Menghitung Daya Pompa - Tugas Sistem Penyediaan Air Minum

BAB III 29

3.7 Menghitung Daya Pompa

Diketahuai data sumber air yang akan dipompa yaitu:

Q = 0,063 m³/det El. SMA = +335 m

El. Reservoir transmisi = +403 m Hd = 403 – 335 = 68 m

L = 1050 m D = 0,6 m f = 0,025

73 n = 80%

Kehilangan tenaga:

ℎ𝑓 = 8𝑥𝑓𝑥𝐿 𝑔𝑥𝜋²𝑥𝐷⁵𝑥𝑄² ℎ𝑓 =8𝑥0,025𝑥1050

9,81𝑥𝜋²𝑥0,6⁵ 𝑥0,063²

= 0,118 m Tinggi Tekanan Efektif:

H = hf + Hd = 0,118 + 68 = 68,118 m Daya Pompa:

𝑃 =𝑄𝑥𝐻𝑥𝐿 75𝑥𝑛

𝑃 =0,063𝑥68,118𝑥1050 75𝑥0,9

= 66,75 Hp

Maka daya yang dibutuhkan untuk memompa air dari sumber mata air ke pipa transmisi adalah sebesar 66,75 Hp.

BAB IV

ANALISIS HIDRAULIS PADA JARINGAN PIPA

4.1 Estimasi Diameter Pipa

Menghitung diameter pipa digunakan persamaan Hazen-Williams berikut:

Q = 0,2785 x C x D^2,63x S^0,54 Dimana:

 Q = debit aliran (m³/detik)

 C = Koefisien kekasaran Hazen Williams, diambil nilai C = 120 untuk jenis pipa Galvanized Iron

 D = Diameter pipa (m)

 S = Slope pipa = beda tinggi/panjang pipa (m/m)

Besar debit yang digunakan dalam perhitungan adalah dari hasil perhitungan kapasitas hari maksimum yang dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Kapasitas Hari Maksimum Tahun 1pada Desa Type II (liter/detik) Desa (dalam liter/detik)

A B C D E F

13.73 5.82 5.77 6.91 13.22 8.08

Diameter pipa dirancang agar dapat mengalirkan air dengan kecepatan rencana (Vrencana) lebih kecil atau sama dengan 1,5 m/dt. Gambar skema dari jaringan perpipaan pada pedesaan Type II dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4. 1 Skema Jaringan Pada Pedesaan Type II

 Estimasi Diameter Pipa Sebelum Titik 2 Pada perencanaan ditetapkan:

Debit (Q) = 0,63 l/dt = 0,063 m³/dt Koefisien (C) = 120 (Galvanized Iron) Sedangkan dari peta diidentifikasi:

Elevasi titik awal = +403 (sta 0+000) Elevasi titik akhir = +319 (sta 1+500) Jarak = 1 km = 1500 m

Slope = 0,056

1500 319 403 

Sehingga, estimasi diameter pipa dapat dihitung dengan:

D =

38 . 0 54 ,

0 )

2785 , 0

( 

 







C S Q

D =

(

^0,063

(0,2785𝑥120𝑥0,0304^0,54

)

^0,38

D = 0,17 meter

Dari perhitungan di cari diameter pipa yang digunakan agar sesuai dengan ketentuan-ketentuan. Estimasi diameter pipa untuk Type II selanjutnya akan disajikan dalam Tabel 4.2.

76 Tabel 4. 2 Perhitungan Diameter Pipa

77 4.2 Kehilangan Energi

Pada aliran air dikenal persamaan energi ( persamaan Bernoully ) dan persamaan kontinuitas. Persamaan Bernoully secara umum ditulis kembali sebagai berikut :

𝑃

𝛾 + 𝑧 +𝑣² 2𝑔= 𝑃

𝛾 + 𝑧 +𝑣² 2𝑔+ ℎ_𝑒 dengan :

P = tekanan z = tinggi datum

V = kecepatan rata-rata aliran dalam pipa g = percepatan gravitasi bumi

he = kehilangan tinggi tenaga 𝛾 = berat per unit volume

hf = kehilangan tinggi tenaga karena gesekan

hs = kehilangan tinggi tenaga sekunder (turbulensi lokal) 4.2.1 Kehilangan Energi Utama/Mayor (Hf)

1. Persamaan Darcy Weisbach

Persamaan matematis persamaan Darcy Weisbach ditulis sebagai:

ℎ_𝑓 = 8𝑓 ^𝐿

𝐷⁵ 𝑄²

𝜋²𝑔 atau ℎ_𝑓 = 𝑓^4𝐿

𝐷 𝑉² 2𝑔

dengan:

hf = kehilangan energi atau tekanan ( mayor atau utama ) ( m ) 𝑄 = debit air dalam pipa (m³/s)

