Analisa Laju Aliran Air Bersih Dengan Menggunakan Software Pipe Flow Expert V 6.39 di Perumahan Graha Indah Kelapa Gading. Klambir V, Medan

(1)

SKRIPSI

ANALISA LAJU ALIRAN AIR BERSIH DENGAN

MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT V 6.39

di PERUMAHAN GRAHA INDAH KELAPA GADING.

KLAMBIR V, MEDAN

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DISUSUN OLEH :

MUHAMMAD SAJALI

100401018

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

SKRIPSI

ANALISA LAJU ALIRAN AIR BERSIH DENGAN

MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT V 6.39

di PERUMAHAN GRAHA INDAH KELAPA GADING.

KLAMBIR V, MEDAN

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD SAJALI NIM: 100401018

Medan, Agustus 2016

Disetujui oleh,

Dosen Pembimbing Penulis,

Ir. A. Halim Nasution, MSc Muhammad Sajali

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

Abstrak

Perumahan Graha Indah Kelapa Gading, Klambir V Medan memiliki sekitar 355 unit rumah dan setiap harinya membutuhkan banyak supply air untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari . Maka perancangan jaringan sistem pemipaan dilakukan sebagai solusi untuk mendistribusikan air agar sampai ke konsumen. Dengan bantuan pompa, air yang berasal dari dalam tanah disalurkan menuju filter terbuka (open filter) yang dilengkapi dengan media filter dan diolah di Ferro Filter yang bertujuan Sehingga air hasil filtrasi sudah memenuhi standar air bersih yang ditetapkan pemerintah, yaitu Fe maksimum 0.3 ppm dan Mn maksimum 0.4 ppm sehingga tidak berbau. Setelah itu dialirkan menuju tangki penyimpanan yang terletak diatas ketinggian 18 m dari permukaan tanah. Tangki tersebut terbuat dari beton cor dengan pipa PVC sebagai sarana pengantar air bersih menuju setiap rumah. Pada pendistribusiannya pemipaan dapat mengalami kerugian yang diakibatkan oleh kekasaran pipa, panjang pipa, diameter pipa, kapasitas aliran, maupun komponen-komponen lain yang terpasang di sepanjang jaringan pemipaan. Dalam penelitian ini perhitungan head loss dengan simulasi menggunakan program Pipe Flow Expert. Untuk menghitung kerugian Head Mayor yang terjadi di sepanjang jaringan pipa dengan cara manual dapat digunakan persamaan Hazzen Williams dimana kapasitas aliran adalah sebesar 0,00514 m3/detik dengan total kerugian head adalah sebesar 2,27 meter dan total head loss pada perhitungan simulasi adalah sebesar 3,15 meter

Kata kunci : Sistem Pemipaan, Laju aliran , Hazzen-William, Darcy-

(11)

Abstract

Graha Indah Kelapa Gading, Klambir V Medan has about 355 houses and every day requires a lot of supply of water to meet daily needs. Then the piping system network design is done as a solution to distribute the water to reach the consumer. With the help of a pump, the water that comes out of the ground is channeled towards the filter is open (open filter) equipped with filter media and processed in Ferro Filter aimed So water filtrate meets the standards of water set by the government, namely Fe maximum of 0.3 ppm and Mn maximum 0.4 ppm so that no smell. After that flowed into a storage tank located above a height of 18 m above the ground. The tanks are made of cast concrete with PVC pipe as a means towards the introduction of clean water every home. On the distribution piping can suffer losses caused by the roughness of the pipe, the pipe length, pipe diameter, flow capacity, as well as other components are installed along the pipeline network. In this study, the calculation of head loss by simulation using Pipe Flow Expert program. To calculate the Major Head losses that occur along the pipeline by means of the manual can be used equation Hazzen Williams wherein the flow capacity is equal to 0.00514 m3 / sec with a total head loss is of 2.27 meters and total head loss in the simulation calculation is 3 , 15 meters

Kata kunci : Sistem Pemipaan, Laju aliran , Hazzen-William, Darcy-

(12)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan Kehadirat Allah SWT atas segala rahmat

dan karunia-Nya yang telah memberikan berkat, kesehatan dan kesempatan,

sehingga saya dapat menyelesaikan tugas sarjana ini dengan judul “Analisa laju

aliran air bersih dengan menggunakan software Pipe Flow Expert V6.39 di Perumahan Graha Indah Kelapa Gading, Klambir V Medan”. Tugas sarjana

ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik

Mesin Program Reguler di Departemen Teknik mesin-Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

Selama pembuatan laporan tugas sarjana ini, dimulai dari penelitian

sampai penulisan, saya banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh

karena itu, pada kesempatan ini saya menyampaikan ucapan terima kasih

sebesar-besarnya kepada :

1. Orangtua saya, Ayahanda Mending Laya dan Ibunda Narisem, yang telah

memberikan doa, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga

saudara-saudara saya Yusmalia, Sri Ningsih, dan Siti Nadia yang selalu

menyemangati dan mendukung selama pembuatan laporan tugas sarjana

ini.

2. Bapak Ir. Abdul Halim Nasution, MSc selaku Dosen Pembimbing yang

telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan kepada saya

dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ispandri selaku pembimbing lapangan penulis yang telah

memberikan gambaran mengenai Jaringan Distribusi Aliran Air Bersih

(13)

6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik

Mesin, yang telah memberikan bantuan selama saya mengikuti pendidikan

di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

7. Seluruh teman-teman satu angkatan 2010 yang telah banyak memberikan

bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana

ini.

Demikian laporan ini diperbuat agar dapat dimafaatkan sebaik-baiknya

dalam menumbuhkan suasana ilmiah dan pengembangan ilmu pengetahuan. Saya

juga mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca

sekalian demi kesempurnaan skripsi ini.

Medan, Agustus 2016

Muhammad Sajali

(14)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR NOTASI ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Tujuan Penelitian ...2

1.3 Batasan Masalah ...3

1.4 Manfaat Penelitian ...3

1.5 Metodologi Penulisan ...3

1.6 Sistematika Penulisan ...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...5

2.1 Sistem Pemipaan ...5

2.2 Aliran Fluida ...6

2.3 Sifat Dasar Fluida ...7

2.3.1 Kerapatan (Density) ...7

2.3.2 Berat Jenis (Spesific Gravity) ...8

2.3.3 Tekanan (Pressure) ...8

(15)

2.4.1 Aliran Laminar dan Turbulen ...11

2.4.2 Bilangan Reynold ...12

2.4.3 Daerah Masuk dan Aliran Berkembang Penuh ...12

2.4.4 Tekanan dan Gaya Geser ...13

2.5 Aliran Dalam Pipa ...14

2.5.1 Fluida Newtonian dan Fluida Non-Newtonian ...14

2.5.2 Persamaan Pada Fluida Newtonian ...15

2.5.3 Persamaan Kontinuitas ...16

2.5.4 Persamaan Bernoulli ...18

2.6 Kerugian Head (Head Loss) ...19

2.6.1 Head Loss Mayor ...19

2.6.2 Head Loss Minor ...22

2.7 Mekanisme Aliran Pada Pipa ...26

2.7.1 Pipa Seri...26

2.7.2 Pipa Paralel ...27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...28

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ...28

3.1.1 Tempat Penelitian ...28

3.1.2 Waktu Penelitian ...28

3.2 Bahan Penelitian ...28

3.3 Prosedur Penelitian ...28

3.4 Data yang Diperoleh ...29

3.4.1 Perumahan ...29

3.4.2 Pipa ...30

3.4.3 Tangki ...31

3.5 Analisa Data ...31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...33

4.1 Jumlah Pemakaian Air ...33

(16)

4.1.2 Kebutuhan Air Bersih untuk Mesjid...33

4.2 Kapasitas Aliran Fluida ...34

4.2.1 Analisa Kapasitas Aliran Fluida ...36

4.3 Perhitungan Head Loss dengan Menggunakan Program Pipe Flow Expert V6.39 ...61

4.3.1 Hasil Perhitungan Dengan Menggunakan Program Pipe Flow Expert ...62

4.3.2 Perhitungan Head Loss menggunakan Simulasi ...64

4.4 Perbandingan Perhitungan Head Loss Manual dan Simulasi ...65

4.4.1 Perbandingan Perhitungan Head Loss Manual dan Simulasi dengan 10 titik Sampel ...66

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...68

5.1 Kesimpulan ...68

5.2 Saran ...68

DAFTAR PUSTAKA ...

