BAB II TINJAUAN PUSTAKA

24

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Konsep Dasar Untuk aliran fluida dalam pipa khususnya untuk air terdapat kondisi yang harus

diperhatikan dan menjadi prinsip utama, kondisi fluida tersebut adalah fluida merupakan fluida inkompresibel, fluida dalam keadaan steady dan seragam. Q = v× A

dimana:

Q = laju aliran (m3/s) A = luas penampang aliran ( m2) v = kecepatan aliran ( m/s )

Untuk aliran steady dalam pipa dengan diameter pipa konstan pada waktu yang sama berlaku v1 × A1 = v 2 × A2

Gambar 2.1 Aliran Steady dan Seragam

Universitas Sumatera Utara

25 2.2.

Persamaan-Persamaan Untuk Aliran Untuk aliran fluida adapun beberapa persaman-persaman yang digunakan yaitu :

1. Persamaan Kontinuitas 2. Persamaan Energi 3. Persamaan Momentum 4. Persamaan Bernoulli

2.2.1. Persamaan Kontinuitas Persamaan kontinuitas digunakan untuk menyeimbangkan kapasitas aliran dan volume untuk sebuah jaringan distribusi. Dengan asumsi fluida merupakan fluida inkompresibel dengan massa jenis (ρ) konstan

dimana :

ρ = massa jenis ( kg/m3) m= massa ( kg) v = vomume ( m3 )

Qin = Qout ±

dimana :

∆V ∆t

[lit.9 hal 57]

ΔV= perubahan volume (m3) Δt = interval waktu

2.2.2. Persamaan Energi Persamaan energi menunjukkan keseimbangan energi yaitu energy masuk sama dengan energi keluar dan dinyatakan dalam persamaan E1 = E2 2.2.3. Persamaan momentum Persamaan momentum mengganbarkan tahan pipa terhadap beban dinamik yang disebabakan oleh aliran bertekanan. untuk fluida

inkompresibel momentum M (N)

dirumuskan [lit.9 hal 58] Dimana:

ρ = massa jenis (kg/m3) Q= kapasitas aliran (m3/s) v = kecepatan fluida (m/s)


26 2.2.4. Persamaan Bernoulli Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus didasarkan pada hokum Newton II. Persamaan ini diturunkan dengan anggapan bahwa: 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. Energi yang ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai head pada suatu titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi pada titik lain sepanjang aliran fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida. Konsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang disebut dengan persamaan Bernoulli, yaitu:

p1

2

2

v p v + 1 + z1 = 2 + 2 + z 2 γ 2g γ 2g

dimana:

[lit.1hal 115]

p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 v1 dan v2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan 2 z1 dan z2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2

dimana:

γ

= berat jenis fluida

g

= percepatan gravitasi = 9,806 m/s2

p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 v1 dan v2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan 2 z1 dan z2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2 γ

= berat jenis fluida

g

= percepatan gravitasi = 9,806 m/s2


27

hL

Arah Aliran Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli

Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi diantara dua titik. Jika head losses ini tidak diperhitungkan maka akan menjadi masalah dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan “hl” maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dimana dirumuskan sebagai:

p1

2

2

v p v + 1 + z1 = 2 + 2 + z 2 + hl γ 2g γ 2g

[lit.1hal 116]

Persamaan diatas dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan type aliran, biasanya untuk fluida inkompresibel tanpa adanya penambahan panas atau energi yang diambil dari fluida. Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin, dan peralatan lainnya.


28 2.3 Jenis Aliran Fluida Aliran fluida dapat dibedakan atas 3 jenis yaitu aliran laminar , aliran transisi dan aliran turbulen. Jenis aliran ini didapatkan dari hasil eksperiman yang dilakukan oleh Osborne Reynold tahun 1883 yang mengklasifikasikan aliran 3 jenis. Jika air mengalir melalui sebuah pipa berdiameter d dengan kecepatan rata-rata V maka dapat diketahui jenis aliran yang terjadi. Berdasarka eksperimen tersebut maka didapatkan bilangan reynold dimana bilangan ini tergantung pada kecepatan fluida, kerapatan, viskositas, dan diameter. Aliran dikatakan laminar jika partikel-partikel fluida yang bergerak teratur mengikuti lintasan yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama. Aliran ini terjadi apabila kecepatan kecil atau kekentalan besar. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-rata saja yang mengikuti sumbu pipa. Aliran ini terjadi apabila kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil. Bilangan Reynold (Re) dapat dihitung dengan persamaan: Re =

dimana:

ρ .d.v µ

[lit.2 hal 80]

ρ = massa jenis fluida (kg/m3) d = diameter dalam pipa (m) v = kecepatan aliran fluida (m/s) µ = viskositas dinamik fluida (Pa.s)

Karena viskositas dinamik dibagi dengan massa jenis fluida merupakan viskositas kinematik (v) maka bilangan Reynold dapat juga dinyatakan: v=

µ ρ

sehingga Re =

d.v

µ

[lit 2 hal 81]

Menurut Orianto (1989), berdasarkan percobaan aliran didalam pipa, Reynolds menetapkan bahwa untuk angka Reynolds dibawah 2000, gangguan aliran dapat diredam oleh kekentalan zat cair maka disebut aliran laminar. Aliran akan menjadi turbulen apabila angka Reynolds lebih besar dari 4000. Apabila angka Reynolds berada di antara kedua nilai tersebut (2000 < Re < 4000) disebut aliran transisi.


29 2.4.

Metode Pendistibusian Air

2.4.1 Sistem Gravitasi Metode pendistribusian dengan sistem gravitasi bergantung pada topografi sumber air yang ada dan daerah pendistribusiannya. Biasanya sumber air ditempatkan pada daerah yang tinggi dari daerah distribusinya. Air yang didistribusikan dapat mengalir dengan sendirinya tanpa pompa. Adapun keuntungan dengan sistem ini yaitu energi yang dipakai tidak membutuhkan biaya, sistem pemeliharaan yang murah.

2.4.2. Sistem Pemompaan Metode ini menggunakan pompa dalam mendistribusikan air menuju daerah didtribusi. Pompa langsung dihubungkan

dengan pipa yang menangani pendistribusian.

Dalam pengoperasiannya pompa terjadwal utnuk beroperasi sehingga dapat menghemat pemakaian energi. Keuntungan dari metode ini yaitu tekanan pada daerah distribusi dapat terjaga.

2.4.3. Sistem Gabungan Keduanya Metode ini merupakan gabungan antara metode gravitasi dan pemopaan yang biasanya digunakan untuk daerah distribusi yang berbukit-bukit.

2.5.

Kerugian Head

2.5.1 Kerugian Head Mayor Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus berikut, yaitu: 1.

Persamaan Darcy – Weisbach, yaitu:

L v2 hf = f d 2g

[lit.5 hal 356]


30 dimana: hf = kerugian head karena gesekan (m) f = faktor gesekan (diperoleh dari diagram Moody) d = diameter pipa (m) L = panjang pipa (m) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan gravitasi Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy – Weisbach. Untuk aliran laminar dimana bilangan Reynold kurang dari 2000, faktor gesekan dihubungkan dengan bilangan Reynold, dinyatakan dengan rumus: f =

64 Re

Gambar 2.3 Diagram Moody


31

Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil Kekasaran

Bahan Riveted Steel Concrete Wood Stave Cast Iron Galvanized Iron Asphalted Cast Iron Commercial Steel or Wrought Iron Drawn Brass or Copper Tubing Glass and Plastic Sumber:

ft 0,003 – 0,03 0,001 – 0,01 0,0006 – 0,003 0,00085 0,0005 0,0004 0,00015 0,000005 “smooth”

m 0,0009 – 0,009 0,0003 – 0,003 0,0002 – 0,009 0,00026 0,00015 0,0001 0,000046 0,0000015 “smooth”

Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill. New York. 1987, hal. 134.

Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relative menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain: a. Untuk daerah complete roughness, rough pipes menurut, yaitu:  3,7  = 2,0 log  f ε /d 

1

[lit.2 hal 80]

b. Untuk pipa halus, hubungan antara bilangan Reynold dan faktor gesekan dirumuskan sebagai: Blasius : f = 1.

