ANALISA LAJU ALIRAN AIR BOOSTER PUMP DAN PENGARUH
FATOR KEKASARAN PADA PIPA TRANSMISI DI PDAM TIRTANADI
KECAMATAN MEDAN AMPLAS
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian
Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
TRIA NUKHAIRI RIZKI
10 0404 039
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
PDAM TIRTANADI telah membuat suatu sistem perpipaan untuk mendistribusikan
air bersih kepada masyarakat. Namun, dalam mendistribusikan air bersih diperlukan debit
aliran yang cukup untuk memberikan kenyamanan terhadap masyarakat. PDAM TIRTANADI
menggunakan booster pump untuk mempercepat aliran air agar sampai kepada
masyarakat/pelanggan. Namun, semakin bertambahnya jumlah penduduk maka diperlukan
adanya evaluasi terhadap pendistribusian air.
Metode penelititan yang digunakan adalah dengan mengumpulkan data yang
dibutuhkan baik primer dan skunder. Kemudian menghitung jumlah kebutuhan air saat
beban puncak. Tahapan berikutnya dengan menghitung kapasitas debit Booster Pump yang
mengalir ke pipa transmisi. Kemudian menghitung dengan melakukan analisa menggunakan
metode Hardy – Cross.
Berdasarkan hasil perhitungan kebutuhan air saat beban puncak2,61268 m3/detik.
Kapasitas menggunakan 4 (empat) pompa adalah 0,587 m3/detik. Pipa yang digunakan
adalah Commercial and welded steel dengan diameter 200 mm, 250 mm, 300 mm, 400 mm
dan 500 mm.
Dari hasil penelitian ini disimpulkan bahwa kebutuhan air yang mengalir tidak
cukup untuk memenuhi kebutuhan pelanggan saat beban puncak dan perlu adanya suplai
air untuk beberapa daerah.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi karunia
kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat
dan salam ke atas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan
tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehingga menjadi panutan dalam menjalankan setiap
aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat sulit yang menguji
ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam menyelesaikan penulisan
ini.
Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada
Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah:
“ANALISA LAJU ALIRAN AIR BOOSTER PUMP DAN PENGARUH FAKTOR KEKASARAN PADA
PIPA TRANSMISI DI PDAM TIRTANADI KECAMATAN MEDAN AMPLAS“
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari
dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin
menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang
berperan penting yaitu :
1. Ayahanda Ir. Suparman dan Ibunda Nurhayati Hasibuan, abang saya Oki Yutama,
Afri Haza Ramadhani dan adik saya Himawan Teddy Hidayah yang telah banyak
berkorban, memberikan motivasi hidup, semangat dan nasehat.
2. Bapak Dr. Ir Ahmad Perwira Mulia, M.Sc dan Bapak Ivan Indrawan, ST, MT selaku
bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam
membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
6. Ibu Riza Inanda Siregar, ST. M.Eng dan Bapak Ivan Indrawan, ST, MT, selaku Dosen
Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap
Tugas Akhir ini.
7. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
8. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada penulis. (Kak
Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Zul, Bang Edi dan Bang Amin).
9. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2010, Goran, Pal, Bayo Angin, Iyun, Wantek,
Lambok, Daka, Brother Alfaro, Kompol, Regar, Sahru, Cek Mo, Bram, Samsule, Dice,
Mike, Acong, Resdy, Bucek, Rizal, Reza Slasher, Titok, Himawan, Bokir, Dara, Cika,
Naurah dan teman – teman 2010 yang lainnya yg sudah diluan Tamat dan Bekerja.