𝑓 = koefisien gesek (Darcy Weisbach) L = panjang pipa (m)

D = diameter pipa (m)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s²) 2. Persamaan Hazen Wiliams

Q = 0,2785 x C x D^2,63x S^0,54 Dimana:

Q = debit aliran (m³/detik)

C = Koefisien kekasaran Hazen Williams, diambil nilai C = 120 untuk jenis pipa Galvanized Iron

78 D = Diameter pipa (m)

S = Slope pipa = beda tinggi/panjang pipa (m/m)

 Kehilangan Energi Mayor (Hf) Sebelum Titik 2

Hf = L

D C

 



 







85 , 1 63 ,

2 )

2785 , 0 (

Hf =

(

^0,063

(0,2785𝑥120𝑥0,6^2,63

)

^1,85

𝑥 1500

Hf = 0,165 meter

Perhitungan kehilangan energi mayor untuk Type II selanjutnya akan disajikan dalam Tabel 4.3.

79 Tabel 4. 3 Kehilangan Energi Utama/Mayor

80 4.2.2 Kehilangan Energi Sekunder/Minor (Hm)

Walaupun disebut minor, kehilangan di bagian pipa yang memiliki sambungan dan belokan mungkin saja jauh lebih besar dibandingkan dengan kehilangan energi akibat gesekan dengan pipa.

Kehilangan energi minor dalam bahasan matematika ditulis sebagai berikut:

Hm =

g A k Q₂

atau Hm = g k v

dengan: k = koefisien kehilangan energi minor V = kecepatan aliran

Koefisien tergantung pada bentuk fisik belokan, penyempitan, katup dan sebagainya.

Harga k ini (selain katup) biasanya berkisar antara 0 sampai 1.

 Kehilangan Energi Minor (Hm) Sebelum Titik 2 Hm =

g k v

Hm =

81 , 9 2

194 , )) 0 15 , 0 0 ( ) 9 , 0 4 ( ) 9 , 0 0 ( ) 3 , 0 2 ( ) 4 , 0 5 ( ) 5 , 1 0 ((

 























Hm = 0,015 meter

Perhitungan kehilangan energi minor untuk Type II selanjutnya akan disajikan dalam Tabel 4.5

Tabel 4. 4 Perhitungan Kehilangan Energi Skunder/Minor (Hm)

0,224²

81 4.3 Profil Hidraulis

Profil hidraulis merupakan gambar yang menunjukkan letak ketinggian pipa dengan garis hidraulisnya pada tiap titik di jalur perpipaan. Profil hidraulis digambarkan dengan menetapkan sumbu absis untuk panjang pipa dan sumbu ordinat untuk letak pipa atau kontur tanah dan ketinggian hidraulisnya.

Berdasarkan hasil perhitungan, kehilangan energi utama (mayor), kehilangan energi sekunder (minor) dan sisa tekanan pada tiap segmen pipa dapat dilihat pada Tabel 4.5. Untuk gambar profil hidraulis segmen pipa skema Type II dapat dilihat pada lampiran.

82 Tabel 4. 5 Kehilangan Energi Utama (Mayor), Kehilangn Energi Skunder {Minor), dan sia Tekanan

BAB V

APLIKASI PROGRAM WATERNET

5.1 Analisis Hidraulika pada Sistem Jaringan Pipa dengan Waternet

Membuat jaringan pipa pada titik – titik elevasi yang diketahui dan yang sesuai dengan perencanaan seperti :

1. Dimensi pipa yang digunakan

2. Mengetahui berapa besar kehilangan energi pada jaringan pipa yang direncanakan

3. Mengetahui berapa banyak penggunaan pompa dan katup 4. Mengetahui fluktuasi air pada reservoir pada jam pelayanan

5.1.1 Hasil Analisis Hidraulika pada Sistem Jaringan Pipa dengan WaterNet (Aliran Constant)

Gambar 5. 1 Skema Jaringan Pipa Tipe II dalam Kondisi Konstan

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

84 Gambar 5. 2 Pipe Notations

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

Gambar 5. 3 Node Notations

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

1. Data Umum

Viskositas cairan yang dialirkan : 0.000001 Persamaan friksi yang digunakan : Hazen Williams Tipe aliran atau kebutuhan tiap node tetap

Digunakan kebutuhan rerata pada setiap Node

85 Gambar 5. 4 Data Node (Jam ke-48 Pada Aliran Constan)

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

Gambar 5. 5 DataPipa Dan Aliran (Jam Trakhir Aliran Constan)