0,316 Re 0, 25

[lit.2 hal 80]

untuk Re = 3000 < Re < 100000

2. Von Karman :

(

 Re f = 2 log  f  2,51

1

  

)

= 2 log Re f − 0,8

[lit.2 hal 80] untuk Re sampai dengan 3.106.


32 c. Untuk pipa kasar, menurut Orianto (1989), yaitu: Von Karman :

1 f

= 2 log

d

ε

+ 1,74

[lit.2 hal 80]

dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold. d. Untuk Pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi, menurut Orianto (1989) hal 80, yaitu: Corelbrook – White :

ε / d 2,51 = −2 log  + f  3,7 Re f

1

  

[lit.2 hal 80]

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: hf =

10,666Q 1,85 L C 1,85 d 4,85

[lit.1hal 133]

dimana: hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m3/s) L = panjang pipa (m) C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams d = diameter pipa (m) 2.5.2. Kerugian Head Minor Kerugian yang kecil akibat gesekan pada jalur pipa yang terjadi pada komponenkomponen tambahan seperti katup, sambungan, belokan, reduser, dan lain-lain disebut dengan kerugian head minor (minor losses) Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa menurut dirumuskan sebagai: v2 hm = ∑ .k . 2g dimana:

[lit.5 hal 80]

g = percepatan gravitasi v = kecepatan aliran fluida dalam pipa k = koefisien kerugian (dari lampiran koefisien minor losses peralatan pipa)


33 untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.

2.5.3. Persamaan Empiris Untuk Aliran Dalam Pipa Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan Darcy 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

internasional , yaitu:

v = 0,8492.C.R 0, 63 .s 0,54

[lit.1hal 160]

dimana: v = kecepatan aliran (m/s) C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams R = jari-jari hidrolik =

A pw

πD 2 / 4 πD =

=

d untuk pipa bundar 4


34

Tabel 2.1 Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams Extremely smooth and straight pipes

140

New Steel or Cast Iron

130

Wood; Concrete

120

New Riveted Steel; vitrified

110

Old Cast Iron

100

Very Old and Corroded Cast Iron

80

(Sumber : Jack. B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill, New York. 1987, hal. 161.)

2. Persamaan Manning dengan satuan internasional, yaitu: v=

1,0 2 / 3 1 / 2 R s n

[lit.1hal 161]

dimana: n = koefisien kekasaran pipa Manning

Persamaan Hazen – Williams umumnya digunakan untuk menghitung headloss yang terjadi akibat gesekan. Persamaan ini tidak dapat digunakan untuk liquid lain selain air dan digunakan khusus untuk aliran yang bersifat turbulen. Persamaan Darcy – Weisbach secara teoritis tepat digunakan untuk semua rezim aliran semua jenis liquid. Persamaan Manning biasanya digunakan untuk aliran saluran terbuka (open channel flow).


35 2.6.

Jenis Jaringan Pemipaan

2.6.1 Sistem Jaringan Pemipaan Seri Sistem pemipaan dengan susunan seri merupakan jaringan pipa tanpa cabang ataupun loop. Jaringan ini memiliki satu sumber , satu ujung dan node yang menyambung 2 pipa yang berada dalam satu jalur. Jaringan pemipaan jenis ini sangat kecil dan dipakai untuk pendistribusian air kawasan yang kecil.

Gambar 2.4 Pipa Jaringan Seri

2.6.2. Sistem Jaringan Pemipaan Bercabang (Branch) Sistem pemipaan dengan susunan bercabang merupakan kombinasi dari jaringan pemipaan susunan seri. Dimana, jaringannya terdiri dari satu sumber dan memiliki banyak cabang. Sistem ini cukup untuk memenuhi kebutuhan sebuah komunitas dan investasi yang dikeluarkan tidaklah besar.

Gambar 2.5 Pipa Jaringan Bercabang


36 2.6.3. Sistem Jaringan Pemipaan Tertutup (Loop) Sistem pemipaan ini merupakan sistem yang mana jaringannya saling terhubung yang terdiri dari node-node yang menerima aliran air lebih dari satu bagian. Dengan sistem ini masalah – masalah yang dihadapi pada sistem seri ataupun bercabang dapat ditangani seperti masalah tekanan. Namun, sistem pemipaan dengan jaringan ini lebih rumit jika dibandingkan dengan sistem seri atau bercabang. Untuk biaya operasi dan investasi yang cukup besar. Sistem ini biasanya dipakai pada daerah yang cukup luas dengan jumlah pemakai yang cukup besar.

