ANALISIS SISTEM PENDISTRIBUSIAN AIR BERSIH PADA BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN SOFTWARE EPANET 2.0
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil
Oleh:
PRIHATINNI 07 0404 007
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul “Analisis Sistem Pendistribusian Air Bersih pada Bangunan Bertingkat dengan Software EPANET 2.0”. Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu: 1.
Bapak Dr.Ir.A.Perwira Mulia, M.Sc selaku pembimbing I, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
2.
Bapak Zaid Perdana, ST, MT selaku pembimbing II, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
3.
Bapak Muhammad Faisal, ST, MT, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
4.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
i Universitas Sumatera Utara
5.
Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6.
Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7.
Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.
8.
Buat kedua orang tuaku, Ayahanda Suarman dan Ibunda Sariani yang telah memberikan kasih sayang, motivasi, nasehat, kasih sayang dan telah mengorbankan materil serta do’a yang selalu mengiringi setiap langkahku.
9.
Kakak dan abangku Cahyadi, Sendra Sistra, Wahana Diniyanti, Rahmat Syahputra Lubis, Kartika Ariani, Waskito dan seluruh keluarga besar yang telah banyak membantu saya baik dalam hal dukungan moral maupun material.
10. Buat Nurma Rahmani Nasution (ncit), yang telah memberikan kasih sayang sehingga selalu membuatku tegar melangkah serta do’amu yang selalu mengiringi langkahku. 11. Buat Gina Cynthia R Hsb dan Imasari Hrp, yang banyak memberikan motivasi dan do’a dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 12. Buat saudara/i seperjuangan Gorby, Juangga, Bang Andi, Kak Yani, Putri, Dita, Wuritesa, Vina, Ade, Dina, Delfi, Martinus, Maulana, Arsyad, Izal, Tiffany, Ari, Heri, Saki, Didi, Ari Afrian, Alfriyadi, Rotua, Raynelda, bang Septian, adik-adik 10, kakak dan abang senior 06, 05, dan 04 serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2007 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
ii Universitas Sumatera Utara
13. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya yang sangat baik. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahamahan saya dalam hal ini. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Januari 2012
(PRIHATINNI) Penulis
iii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Sistem distribusi air bersih umumnya merupakan suatu jaringan perpipaan yang tersusun atas sistem pipa, pompa dan perlengkapan lainnya. Pendistribusian air bersih pada gedung-gedung bertingkat memerlukan suatu instalasi pendistribusian yang mampu memenuhi kebutuhan akan air bersih secara merata ke seluruh tempat pada gedung. Dalam penulisan skripsi ini dirancang suatu pendistribusian air bersih pada gedung, dimana perancangan ini meliputi kebutuhan total air bersih, ukuran dan jenis pipa yang digunakan, reservoir, pompa, dan tangki air. Analisa yang digunakan dalam perancangan ini menggunakan perhitungan manual secara step by step dengan rumus Darcy-Weisbach dengan kajian pembanding software EPANET 2.0. Perhitungan yang dilakukan merupakan analisa nilai head pada masingmasing pipa. Dimana kebutuhan air pada gedung adalah 15.000 liter per hari. Dimana nilai head didapat dari pengurangan head dengan kerugian head. Dengan elevasi gedung 15 meter dan pipa yang digunakan PVC dengan diamater 4 inci, 3 inci, 2 inci, 1½ inci, ¾ inci, ½ inci. Dan menganalisa jenis pompa sesuai spesifikasinya. Hasil perhitungan manual dibandingkan dengan output EPANET 2.0 memiliki perbandingan head pada masing-masing pipa dengan jumlah 1,343 persen. Berdasarkan perhitungan maka didapat persen ralat rata-rata yaitu sebesar 0,096 persen. Maka hal ini menunjukkan bahwa pada perhitungan secara manual menggunakan rumus Darcy Weisbach dan EPANET 2.0 tidak jauh berbeda. Kata kunci: gedung bertingkat, headloss, head, EPANET 2.0
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ................................................................................................. i ABSTRAK ................................................................................................................. iv DAFTAR ISI ............................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... viii DAFTAR NOTASI .................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ...................................................................................................... x BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.2. Maksud dan Tujuan ........................................................................................... 4 1.3. Ruang Lingkup .................................................................................................. 5 1.4. Metodologi Penelitian ....................................................................................... 5 1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................................ 9 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................. 10 2.1. Metode Pendistribusian Air ............................................................................. 10 2.1.1. Sistem Gravitasi ........................................................................................ 10 2.1.2. Sistem Pemompaan ................................................................................... 10 2.1.3. Sistem gabungan keduanya ....................................................................... 10 2.2. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida .......................................................... 11 2.3. Jenis Aliran Fluida .......................................................................................... 12 2.4. Energi dan Head .............................................................................................. 