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

1. Data Tangki Tangki Nomor 1 Bentuk Tangki : Uniform

Luas tampang = 100 m2 Elevasi Maksimum = 239.5 m Elevasi Minimum = 237.5 m

86 Elevasi Simulasi = 239 m

Tangki Nomor 2 Bentuk Tangki : Uniform

Luas tampang = 100 m2 Elevasi Maksimum = 229.5 m Elevasi Minimum = 227.5 m Elevasi Simulasi = 229 m Tangki Nomor 3

Bentuk Tangki : Uniform

Luas tampang = 392 m2 Elevasi Maksimum = 405.5 m Elevasi Minimum = 403.5 m Elevasi Simulasi = 405 m Tangki Nomor 4

Bentuk Tangki : Uniform

Luas tampang = 280 m2 Elevasi Maksimum = 303.5 m Elevasi Minimum = 301.5 m Elevasi Simulasi = 303 m

2. Komentar

Komentar yang diberikan berikut ini didasarkan pada hitungan hidraulika dan merupakan komentar umum. Pengguna dipersilakan mencermati komentar tersebut, apakah jaringan perlu diperbaiki atau dikaji ulang untuk mendapatkan hasil yang optimal.

Komentar dibagi dalam kajian 1. Node, 2. Pipa, 3. Tangki, 4. Pompa, dan kemungkinan hubungan diantaranya :

A. Komentar Umum

 Aliran yang diuji adalah aliran rerata. Kecepatan pada aliran rerata biasanya mencapai 0,5 kecepatan saat maksimum.

87 B. Komentar Tentang Node

 Kebutuhan rerata maksimum seluruh node : kebutuhan rerata minimum pada seluruh node = 51.99

 Kebutuhan rerata maksimum dibanding kebutuhan rerata minimum sangat besar, check lagi kebutuhan pada node

 Ada Node yang kebutuhan airnya tidak berfluktuasi. Chek kembali kebutuhan ? Berikut adalah node dengan kebutuhan tetap.

 Node 3 , Node 4 , Node 6 , Node 7 , Node 8 , Node 9 , Node 11 , Node 12 , Node 13

 Seluruh kebutuhan pada node adalah rerata (tanpa fluktuasi sama sekali) ini tidak lazim dalam sistem jaringan air minum dan tidak mungkin ada.

Usahakan mengisikan kebutuhan sesuai dengan fluktuasi terhadap waktu.

 Tekanan maximum pada node lebih dari 70 meter (misal node 9 ).

 Gunakan pipa yang benar-benar sesuai (kuat) agar tidak pecah

 Tekanan minimum pada node kurang dari 2 meter (misal node 3 ).

 Layanan ke node mungkin tidak akan sesuai dengan rencana.

 Perbaiki jaringan misalnya dengan memperbesar diameter pipa ke arah node tersebut.

 Sistem Jaringan di run untuk aliran rerata. Koefisien kebutuhan untuk semua node adalah 1

 Tekanan maksimum yang tinggi pada node, misal node 9 akan semakin tinggi saat kebutuhan rendah (misalnya malam hari).

 Untuk simulasi yang lengkap gunakan aliran EXTENDED

 Tekanan minimum yang rendah pada node, misal node 3 akan semakin rendah saat kebutuhan tinggi (misalnya pagi atau sore hari).

 Untuk simulasi yang lengkap gunakan aliran EXTENDED C. Komentar Tentang Pipa

 Ada 16 pipa merupakan pipa lurus.

 Diantara pipa lurus yang ada, sejumlah 16 pipa belum diberi koefisien kehilangan energi sekunder

 Sebagian atau semua koefisien kehilangan energi sekunder pada pipa mungkin terlalu kecil.

 Seyogyanya koefisien kehilangan energi sekunder minimum yang dimasukkan = 1.0

 Perbaiki data pipa

 Beberapa pipa terlalu besar. Berikut adalah pipa-pipa tersebut.

 Kadang memang diperlukan pipa yang agak besar untuk menghemat energi Pipa 6 , Pipa 7 , Pipa 8 , Pipa 12 ,

 Beberapa pipa terlalu kecil.

 Berikut adalah pipa-pipa tersebut. Selama energi masih dipenuhi, tak ada masalah dengan pipa kecil Pipa 1 , Pipa 14 , Pipa 15 , Pipa 16 ,

D. Komentar Tentang Tangki

 Tidak Ada Komentar Tentang Tangki E. Komentar Tentang Pompa

 Tidak Ada pompa

89 5.1.2 Hasil Analisis Hidraulika pada Sistem Jaringan Pipa dengan WaterNet

(Aliran Extend)

Gambar 5. 6 Skema Jaringan Pipa Typae II Dalam Kondisi Extended

Gambar 5. 7 Pipe Notations

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

1. Data Umum

Viskositas cairan yang dialirkan : 0.000001 Persamaan friksi yang digunakan : Hazen Williams Tipe aliran atau kebutuhan tiap node tetap

Digunakan kebutuhan rerata pada setiap Node

90 Gambar 5. 8 Data Node (Jam ke-48 pada Aliran Extended)

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

Gambar 5. 9 Data Node (Jam Ke-48 pada Aliran Extended

Sumber: Hasil Analisa WaterNet

2. Data Tangki

Tangki Nomor 1 Bentuk Tangki : Uniform

91 Luas tampang = 100 m2

Elevasi Maksimum = 239.5 m Elevasi Minimum = 237.5 m Elevasi Simulasi = 239 m Tangki Nomor 2

Bentuk Tangki : Uniform Luas tampang = 100 m2 Elevasi Maksimum = 229.5 m Elevasi Minimum = 227.5 m Elevasi Simulasi = 229 m Tangki Nomor 3

Bentuk Tangki : Uniform Luas tampang = 392 m2 Elevasi Maksimum = 405.5 m Elevasi Minimum = 403.5 m Elevasi Simulasi = 405 m Tangki Nomor 4

Bentuk Tangki : Uniform Luas tampang = 280 m2 Elevasi Maksimum = 303.5 m Elevasi Minimum = 301.5 m Elevasi Simulasi = 303 m

3. Komentar

Komentar dibagi dalam kajian 1. Node, 2. Pipa, 3. Tangki, 4. Pompa, dan kemungkinan hubungan diantaranya.

A. Komentar Umum

 Aliran yang diuji adalah aliran EXTENDED dengan tahapan waktu 60 menit.

92 B. Komentar Tentang Node

 Kebutuhan rerata maksimum seluruh node : kebutuhan rerata minimum pada seluruh node = 51.99

 Kebutuhan rerata maksimum dibanding kebutuhan rerata minimum sangat besar, check lagi kebutuhan pada node



 Ada Node yang kebutuhan airnya tidak berfluktuasi. Chek kembali kebutuhan ? Berikut adalah node dengan kebutuhan tetap.

 Node 3 , Node 4 , Node 6 , Node 7 , Node 8 , Node 9 , Node 11 , Node 12 , Node 13

 Seluruh kebutuhan pada node adalah rerata (tanpa fluktuasi sama sekali) ini tidak lazim dalam sistem jaringan air minum dan tidak mungkin ada.

Usahakan mengisikan kebutuhan sesuai dengan fluktuasi terhadap waktu.

 Sisa tekanan maksimum untuk seluruh node selama simulasi = -150

 Sisa tekanan minimum untuk seluruh node selama simulasi = -301

 Sisa tekanan negatip, menunjukkan bahwa pada jam tersebut suplai tidak akan sesuai dengan rencana. Perbaiki jaringan, misalnya memperbesar pipa ke arah node tersebut

 Kisaran sisa tekanan maximum untuk seluruh node selama simulasi = 0 terjadi di node

 Kisaran sisa tekanan maximum tersebut kecil. Mungkin jaringan pipa anda menggunakan pipa yang relatif besar

C. Komentar Tentang Pipa

 Ada 16 pipa merupakan pipa lurus.

 Diantara pipa lurus yang ada, sejumlah 16 pipa belum diberi koefisien kehilangan energi sekunder

 Sebagian atau semua koefisien kehilangan energi sekunder pada pipa mungkin terlalu kecil. Seyogyanya koefisien kehilangan energi sekunder minimum yang dimasukkan = 1.0

 Perbaiki data pipa

 Beberapa pipa terlalu besar. Berikut adalah pipa-pipa tersebut. Kadang memang diperlukan pipa yang agak besar untuk menghemat energi

 Pipa 1 , Pipa 2 , Pipa 3 , Pipa 4 , Pipa 5 , Pipa 6 , Pipa 7 , Pipa 8 , Pipa 9 , Pipa 10 , Pipa 11 , Pipa 12 , Pipa 13 , Pipa 14 , Pipa 15 , Pipa 16 , D. Komentar Tentang Tangki

 Tangki nomer 1 sedikit lebih besar dari kebiasaan ukuran tangki yang digunakan.

 Hal ini mungkin anda perlukan jika fluktuasi yang anda gunakan lebih besar dari standar perumahan (misal Gupta, Cipta Karya)

 Tangki nomer 2 sedikit lebih besar dari kebiasaan ukuran tangki yang digunakan.

 Hal ini mungkin anda perlukan jika fluktuasi yang anda gunakan lebih besar dari standar perumahan (misal Gupta, Cipta Karya)

 Tangki nomer 4 sekitar sepertiga ukuran tangki yang biasa digunakan.

 Periksa kembali aliran yang masuk dalam tangki dan periksa kembali fluktuasi kebutuhan yang sesungguhnya

 Input pada tangki no 1 lebih besar dari Output, Output: Input = 0.12

 Ini masalah yang mudah diperbaiki dengan memeperkecil aliran ke arah tangki, misalnya mengurangi kapasitas pompa atau memberikan

kehilangan energi pada pipa ke tangki tersebut

 Muka air maksimum dalam tangki nomer 1 = -1E+10

 Muka air mainimum dalam tangki nomer 1 = 1E+13

 Input pada tangki no 2 lebih besar dari Output, Output: Input = 0.18

 Ini masalah yang mudah diperbaiki dengan memeperkecil aliran ke arah tangki, misalnya mengurangi kapasitas pompa atau memberikan

kehilangan energi pada pipa ke tangki tersebut

 Muka air maksimum dalam tangki nomer 2 = -1E+10

 Muka air mainimum dalam tangki nomer 2 = 1E+13

 Tangki nomer 3 tidak pernah mendapat suplai air

 Ini masalah yang harus diperbaiki, walaupun dalam simulasi tangki tidak habis airnya

 Muka air maksimum dalam tangki nomer 3 = -1E+10

 Muka air mainimum dalam tangki nomer 3 = 1E+13

 Input pada tangki no 4 lebih besar dari Output, Output: Input = 0.84

 Ini masalah yang mudah diperbaiki dengan memeperkecil aliran ke arah tangki, misalnya mengurangi kapasitas pompa atau memberikan

kehilangan energi pada pipa ke tangki tersebut



 Muka air maksimum dalam tangki nomer 4 = -1E+10

 Muka air mainimum dalam tangki nomer 4 = 1E+13 E. Komentar Tentang Pompa

 Tidak ada Pompa

BAB VI PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Adapun yang dapat disimpulkan dari tugas ini adalah

1. Proyeksi Kebutuhan di Desa A, Desa B, Desa C, Desa D, Desa E, Desa F berturut- turut adalah 13,73 l/dt, 5,82 l/dt, 5,77 l/dt, 6,91 l/dt, 13.22 l/dt, 8,08 l/dt.

2. Estimasi diameter awal pipa berdasarkan persamaan Hazen-William dari perencanaan sistem penyediaan air minum pedesaan tipe II adalah seperti pada tabel 4.5 pada BAB IV.

3. Kehilangan energy (Mayor/Minor) dari perencanaan sistem penyediaan air minum pedesaan tipe II adalah seperti pada tabel 4.5 pada BAB IV.

4. Head pompa dan daya pompa berturut turut pada skema sistem penyediaan air minum pedesaan tipe II didapat sebesar 27.404 m dan 15.390 Hp

5. Perencanaan jaringan perpipaan transmisi dan distribusi utama dengan menggunakan program WaterNet adalah seperti pada gambar 5.1 dan gambar 5.6 pada BAB V.

6. Gambar reservoir dan bangunan penunjang pada persencanaan sistem penyediaan air minum pedesaan tipe II ini adalah seperti pada gambar pada lampiran.

7. Gambar potongan memanjang jalur pipa transmisi dan distribusi utama lengkap dengan tipikal perletakan pipa adalah seperti pada gambar pada lampiran.

DAFTAR PUSTAKA

Negara Republik Indonesia. 2019. Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 17 Tahun 2019 Tentang Sumber Daya Air . Jakarta

Team Pengajar SPAM. 2019. Pengantar Kuliah Sistem Penyediaan Air Minum (SPAM).

Denpasar, Universitas Udayana.

Kuningsih,TW. 2011. Uji Coba Waternet.

https://triwahyukuningsih.wordpress.com/2011/08/13/uji-coba-waternet/

Diakses pada 15/05/2020

Sanjaya. Arsana. Suputra. 2014. Analisis Hidraulik Pipa Transmisi Pada Sistem

Penyediaan Air Baku Waduk Titab (Studi Kasus : Sistem Penyediaan Air Minum Wilayah Barat Kabupaten Buleleng).

https://simdos.unud.ac.id/uploads/file_penelitian_1_dir/7e2c600c2c70bee29238857f64a0381a.pd fDiakses pada 15/05/2020

Dalam dokumen Tugas Sistem Penyediaan Air Minum (Halaman 83-88)