Gambar 2.6 Jaringan Tertutup

2.6.4. Sistem Jaringan Pemipaan Kombinasi Sistem perpipan jenis ini merupakan sistem jaringan pemipaan yang umum digunakan untuk daerah yang luas. Sistem ini merupakan gabungan antara sistem dengan jaringan bercabang dan loop

Gambar 2.7 Jaringan Kombinasi


37 2.7. Metode Penyelesaian Sistem Jaringan Pemipaan Untuk pipa yang dihubungkan secara seri dengan diameter yang berbeda dan pipa yang berbeda berlaku hl (head losses)= hl1 + hl2 + hl3 +…… Q (kapasitas aliran) = Q1 = Q2 = Q3 =…..

Gambar 2.8 Pipa dengan susunan seri

Untuk pipa yang disusun secara paralel berlaku hl = hl1 = hl2 = hl3 =…… Q = Q1 + Q2 + Q3 +…..

Gambar 2.9 Pipa dengan susunan paralel Untuk menyelesaikan jaringan pipa dengan sistem loop terdapat tiga cara yaitu 1. Metode Hardy Cross 2. Metode Newton Raphson 3. Metode Teori Linear Analisa jaringan pemipaan yang umum digunakan adalah menggunakan metode Hardy Cross. Hardy Cross merupakan seorang Profesor Teknik Sipil di Universitas Illinois. Pertama kali metode ini diperkenalkan pada tahun 1936. Metode ini tegantung pada persamaan dasar kontinuitas aliran dan head losses yang terjadi pada pipa.


38

Gambar 2.8. Sistem Jaringan Pipa

Jaringan pipa pengangkut air yang kompleks dapat dianalisis dengan cepat menggunakan persamaan Hazen-Williams atau rumus gesekan lain yang sesuai. Perhitungan distribusi aliran pada suatu jaringan biasanya rumit karena harus memecahkan serangkaian persamaan hambatan yang tidak linear melalui prosedur yang iteratif. Kesulitan lainnya adalah kenyataan bahwa kebanyakan jaringan, arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi sukar untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran akan tekanan di berbagai titik menjadi persyaratan utama untuk menentukan ukuran pipa, sehingga harus diselesaikan dengan cara berurutan dan iterasi. Sebuah jaringan yang terdiri dari sejumlah pipa mungkin membentuk sebuah loop, dimana pipa yang sama dipakai oleh dua loop yang berbeda. Ada dua syarat yang harus diperhatikan agar aliran dalam jaringan tersebut seimbang, yaitu: a. Aliran netto ke sebuah titik harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa laju aliran ke sebuah titik pertemuan harus sama dengan laju aliran dari titik pertemuan yang sama. b. Head losses netto di seputar sebuah loop harus sama dengan nol. Jika sebuah loop ditelusuri ke arah manapun, sambil mengamati perubahan head akibat gesekan atau losses yang lain, kita harus mendapatkan aliran yang seimbang ketika kembali ke kondisi semula (head dan tekanan) pada kondisi awal.


39 Prosedur untuk menentukan distribusi aliran dalam suatu jaringan meliputi penentuan aliran pada setiap pipa sehingga kontinuitas pada setiap pertemuan terpenuhi (syarat 1). Selanjutnya head losses dari setiap loop dihitung dan jika tidak sama dengan nol maka aliran yang telah ditetapkan harus dikoreksi kembali dengan perkiraan dan metode iterasi yang disebut metode Hardy Cross. Untuk sebuah loop tertentu dalam sebuah jaringan misalkan Q adalah laju aliran sesungguhnya atau laju aliran seimbang dan Q0 adalah laju aliran yang diandaikan sehingga Q = Q0 + ∆Q. dari persamaan Hazen-Williams hl = nQx, maka fungsi Q dapat dikembangkan dalam deret Taylor sebagai : f (Q + ∆Q ) = f (Q ) +

df (Q ) + .... dQ

Jika hanya orde pertama yang digunakan, kemudian ∆Q dihitung dengan f(Q) = ∑hl, maka:

∆Q = −

Σhl ΣnQo x Σhl =− =− x −1 Σdhl / dQ 1,85Σhl / Qo ΣnQo

Harga x adalah eksponen dalam persamaan Hazen-Williams apabila digunakan untuk menghitung hl dan besarnya adalah

1 = 1,85 dan n menyatakan suku-suku yang terdapat 0,54

dalam persamaan yang menggunakan satuan British, yaitu: n =

4,73L . C 1,85 d 4,87

Cara lain yang dapat digunakan ialah dengan persamaan Darcy-Weisbach dengan x = 2 dan n =

8 fl . Hal ini yang perlu diperhatikan adalah bahwa faktor gesekan selalu gπ 2 d 5

berubah untuk setiap iterasi. Prosedur pengerjaannya adalah, sebagai berikut: 1. Andaikan distribusi aliran yang paling wajar, baik besar maupun arahnya dalam setiap pipa sehingga total aliran ke setiap titik pertemuan mempunyai jumlah aljabar nol. Ini harus ditunjukkan dari diagram jaringan pipa yang bersangkutan. 2. Buat sebuah tabel untuk menganalisa setiap loop tertutup dalam jaringan yang semiindependent. 3. Hitung head looses pada setiap pipa.


40 4. Untuk tiap loop, anggap bahwa laju aliran Qo dan head losses (hl) positif untuk aliran yang searah dengan jarum jam dan negatif untuk aliran yang berlawanan arah jarum jam. 5. Hitung jumlah aljabar heal losses (∑hl) dalam setiap loop. 6. Hitung total head losses persatuan laju aliran

besaran

 hl 

∑  Qo  = ΣnxQo 

0.85



hl untuk tiap pipa. Tentukan jumlah Qo

. Dari defenisi tentang head losses dan arah aliran,

setiap suku dalam penjumlahan ini harus bernilai positif. 7. Tentukan koreksi aliran dari tiap loop, dirumuskan sebagai berikut : ∆Q =

− Σhl nΣhl / Qo

[lit.3 hal 48]

dimana: ∆Q = koreksi laju aliran untuk loop ∑hl = jumlah aljabar kerugian head untuk semua pipa dalam loop n

= harga yang bergantung pada persamaan yang digunakan untuk menghitung laju aliran.

n

= 1,85 bila digunakan persamaan Hazen-Williams.

n

= 2 bila digunakan persamaan Darcy dan Manning.

Koreksi diberikan untuk setiap pipa dalam loop. Sesuai dengan kesepakatan, jika ∆Q bernilai positif ditambahkan ke aliran yang searah jarum jam dan dikurangkan jika berlawanan arah jarum jam. Untuk pipa yang digunakan secara bersama dengan loop lain, maka koreksi aliran untuk pipa tersebut adalah harga netto dari koreksi untuk kedua loop. 8. Tuliskan aliran yang telah dikoreksi pada diagram jaringan pipa seperti pada langkah 1. untuk memeriksa koreksi pada langkah 7 perhatikan kontinuitas pada setiap pertemuan pipa. 9. Ulangi langkah 1 sampai 8 sampai koreksi aliran = 0.


41 Prosedur di atas dapat digambarkan pada sebuah tabel berikut: 1

2

3

4

5

6

7

No. pipa

Panjang pipa (L)

Diameter pipa (d)

Laju aliran

Unit head losses (hf)

Head losses (hl)

hl Q0

m

M

m3/s

m

s/m2

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

Ditentukan

Diagram pipa

hf1

1 2 3

∑hl

2.8.

hl

∑Q

0

Dasar Perencanaan Pompa Dalam perencanaan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat

lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, antara lain: a. Kapasitas Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan. b. Head Pompa Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu: -

Head Potensial Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air.


42 -

Head Kecepatan Head kecepatan atau head kinetik, yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan persamaan V2/2g .

-

Head Tekanan Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan dengan P/γ . Head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (Head mayor dan Head minor).

c.

Sifat Zat Cair Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar.

d.