14 2.5. Kerugian Head ................................................................................................ 15 2.5.1. Kerugian Head Minor ............................................................................... 16 2.5.2. Kerugian Head Mayor .............................................................................. 17 2.6. Persamaan Bernoulli........................................................................................ 21 2.7. Persamaan Empiris untuk Aliran di dalam Pipa .............................................. 23 2.8. Sistem Perpipaan Ganda .................................................................................. 24 2.8.1. Sistem Pipa Seri ........................................................................................ 24 2.8.2. Sistem Pipa Paralel ................................................................................... 25 2.9. Dasar Perencanaan Pompa .............................................................................. 26 2.9.1. Penentuan Kapasitas Pompa ..................................................................... 29 2.10. Pengenalan EPANET 2.0 .............................................................................. 30
v Universitas Sumatera Utara
BAB III PERANCANGAN PERPIPAAN PADA GEDUNG ............................... 11 3.1. Kondisi Gedung Perencanaan ......................................................................... 11 3.2. Kondisi Sistem Perpipaan/Plumbing dan Pompa ............................................ 11 3.3. Jumlah Pemakaian Air..................................................................................... 38 3.3.1. Kebutuhan air bersih untuk Gedung Bertingkat ....................................... 38 3.4. Kebutuhan Air Maksimm pada Gedung Bertingkat 3 (tiga) ........................... 40 BAB IV METODOLOGI ........................................................................................ 34 4.1. Pengolahan Data .............................................................................................. 34 4.2. Analisa Perhitungan ........................................................................................ 46 4.3. Perancangan Jaringan dengan Software EPANET 2.0 .................................... 47 4.3.1. Tahapan menggunakan EPANET 2.0 ....................................................... 48 4.3.2. Masukan Data (Input) ............................................................................... 48 4.4. Proses Ekesekusi Program............................................................................... 58 4.5. Keluaran Data (Output) ................................................................................... 60 4.6 Perbandingan Head .......................................................................................... 62 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................... 41 5.1. Pemilihan Jenis Pompa .................................................................................... 41 5.2. Pemilihan Dimensi Pipa .................................................................................. 66 5.3. Tangki Air Bersih ............................................................................................ 72 5.3.1. Reservoir ................................................................................................... 72 5.3.2. Tangki Air ................................................................................................. 73 BAB VI ANALISA PERANCANGAN DISTRIBUSI AIR DENGAN SOFTWARE EPANET 2.0...................................................................................... 74 6.1 Masukan Data (Input) ....................................................................................... 74 6.1.1. Node (Junction) ........................................................................................ 74 6.1.2. Pipa (pipe) ................................................................................................. 76 6.1.3. Pompa (pump) ........................................................................................... 79 6.1.4. Tangki Air (tank) ...................................................................................... 80 6.1.5. Reservoir ................................................................................................... 82 6.2 Proses Ekesekusi Program................................................................................ 83 6.3 Keluaran Data (Output) .................................................................................... 84 6.4 Perbandingan Head .......................................................................................... 85
vi Universitas Sumatera Utara
BAB VII KESIMPULAN ........................................................................................ 87 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ xi LAMPIRAN .............................................................................................................. xii
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kecepatan Aliran Melalui Saluran Tertutup .......................................... 11 Gambar 2.2 Kecepatan Melalui Saluran Terbuka ...................................................... 11 Gambar 2.3 Diagram Moody ..................................................................................... 17 Gambar 2.4 Ilustrasi Persamaan Bernoulli ................................................................ 22 Gambar 2.5 Pipa Yang Dihubungkan Secara Seri ..................................................... 24 Gambar 2.6 Pipa Yang Dihubungkan Secara Paralel................................................. 25 Gambar 2.7 Tampilan EPANET ................................................................................ 32 Gambar 3.1 Denah lantai I dan lantai II ..................................................................... 37 Gambar 3.2 Denah lantai III dan Atap Bangunan ...................................................... 37 Gambar 3.3 Grafik estimasi pemakaian air ................................................................ 41 Gambar 4.1 Jaringan instalasi air dari pmpa .............................................................. 45 Gambar 4.2 Grafik Kurva Pompa .............................................................................. 47 Gambar 4.3 Tampilan Map Options .......................................................................... 49 Gambar 4.4 Tampilan Map Dimensions .................................................................... 50 Gambar 4.5 Tampilan Defaults .................................................................................. 51 Gambar 4.6 Input Junction......................................................................................... 52 Gambar 4.7 Input Pipa ............................................................................................... 54 Gambar 4.8 Input Reservoir ....................................................................................... 55 Gambar 4.9 Input pompa............................................................................................ 55 Gambar 4.10 Input kurva pompa ............................................................................... 56 Gambar 4.11 Input tangki air ..................................................................................... 57 Gambar 4.12 Input kurva tangki air ........................................................................... 58 Gambar 4.13 Contoh tabel hasil Run pada Link ........................................................ 59 Gambar 4.14 Pipe Headloss Formulas ...................................................................... 61 Gambar 5. Pompa Air Jet Pump Grundfos (JDBasic 3)............................................ 41 Gambar 5.2 Grafik Kurva Pompa .............................................................................. 66 Gambar 6.1 Tampilan Input Junction ........................................................................ 76 Gambar 6.2 Input Pipa ............................................................................................... 79 Gambar 6.3 Input pompa............................................................................................ 79 Gambar 6.4 Input kurva pompa ................................................................................. 80 Gambar 6.5 Input Tangki Air ..................................................................................... 81 Gambar 6.6 Input kurva tangki air ............................................................................. 81 Gambar 6.7 Input kurva tangki air ............................................................................. 82 Gambar 6.8 Gambaran visual jaringan distribusi ....................................................... 83
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI i
kemiringan atau slope garis tengah
D
diameter pipa
Q
debit aliran
hf
kehilangan energy akibat gesekan dalam pipa
f
koefisien gesek Darcy – Weisbach
L
panjang pipa
g
kecepatan gravitasi bumi
A
luas penampang aliran
ρ
massa jenis fluida
v
kecepatan aliran fluida
μ
viskositas dinamik fluida
W
berat fluida
z
beda ketinggian
k
koefisien kerugian
€
Equivalent Roughness
C
Hazen – Williams Coefficient
h
tinggi head
Re
Bilangan Reynolds
ν
viskositas zat cair
V
volume
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai koefisien kerugian untuk beberapa kelengkapan pipa ...................... 16 Tabel 2.2 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil .............................. 18 Tabel 2.3 Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams ............................................. 20 Tabel 3.1 Rata-rata kebutuhan air per orang per hari................................................. 38 Tabel 3.2 Estimasi pemakaian air per hari ................................................................. 40 Tabel 3.3 Pemakaian air pada periode I (00.00-08.00) WIB ..................................... 40 Tabel 3.4 Pemakaian air pada periode II (08.00-16.00) WIB .................................... 40 Tabel 3.5 Pemakaian air pada periode III (16.00-24.00) WIB................................... 41 Tabel 3.6 Pemakaian air pada setiap periode ............................................................. 41 Tabel 4.1 Data Volume Tangki Air ........................................................................... 57 Tabel 5.1 Data Karakteristik Pompa .......................................................................... 64 Tabel 5.2 Koefisien Minor Headloss ......................................................................... 64 Tabel 5.3 Kapasitas dan Head Pompa ........................................................................ 65 Tabel 5.4 Nilai koefisien gesek pipa .......................................................................... 68 Tabel 5.5 Total Head pada Pipa Lantai I.................................................................... 70 Tabel 5.6 Total Head pada Pipa Lantai II .................................................................. 70 Tabel 5.7 Total Head pada Pipa Lantai III ................................................................. 71 Tabel 6.1 Input Elevation Junction ............................................................................ 74 Tabel 6.2 Input Base Demand Junction ..................................................................... 75 Tabel 6.3 Input Panjang Pipa ..................................................................................... 77 Tabel 6.4 Input Diameter Pipa ................................................................................... 78 Tabel 6.5 Nilai head output EPANET........................................................................ 84 Tabel 6.6 Persen Ralat Hasil Perhitungan .................................................................. 85
x Universitas Sumatera Utara