Dan tidak lupa pula kepada Ika Wulandari yang sudah measehati dan memarahi
untuk cepat selesai serta memberikan motivasi untuk wisuda. Serta Adik – adik
angkatan 2013 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya, terima kasih atas semangat
10. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis
menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala
saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk penyempurnaan
laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Maret 2017
Penulis,
DAFTAR ISI
2.2 Kebutuhan Konsumsi Air Bersh ... 6
2.2.1.Kebutuhan Air Domestk ... 6
2.2.2.Kebutuhan Non Domestik ... 7
2.3 Definisi Aliran Fluida... 7
2.4 Aliran Fluida dalam Pipa ... 8
2.5 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ... 11
2.6 Persamaan Kontinuitas ... 12
2.7 Bilangan Reynolds ... 12
2.8 Sistem Perpipaan ... 13
2.9 Kerugian Tinggi Tekan (Head Loss) ... 17
2.9.1. Mayor Head Loss ... 18
2.9.1.1. Persamaan Hazen - Williams ... 18
2.9.1.2. Persamaan Darcy - Weisbach ... 20
2.9.2. Minor Head Loss ... 23
2.10 Metode Hardy - Cross ... 24
2.11.1. Pompa Sentrifugal ... 26
2.11.5.4.Efisiensi Pompa ... 35
2.11.6. Karakteristik Pompa ... 35
2.12 Operasi Seri dan Paralel Pompa ... 38
2.12.1. Operasi Seri dan Paralel dengan Karakteristik Pompa Sama ... 38
2.12.1.1.Susunan Seri ... 38
2.12.1.2 Susunan Paralel ... 39
2.12.2. Operasi Paralel dengan Karakteristik Pompa Berbeda ... 41
2.12.3. Operasi Seri dengan Karakteristik Pompa Berbeda ... 42
BAB III METODE PENELITIAN ... 43
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 43
3.2 Racangan Penelitian ... 44
3.3 Pelaksanaan Penelitian ... 48
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ... 49
4.1 Jumlah Pemakaian Air Cabang Medan Amplas ... 49
4.1.1. Kebutuhan Air Bersih Niaga dan Non - Niaga ... 49
4.1.2. Kebutuhan Air Bersih Golongan Sosial ... 49
4.1.2.1. Golongan Sosial Umum ... 49
4.1.2.2. Golongan Sosial Khusus ... 50
4.2 Jumlah Pemakaian Air Cabang Medan Denai ... 50
4.2.1. Kebutuhan Air Bersih Niaga dan Non - Niaga ... 50
4.2.2. Kebutuhan Air Bersih Golongan Sosial ... 50
4.2.2.1. Golongan Sosial Umum ... 50
4.2.2.2. Golongan Sosial Khusus ... 51
4.3 Jumlah Pemakaian Air Cabang H.M. Yamin ... 51
4.3.2. Kebutuhan Air Bersih Golongan Sosial ... 52
4.3.2.1. Golongan Sosial Umum ... 52
4.3.2.2. Golongan Sosial Khusus ... 52
4.4 Jumlah Pemakaian Air Keseluruhan ... 52
4.5 Estimasi Pemakaian Air Saat Beban Puncak (Peak Hour) ... 53
4.6 Spesifikasi Pompa Terpasang ... 58
4.7 Kapasitas Aliran Fluida Booster Pump ... 58
4.8 Karakteristik Pipa yang Digunakan ... 63
4.9 Analisa Aliran Fluida Pada Pipa ... 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 81
5.1 Kesimpulan... 81
5.2 Saran ... 81
DAFTAR PUSTAKA ... 82
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Standar Kebutuhan Air Bersih (Dep. PU, 2007) ... 6
Tabel 2.2 koefisien kekasaran Hazen – Wiliam ( C ) ... 19
Tabel 2.3 Nilai kekerasan dinding untuk berbagai pipa komersil ... 22
Tabel 4.1 Jumlah Pemakaian Air Keseluruhan ... 53
Tabel 4.2 Data kebutuhan Pelanggan yang Melalui Booster Pump ... 54
Tabel 4.3 Kebutuhan pelangan berdasarkan golongan ... 55
Tabel 4.4 Estimasi Pemakaian Air ... 55
Tabel 4.5 Pemakaian air periode I (05.00-08.00) ... 55
Tabel 4.6 Pemakaian air periode II (08.00-11.00) ... 56
Tabel 4.7 Pemakaian air periode III (11.00-14.00) ... 56
Tabel 4.8 Pemakaian air periode IV (14.00-17.00)... 56
Tabel 4.9 Pemakaian air periode V (17.00-20.00)... 57
Tabel 4.10 Pemakaian air periode VI (20.00-23.00) ... 57
Tabel 4.11 Pemakaian air periode VII (23.00-02.00) ... 57
Tabel 4.12 Pemakaian air periode VIII (02.00-05.00) ... 58
Tabel 4.13 Spesifikasi Pompa ... 59
Tabel 4.14 Kapasitas pompa ... 63
Tabel 4.15 Diameter dan Panjang Pipa ... 65
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Loop 1 Iterasi 1 ... 68
Tabel 4.18 Hasil Perhitungan Loop 3 Iterasi 1 ... 72
Tabel 4.19 Hasil Perhitungan Loop 4 Iterasi 1 ... 75
Tabel 4.20 Hasil Perhitungan Loop 5 Iterasi 1 ... 77
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Skema aliran dalam pipa ... 9
Gambar 2.2 Persamaan kontinuitas pipa bercabang ... 12
Gambar 2.3 Sistem pipa yang disusun secara seri ... 15
Gambar 2.4 Sistem pipa yang disusun secara paralel ... 15
Gambar 2.5 Rangkaian Jaringan Pipa ... 17
Gambar 2.6 Diagram Moody ... 22
Gambar 2.7 Pompa sentrifugal ... 26
Gambar 2.8 Head Pompa ... 29
Gambar 2.9 Kurva Head, Efisiensi dan Daya ... 36
Gambar 2.10 Kurva Karakteristik Pompa Volut ... 37
Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Pompa Aliran Campur ... 37
Gambar 2.12 Kurva Karakteristik Aliran Aksial ... 38
Gambar 2.13 Susunan Seri ... 38
Gambar 2.14 Susunan Paralel ... 39
Gambar 2.15 Operasi seri dan paralel dari pompa-pompa dengan karakteristik yang sama ... 39
Gambar 2.16 Operasi paralel dari pompa – pompa dengan karakteristik berbeda ... 41
Gambar 2.17 Operasi seri dari pompa – pompa dengan karakteristik berbeda ... 42
Gambar 3.2 Skema Penelitian ... 48
Gambar 4.1 Grafik estimasi pemakaian air per hari ... 58
Gambar 4.2 Grafik kapasitas pompa 1 dan 3 ... 60
Gambar 4.3 Grafik Kapasitas Pompa 2 ... 61
Gambar 4.4 Grafik kapasitas pompa 4 ... 62
Gambar 4.5 Jaringan Pipa ... 64
Gambar 4.6 Loop 1 iterasi 1 ... 68
Gambar 4.7 Loop 2 iterasi 1 ... 70
Gambar 4.8 Loop 3 iterasi 1 ... 72
Gambar 4.9 Loop 4 iterasi 1 ... 75
DAFTAR NOTASI
� = sudut belokan (%)
Δhp = perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan (m)
µ = viskositas absolute (Pa/ detik)
�� = efisiensi pompa
� = berat jenis air (KN/m3)
A = Luas penampang aliran (m2)
C = koefisien pipa
Chw = koefisien kekasaran Hazen – Williams
Cosθ = faktor daya
D = Diameter pipa (m)
e = absolute roughness atau kekasaran relatif ( tergantung oleh jenis bahan
material pipa)
f = faktor gesekan (diperoleh dari diagram Moody)
g = percepatan gravitasi ( m/s2 )
hl = berbagai kerugian di pipa, katup , belokan, sambungan dll (m)
H = head pompa (m)
hf = Kehilangan tinggi tekan mayor (m)
hlf = Minor losses (m)
Hsis = head sistem pompa (m)
htot = Head total (m)
I = arus listrik (amper)
k = koefisien gesekan
L = Panjang pipa (m)
N = putaran pompa (rpm)
n = jumlah fitting/valve untuk diameter sama
ns = putaran spesifik
p = kerapatan fluida (kg/m3)
Ph = daya hidrolis (Kw)
Pi = Daya motor (Kw)
Ps = daya poros (Kw)
Q = debit aliran pada pipa (m3/s)
Q = kapasitas pompa (m3/s)
R = Jari – jari hidrolis (m)
Re = Reynolds number
V = Kecepatan aliran fluida (m/s)
V = kinematic viscosity of fluid
V = tegangan listrik (volt)
v1 = kecepatan aliran sisi masuk (m/s)