Unit Penggerak Pompa Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor bakar, motor listrik dan turbin uap. Bila pipa dipasangkan dengan pompa maka akan ada penambahan energi sebesar Hp.

Head pompa itu sendiri merupakan energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang memiliki head rendah ke tempat dengan head yang tinggi. Untuk menyelesaikan persoalan di atas digunakan persamaan Bernoulli, yaitu:

P1

2

2

P2 − P1

V − V1 + 2 + (Z 2 − Z 1 ) + H L 2g

V P V + 1 + Z1 + H P = 2 + 2 + Z 2 + H L γ 2g γ 2g

atau

HP =

γ

2

2


43

dimana:

P2 − P1

adalah perbedaan head tekanan

γ

V2 − V1 2g Z2 – Z1 2

HL

2

adalah perbedaan head kecepatan adalah perbedaan head statis adalah head losses total

Untuk menghitung besarnya daya yang dibutuhkan pompa, menurut Sularso (2000) adalah sebagai berikut: Np =

γ ×Q× H p ηp

[lit.1hal 133]

dimana: NP = Daya pompa (kW) γ

= Berat jenis fluida (N/m3)

Q = Laju aliran fluida (m3/s) Hp = Head pompa (m) ηp = Efisiensi pompa


44 2.9 EPANET EPANET merupakan sebuah perangkat lunak yang dapat memberikan informasi kepada pengguna mengenai simulasi hidrolik dan perilaku kualitas air didalam sistem jaringan pemipaan bertekanan dalam rentang waktu tertentu. Perangkat lunak ini dikembangkan oleh Water Supply and Water Resources Division USEPA’s National Risk Management Research Laboratory. Sistem jaringan pemipaan itu sendiri merupakan sebuah sistem yang terdiri dari kombinasi antara pipa, node, pompa, valve dan tanki atau reservoir, yang saling terhubungan satu sama lain dalam satu kesatuan. EPANET mampu menelusuri aliran air didalam pipa, tekanan ditiap node, tinggi muka air didalam tanki/reservoir dan konsentrasi bahan kimia (mis. Desinfektan klor) selama rentang simulasi tersebut.

EPANET yang dijalan dibawah operation system Windows ini, menyediakan suatu lingkungan yang terintegrasi untuk melakukan pengeditan terhadap input data, running hydraulic dan simulasi kualitas air serta kemudian menampilkannya dalam berbagai format seperti jaringan pemipaan dan node dengan kode warna, tabel, grafik terhadap waktu dan plot kontur sesuai dengan kebutuhan analisis pengguna. Hasil analisis tersebut sangat bermanfaat bagi pengambil keputusan, baik ditingkat manajemen maupun dilingkup tim perencana, sebagai input dalam pengelolaan sistem distribusi air maupun sebagai input data dalam perencanaan desain sistem distribusi air.

Hasil yang didapatkan dari simulasi hidrolik dan performansi jaringan menggunakan epanet yaitu keseimbangan jaringan, arah aliran, head yang terjadi dan. Selain itu, analisa sebuah jaringan pemipaan dengan

menggunakan EPANET dapat membantu kita untuk

memecahkan beberapa masalah diantaranya • Analisa terhadap jaringan baru • Analisa terhadap energi dan biaya • Optimalisasi dari penggunaan air, kualitas air dan dan tekanan • Diagnosa kualitas air • Reabilitas sebuah jaringan pemipaan


45

Gambar 3. Tampilan EPANET

Untuk

menjalankan

program

ini

diperlukan

input

yang

mendukung,

sehinggadihasilkan poutpu yang menunjukkan performasi jaringan tersebut. Input yang diperlukan pada program ini yaitu : 1. Input komponen yang mendukung sebuah jaringan pemipaan yang meliputi pipa, pompa dan reservoir 2. Input berupa node yang menghubungkan masing- masing pipa sehingga membentuk sebuah jaringan pemipaan 3. Input berupa nomor masing-masing masing komponen baik pipa, node, pompa dan reservoir 4. Input yang menunjukkan karakteristik masing-masing komponen yang meliputi : -

Diameter, panjang, roughness untuk pipa

-

Karakteristik pompa

Dengan menggunakan data yang berupa input seperti di atas maka analisa hidrolik dapat dilakukan.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents