2kQ untuk tiap jaringan 6. Hitung koreksi debitkQ Q kQo
Σ
= Σ
∆ 2 Q = (2.37)
Dimana: Qo debit permisalan
7. Koreksi debit, Q = Q0 + ∆Q, prosedur 1-6 diulangi hingga diperoleh
≈0
∆ Q
Q
Pada suatu jaringan perpipaan harus dipenuhi ketentuan berikut:
Penjumlahan tekanan di setiap circuit 0 (no!)
Aliran yang masuk pada setiap titik simpul aliran keluar
Persamaan Darcy-Weisbach atau rumus eksponensial berlaku untuk masing-masing pipa.
Analisis jaringan pipa ini cukup rumit dan memerlukan perhitungan yang besar, oleh karena itu pemakaian komputer untuk analisis ini akan mengurangi kesulitan. Untuk jaringan kecil, pemakaian kalkulator untuk hitungan masih bisa dilakukan. Perhitungan analisa ini menggunakan program Microsoft Office Excel 2013.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Gambaran Umum Sistem Jaringan Layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal
PDAM Tirtanadi merupakan Badan Usaha Milik Daerah Provinsi Sumatera Utara yang telah berdiri pada zaman pemerintahan Belanda, 23 September 1905 dengan nama NV. Waterleiding Maatschappij Ayer Beresih dan berkantor pusat di Amsterdam, Belanda.
PDAM Tirtanadi telah banyak mengalami perubahan-perubahan dan kemajuan, sebagai gambaran bahwa pada tahun 2000 jumlah pelanggan sebanyak 280.486 sambungan rumah dan pada akhir Desember 2003 jumlah pelanggan telah mencapai 322.757 sambungan atau sebesar 51,1% dari jumlah penduduk pada wilayah pelayanan Sumatera Utara, sedangkan cakupan pelayanan khusus wilayah Kota Medan dan sekitarnya sudah mencapai 86,5%.
Salah satu wilayah pelayanan PDAM Tirtanadi adalah PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal. Wilayah pelayanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal diantaranya meliputi Komplek Taman Setia Budi Indah 1 dan 2, Komplek Waikiki, Komplek Setiabudi Flamboyan, Komplek Somerset Regency, Komplek Graha Sunggal, Komplek Torganda dan Komplek Asoka Asri. Dengan jumlah pelanggan ± 4060 NPA.
Besarnya produksi rata-rata air baku yang didistribusikan untuk melayani daerah pelayanan ini sebesar 147.508 m3. Dalam penelitian ini daerah pelayanan yang ditinjau termasuk wilayah layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal yaitu Taman setia Budi Indah II. Untuk daerah Komplek Perumahan Taman Setia Budi Indah II ini besar produksi air baku 25.870 m3 per bulan.
Untuk dapat mengetahui sistem jaringan PDAM Tirtanadi pada Komplek Taman Setia Budi Indah II Medan dapat dilihat pada gambar jaringan perpipaan (Lampiran 1).
Pada sistem jaringan perpipaan daerah layanan Komplek Taman Setia Budi Indah II Medan menggunakan:
1. Jenis : pipa PVC
2. Dimensi Pipa : 160 mm (6”), 0 100 mm (4”), 0 80mm (3”) dan 0 50 mm (2”)
3.2 Metode Pengumpulan Data
Penelitian ini dilakukan tahun 2014 di kawasan sistem jaringan yaitu pipa daerah layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal Setia Budi Indah II Medan.
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian
Penulis memperoleh data dan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal. Adapun data-data tersebut yaitu:
a. Data Primer
Data primer merupakan data yang diperoleh dengan mengadakan kunjungan langsung di daerah studi sehingga diperoleh kondisi eksisting penyaluran dan pendistribusian air bersih. Daerah yang ditinjau yaitu Taman Setia Budi Indah II Medan.
b. Data Sekunder
Data tersebut yaitu:
• Peta jaringan pipa distribusi
• Jumlah pelanggan;
• Jumlah pemakaian air;
• Produksi air baku yang diolah oleh Clearator yang akan disuplai oleh IPA Sunggal;
• Spesifikasi pipa yang digunakan pada lokasi survei yang ditinjau;
• Spesifikasi pompa distribusi yang digunakan;
3.3 Rancangan Penelitian
Rancangan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah berupa studi literatur yaitu mencari dan mempelajari pustaka yang berhubungan dengan Analisis Distribusi Air Bersih pada Kawasan Perumahan Taman Setia Budi Indah
II Medan menggunakan metode Hardy-Cross dengan persamaan Darcy-Weisbach dan menggunakan Program Microsoft Excel 2007 berupa buku, jurnal, artikel.
maupun internet.
3.4 Bagan Alir Penelitian
Berdasarkan alir penelitian dan penyusunan laporan tugas akhir ini dapat dijelaskan seperti gambar di bawah ini:
MULAI
KESIMPULAN SARAN
SELESAI
Gambar 3.2 Diagram Alir Metodologi Penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Penggolongan Pelanggan dan Penentuan Tarif PDAM Tirtanadi
Dalam melakukan penggolongan pelanggan dan penentuan tarif PDAM Tirtanadi mempunyai penggolongan sebagai berikut:
1. Sosial
Golongan sosial terdiri dari:
a. Sosial Khusus
Golongan ini adalah golongan pelanggan yang memberikan pelayanan untuk kepentingan umum khususnya bagi masyarakat yang berpenghasilan rendah, antara lain: hydran umum, WC umum, dan rumah-rumah ibadah.
b. Sosial Umum
Golongan ini adalah golongan pelanggan yang setiap harinya memberikan pelayanan kepentingan umum dan masyarakat serta mendapatkan sumber dana sebagian dari kegiatannya, antara lain: sekolah negeri/swasta, panti asuhan, rumah sakit, dan perguruan tinggi.
2. Non Niaga
Non niaga terdiri dari:
a. Rumah Tangga
Golongan pelanggan rumah tangga dibagi menjadi:
1) Rumah Tangga A (RT-1)
Rumah tangga ini memiliki luas bangunan sebesar 36 m2.
2) Rumah Tangga B (RT-2)
Memiliki luas bangunan di atas 36 m2 sampai 54 m2. 3) Rumah Tangga C (RT-3)
Rumah permanen dengan luas bangunan di atas 54 m2 sampai 100 m2. 4) Rumah Tangga D (RT-4)
Rumah permanen dengan luas di atas 100 m2 sampai 200 m2. 5) Rumah Tangga E (RT-5) dan Rumah Tangga F (RT-6)
Rumah permanen dengan luas di atas 200 m2, rumah ini termasuk golongan mewah. b. Instansi Pemerintah/ABRI
3. Niaga
Niaga terdiri dari:
a. Niaga Kecil (N-1)
Golongan ini adalah golongan yang rumah tempat tinggalnya terdapat kegiatan usaha yang mendatangkan keuntungan, antara lain: kios, pedagang kaki lima, rumah makan, penjahit, losmen, apotik dan lain-lain.
b. Niaga Besar
Golongan pelanggan yang rumah tempat tinggalnya dominan kegiatan usaha, antara lain: restoran, hotel, supermarket, rumah sakit swasta, mall dan lain-lain.
c. Industri Kecil (IN-1)
Golongan pelanggan yang dalam kegiatan usahanya mengubah suatu barang menjadi barang yang lebih tinggi nilainya, antara lain: usaha konveksi, kerajinan rumah tangga, dan lain-lain.
d. Industri Besar (IN-2)
Golongan pelanggan yang dalam kegiatan usahanya mengubah suatu barang menjadi barang yang lebih tinggi lagi nilainya dan berskala besar, antara lain pabrik, pertambangan dan lain-lain.
Dalam melakukan penetapan harga PDAM Tirtanadi menggunakan blok konsumsi dengan harga yang berbeda. Penggunaan blok konsumsi berdasarkan kubikasi air yang digunakan pelanggan dan perhitungan harganya dilakukan dengan sistem progresif. Berikut tabel blok konsumsi dan tarif harga.
Tabel 4.1 Penggolongan Pelanggan PDAM Tirtanadi dan Blok Harga
NO GOLONGAN PELANGGAN
HARGA BERDASARKAN BLOK (Rp).
0 – 10 m3 11 – 20 m3 > 20 m3 A Sosial
1. Sosial Umum (SU) 575 630 690
2. Sosial Khusus (SK) 575 575 575
B Non Niaga
1. Rumah Tangga "A" (RT-1) 575 630 690 2. Rumah Tangga "B" (RT-2) 725 1335 2335 3. Rumah Tangga "C" (RT-3) 990 1885 3105 4. Rumah Tangga "D" (RT-4) 1170 2930 4600 5. Rumah Tangga "E" (RT-5) 1675 3355 5035 6. Rumah Tangga "F" (RT-6) 2250 3980 5725
7. Instansi 1400 2150 2900
Pemerintahan/ABRI C Niaga
1. Niaga Kecil (N-1) 2045 2180 3620
2. Niaga Menengah (N-2) 3305 3418 4535
3. Niaga Besar (N-3) 4565 4655 5450
4. Industri Kecil (IN-1) 3400 3400 6025
5. Industri Besar (IN-2) 4550 4560 7750
4.2 Analisis Kebutuhan Air Bersih di Perumahan Taman Setia Budi IndahII Medan
Sistem distribusi air bersih umumnya merupakan suatu jaringan perpipaan yang tersusun atas sistem pipa, pompa, reservoir, dan perlengkapan lainnya.
Sistem penyediaan air bersih yang kompleks sering sekali bermasalah dalam distribusi debit dan tekanan yang berkaitan dengan kriteria hidrolis yang harus terpenuhi dalam sistem pengaliran air bersih.
Sistem penyediaan air bersih di Perumahan Taman Setia Budi Indah II Medan dikelola oleh PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal. Air yang berasal dari sungai Belawan diproses melalui Water Treatment Plant (WTP) dan didistribusikan kepada pelanggan-pelanggan PDAM. Pada proses pendistribusiannya dilakukan pengukuran terhadap penggunaan air pada tiap-tiap rumah di seluruh area perumahan tersebut, sehingga dapat ditentukan kebutuhan air pada tiap-tiap titik layanan di area tersebut.
Dalam merencanakan suatu sistem jaringan pipa yang digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada perumahan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu kebutuhan air secara keseluruhan yang meliputi kebutuhan perumahan itu sendiri dan fasilitas lainnya. Dalam hal ini di Komplek Perumahan Taman Setia Budi Indah II Medan terdiri dari 693 pelanggan yang terdiri dari beberapa golongan pelanggan.
Berdasarkan data yang diperoleh dari PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal, jumlah pelanggan di Taman Setia Budi Indah II menurut golongannya menjadi:
Tabel 4.2 Jumlah Pelanggan Air Minum Komplek Perumahan Taman Setia Budi Indah IIPDAM Tirtanadi Cabang Sunggal (PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal)
NO GOLONGAN PELANGGAN JUMLAH
PELANGGAN A Sosial
1. Sosial Umum (SU) -
2. Sosial Khusus (SK) 2
B Non Niaga
1. Rumah Tangga "A" (RT-1) - 2. Rumah Tangga "B" (RT-2) 3 3. Rumah Tangga "C" (RT-3) 348 4. Rumah Tangga "D" (RT-4) 206 71 22 5. Rumah Tangga "E" (RT-5)
6. Rumah Tangga "F" (RT-6)
7. Instansi Pemerintahan/ABRI -
C Niaga
1. Niaga Kecil (N-1) 2
2. Niaga Menengah (N-2) 39
3. Niaga Besar (N-3) -
4.2.1 Kebutuhan Air Bersih Golongan Non Niaga dan Niaga
Jumlah anggota keluarga setiap pelanggan untuk golongan non niaga berkisar antara 4 - 6 orang. Dalam hal ini diambil rata-rata setiap rumah berjumlah 5 orang yang terdiri dari 1 ayah, 1 ibu dan 3 anak.
Pemakaian air rata-rata per orang dalam sehari (tabel 2.2) untuk keperluan rumah tangga sebesar 250 liter/hari/orang. Jadi jumlah penduduk non niaga diperkirakan = 5 x 650 = 3250 orang. Sehingga total kebutuhan air golongan non niaga pada perumahan Taman Setia Budi Indah II dalam sehari adalah:
Kebutuhan Air Penduduk = jumlah penduduk x kebutuhan air rata-rata perhari
= 3250 x 250 liter = 812.500 liter/hari
= 0,009404 m3/det
Untuk golongan niaga jumlah pelanggan air sebanyak 41 pelanggan dan pemakaian air rata-rata dalam sehari sebesar 160 liter (tabel 2.2). Jadi jumlah kebutuhan air menjadi:
Kebutuhan Air Bersih = jumlah pelanggan x kebutuhan air rata-rata perhari
= 41 x 160 liter
= 6.560 liter/hari
= 0,000076 m3/det
Total Kebutuhan air bersih golongan non niaga dan niaga di Perumahan Taman Setia Budi Indah II Medan adalah:
Qtotal = 812.500 liter/hari + 6560 liter/hari = 819.060 liter/hari
= 0,009479 m3/det
4.2.2 Kebutuhan Air Bersih Golongan Sosial
Golongan sosial terdiri dari sosial umum dan sosial khusus. Di Perumahan Taman Setia Budi Indah II Medan terdapat golongan sosial khusus yaitu hydran umum, WC umum, dan rumah ibadah .
Jumlah pelanggan yaitu 2 NPA, dengan jumlah pemakaian rata-rata per hari adalah 10 liter (tabel 2.2). Jumlah rata-rata jemaah tiap hari berkisar 30 orang. Maka kebutuhan air adalah:
Kebutuhan Air Bersih = jumlah pelanggan x kebutuhan air rata-rata perhari = 2 x 30 x 5 x10 liter
= 3.000 liter/hari = 0,000035 m3/det
Jadi total kebutuhan air bersih dalam 24 jam adalah:
= 812.500 liter + 6.560 liter + 3.000 liter
= 822.060 liter
= 822,060 m3 per hari
Persentase pemakaian air selama 24 jam dapat dihitung sebagai berikut:
Tabel 4.3 Estimasi Pemakaian Air Per Hari
Fasilitas
Periode Pemakaian Air (%) 05.00-
08.00
08.00- 11.00
11.00- 14.00
14.00- 17.00
17.00- 20.00
20.00- 23.00
23.00- 02.00
02.00- 05.00 Non Niaga
dan Niaga
40 5 5 5 40 2 2 1
Sosial Khusus
10 30 25 25 10 0 0 0
Tabel 4.4 Pemakaian pada periode I (05.00-08.00) WIB
Fasilitas
Persentase pemakaian
air (%)
Kapasitas pemakaian
air (liter/hari)
Kapasitas pemakaian air
(liter 3 jam)
Kapasitas pemakaian air
(liter/jam) Non Niaga
dan Niaga
40,00 819.060,00 327.624,00 109.208,00
Sosial Khusus 10,00 3.000,00 300,00 100,00
327.924,00 109.308,00