(17)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Nilai Kekasaran Dinding untuk Pipa komersil ... 20

Tabel 2.2 Nilai Koefisien Kekasaran Pipa Hazzen- Williams ... 21

Tabel 3.1 Total Perumahan Graha Indah Kelapa Gading Klambir V Medan ... 30

Tabel 3.2 Data Instalasi Pipa ... 30

Tabel 3.1 Data Tangki ... 31

Tabel 4.1 Standart Kebutuhan Air Penduduk ... 33

Tabel 4.2 Kapasitas Aliran yang Keluar Dari Jaringan Pipa ... 34

Tabel 4.3 Perhitungan Loop 1 Iterasi 1 ... 37

Tabel 4.18 Perhitungan Loop 16 Iterasi 1 ... 47

(18)

Tabel 4.20 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 1 Iterasi 1 ... 48

(19)

Tabel 4.51 Perhitungan Loop 16 Iterasi 12 ... 58

Tabel 4.52 Total Head Loss Iterasi 12 ... 58

Tabel 4.53 Perhitungan Head Loss dengan Manual... 60

Tabel 4.54 Perhitungan Head Loss dengan Simulasi ... 65

Tabel 4.55 Perbandingan Perhitungan Head Loss Manual dengan Simulasi... 66

Tabel 4.56 Persentasi Perbedaan Perhitungan Head Loss Manual dengan Simulasi ... 67

(20)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Distribusi Gaya ... 9

Gambar 2.2 Penentuan Kekentalan ... 10

Gambar 2.3 Aliran Laminar dan Turbulen ... 11

Gambar 2.4 Daerah Masuk Aliran Sedang Berkembang dan Aliran Berkembang Penuh Didalam Sebuah Pipa ……….12

Gambar 2.5 Distribusi Tekanan Sepanjang Pipa Horizontal ... 14

Gambar 2.6 Diagram Rheologi ... 15

Gambar 2.7 Tabung Aliran Membuktikan Persamaan Kontinuitas ... 17

Gambar 2.8 Tabung Aliran Fluida ... 18

Gambar 2.9 Diagram Moody ... 20

Gambar 2.10 Efek bilangan bilangan Reynolds terhadap koefisien kerugian pada elbow 90o ………...24

Gambar 2.11 Komponen katup pada sistem perpipaan ... 25

Gambar 2.12 Pipa yang Dihubungkan Seri ... 26

Gambar 2.13 Pipa yang Dihubungkan Paralel ... 27

Gambar 3.1 Alur Pengerjaan Skripsi ... 32

Gambar 4.1 Peta Aliran Distribusi Air Bersih ... 35

Gambar 4.2 Loop I Iterasi 1 ... 36

Gambar 4.3 Loop II Iterasi 1 ... 37

Gambar 4.4 Loop III Iterasi 1 ... 38

Gambar 4.5 Loop IV Iterasi 1 ... 38

Gambar 4.6 Loop V Iterasi 1... 39

(21)

Gambar 4.9 Loop VIII Iterasi 1... 41

Gambar 4.10 Loop IX Iterasi 1 ... 42

Gambar 4.11 Loop X Iterasi 1... 42

Gambar 4.12 Loop XI Iterasi 1 ... 43

Gambar 4.13 Loop XII Iterasi 1 ... 44

Gambar 4.14 Loop XIII Iterasi 1 ... 44

Gambar 4.15 Loop XIV Iterasi 1 ... 45

Gambar 4.16 Loop XV Iterasi 1 ... 46

Gambar 4.17 Loop XVI Iterasi 1 ... 46

Gambar 4.18 Grafik Perhitungan Head Loss Dengan Manual ... 60

Gambar 4.19 Jaringan Distribusi pada Pipe Flow Expert ... 61

Gambar 4.20 Hasil Simulasi Menggunakan Pipe Flow Expert ... 62

Gambar 4.21 Grafik Perhitungan Head Loss Dengan Simulasi ... 65

(22)

DAFTAR NOTASI

Q Laju Aliran Fluida m³/s

A Luas Penampang Aliran m²

v Kecepatan Rata-Rata Aliran Fluida m/s

W Laju Aliran Berat Fluida N/s

ṁ Laju Aliran Massa Fluida kg/s

W Berat Fluida N

C Koefisien Kekasaran Pipa Hazen – Williams

Re Reynolds

EF Energi Tekanan Joule