DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2008

TUGAS SARJANA

SISTEM PERPIPAAN PERANCANGAN DISTRIBUSI ALIRAN PADA SETIAP PIPA AIR BERSIH UNTUK KOTA LUBUKPAKAM DARI SISTEM DISTRIBUSI PDAM TIRTANADI CABANG DELI SERDANG OLEH :

PARADE BOHAL IMAN SITUMORANG N I M : 0 3 0401 007

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Parade Bohal Iman Situmorang : Sistem Perpipaan Perancangan Distribusi Aliran Pada Setiap Pipa Air Bersih..., 2008 USU Repository © 2009

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan kebutuhan pokok dalam kehidupan sehari-hari. Tanpa air manusia tidak dapat melaksanakan aktivitas mereka sehari-hari. Dalam usaha memenuhi kebutuhan akan air bersih maka diperlukan tata cara pendistribusian air bersih tersebut agar sampai ke pelanggan. Untuk itu diperlukan sistem perpipaan. Pada dasarnya fungsi dari perpipaan ini adalah untuk mendistribusikan air bersih ke tempat-tempat yang dikehendaki dengan tekanan yang cukup, dan yang kedua, membuang air kotor dari tempat-tempat tertentu tanpa mencemarkan bagian penting lainnya. Umumnya bagian perpipaan dan detailnya merupakan standard dari unit, seperti ukuran diameter, jenis katup yang akan dipasang, baut dan gasket pipa, penyangga pipa, dan lain-lain. Sehingga dengan demikian akan terdapat keseragaman ukuran antara satu dengan lainnya. Sedangkan di pasaran telah terdapat berbagai jenis pipa dengan ukuran dan bahan-bahan tertentu sesuai dengan kebutuhan seperti dari bahan Cast Iron, PVC (Polyvinil Chloride), New Steel, dan lain-lain. Pemasangan pipa dapat dilakukan pada bengkel-bengkel di lapangan atau pada suatu tempat khusus dan kemudian dibawa ke lapangan untuk dipasang, dengan demikian akan menguntungkan dari segi waktu, ongkos kerja dan memudahkan pemasangan di lapangan, namun pemasangan dengan cara ini memerlukan perhitungan teknis dan ekonomis yang lebih cermat sehingga tidak terjadi kesalahan dalam pemasangan di lapangan. Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perpipaan tentu bukanlah suatu hal yang mudah, selain harus memiliki dasar ilmu kesarjanaan teknik seperti peralatan mekanik, korosi, mekanika fluida, pemilihan material, seni merancang jalur pipa dan banyak disiplin ilmu lain yang harus dikuasai serta yang terpenting dari semua itu adalah pengalaman di lapangan. Dalam merancang suatu jalur pipa yang tersusun dari beberapa buah pipa yang disusun secara seri maupun paralel maka persoalan yang dihadapi belumlah begitu rumit, namun banyak juga jalur pipa yang ada bukanlah suatu rangkaian yang sederhana melainkan suatu jaringan pipa yang sangat kompleks, sehingga


memerlukan penyelesaian yang lebih teliti. Dalam perencanaan itu hal-hal yang perlu diperhitungkan diantaranya besarnya kapasitas dan kecepatan aliran dari fluida yang melalui jalur pipa dan hal-hal lain yang diperlukan dalam hal perencanaan. Oleh karena sistem pendistribusian air bersih kepada pelanggan merupakan hal yang penting, dan kita sebagai manusia tidak lepas dari kebutuhan akan air bersih, maka penulis mengambil bidang Sistem Perpipaan ini sebagai Tugas Sarjana untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik.

1.2 Tujuan Adapun tujuan khusus dari perancangan ini adalah untuk memenuhi syarat memperoleh gelar Strata 1 pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Sedangkan tujuan umum dari perancangan ini adalah : •

Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh di bangku kuliah terutama mata kuliah Sistem Perpipaan dan Mekanika Fluida.

•

Untuk mendesain suatu jaringan pipa yang digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada pelanggan yang ada di Kota Lubukpakam (Kecamatan Lubukpakam I, II, III dan Pekan), Kabupaten Deli Serdang, Sumatera Utara.

1.3 Batasan Masalah Untuk mendapatkan suatu hasil perencanaan yang baik, maka dalam hal ini akan dibuat suatu batasan masalah karena semakin spesifik suatu perencanaan maka hasilnya juga akan lebih baik. Pada perancangan ini akan dibahas mengenai perancangan jaringan perpipaan dan analisa pendistribusian air bersih ke pelanggan pada suatu jaringan perpipaan di Kota Lubukpakam, Kabupaten Deli Serdang, Sumatera Utara. Adapun permasalahan dibatasi dalam menganalisa distribusi aliran pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida, kerugian head yang terjadi pada tiap pipa, ukuran pipa yang digunakan dan tekanan yang terjadi pada ujung pipa terjauh. Pada perencanaan ini juga ditentukan pemilihan spesifikasi pompa dan volume reservoir yang akan digunakan pada perancangan ini, agar setiap masyarakat dapat memperoleh air bersih secukupnya.


1.4 Sistematika Penulisan Tugas Sarjana ini terdiri dari 5 bab. Bab 1 memuat latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan tugas sarjana ini. Pada bab 2 memuat pembahasan materi mengenai kecepatan dan kapasitas aliran fluida, jenis aliran, persamaan empiris di dalam pipa dan sistem jaringan pipa. Pada bab 3 meliputi perencanaan pipa pada sistem jaringan pipa yaitu jumlah kapasitas pemakaian air, analisa aliran fluida meliputi kapasitas dan head losses. Pada bab 4 meliputi pemilihan pompa dan tekanan pada ujung pipa terjauh.. Kesimpulan mengenai hasil perancangan yang diperoleh dimuat pada Bab 5.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida Penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang memungkinkan untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran sehingga pengukuran kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam menganalisa suatu aliran fluida. Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terhadap waktu yang dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untuk bergerak sepanjang jarak yang telah ditentukan. Besarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol pada dinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah-tengah pipa. Kecepatan biasanya sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalam masalah aliran fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah pada penampang aliran. Bentuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnya menunjukkan kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yang disebutkan.

Gambar 2.1 Profil Kecepatan pada saluran tertutup

Gambar 2.2 Profil Kecepatan pada saluran terbuka

Besarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir dalam suatu pipa. Jumlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai volume, berat atau massa fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran volume (m3/s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa (kg/s).


Kapasitas aliran (Q) untuk fluida yang inkompressible menurut [1], yaitu : Q = A. v dimana : Q = laju aliran volume (m3/s) A = Luas penampang aliran (m2) v = Kecepatan aliran fluida (m/s) Laju aliran berat fluida (W) menurut [2] dirumuskan sebagai : W=γ.A.v dimana : W = laju aliran berat fluida (N/s) γ = berat jenis fluida (N/m3) Laju aliran massa (M) menurut [3] dinyatakan sebagai : M=ρ.A.v dimana : M = Laju aliran massa fluida (kg/s) ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

2.2 Energi dan Head Energi biasanya didefenisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan tenaga yang dimiliki secara langsung pada suatu jarak tertentu. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N.m (Joule). Setiap fluida yang sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah aliran fluida yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial, energi kinetik dan energi tekanan. Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu aliran fluida karena adanya perbedaan ketinggian yang dimiliki fluida dengan tempat jatuhnya. Energi potensial (Ep) menurut [4] dirumuskan sebagai : Ep = W . z dimana : W = Berat fluida (N) z = beda ketinggian (m) Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik menurut [5] dirumuskan sebagai :

1 Ek = m.v 2 2 dimana : m = massa fluida (kg) v = kecepatan aliran fluida (m/s)


Energi tekanan, disebut juga dengan energi aliran adalah jumlah kerja yang dibutuhkan untuk memaksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu dan berlawanan dengan tekanan fluida. Besarnya energi tekanan (Ef) menurut [6] dirumuskan sebagai : Ef = p . A . L dimana : p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m2) A = Luas penampang aliran (m2) L = panjang pipa (m) Besarnya energi tekanan menurut [7] dapat juga dirumuskan sebagai berikut : Ef =

pW

γ

dimana : γ = Berat jenis fluida (N/m3) Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas, menurut [8] dirumuskan sebagai : E =Wz +

1 Wv 2 pW . + 2 g γ

Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H) dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan dengan W (berat fluida), menurut [9] dirumuskan sebagai : H =z+

v2 p + 2g γ

2.3 Persamaan Energi

Hukum Kekekalan Energi menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan namun dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain. 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 menurut [10] disebut dengan persamaan Bernoulli, yaitu : 2

2

p v v + 1 + z1 = 2 + 2 + z2 γ 2g γ 2g

p1


dimana : 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 = 9,8 m/s2.

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 menurut [11] dirumuskan sebagai : 2

2

p v v + 1 + z1 = 2 + 2 + z2 + hl γ 2g γ 2g

p1

Persamaan di atas dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan tipe aliran, biasanya untuk fluida inkompressible 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. h2

Head Loses

2

v1 2g

Total Energi

2

v2 2g

P1

P2

γ

Total Energi

γ

At Point 1

At Point 2

Z1

Z2 Reference Datum Direction Of Flow

Gambar 2.3 Illustrasi persamaan Bernoulli


2.4 Aliran Laminar dan Turbulen

Aliran fluida yang mengalir di dalam pipa dapat diklasifikasikan kedalam dua tipe aliran yaitu “laminar” dan “turbulen”. Aliran dikatakan laminar jika partikelpartikel fluida yang bergerak mengikuti garis lurus yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-ratanya saja yang mengikuti sumbu pipa. Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa koefisien gesekan untuk pipa silindris merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re). Dalam menganalisa aliran di dalam saluran tertutup, sangatlah penting untuk mengetahui type aliran yang mengalir dalam pipa tersebut. Untuk itu harus dihitung besarnya bilangan Reynold dengan mengetahui parameter-parameter yang diketahui besarnya. Bilangan Reynold (Re) menurut [12] dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Re =

ρdv μ

dimana : ρ = massa jenis fluida (kg/m3) d = diameter 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 (ν) maka bilangan Reynold menurut [13] dapat juga dinyatakan :

υ =

μ dv sehingga Re = ρ υ

Menurut [14], Aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan turbulen jika bilangan Reynold lebih besar dari 4000. Jika bilangan Reynold terletak antara 2000 – 4000 maka disebut aliran transisi.

2.5 Kerugian Head (Head Losses) A. 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, menurut [15] yaitu : hf = f

L v2 d 2g

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. Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil Kekasaran Bahan ft

m

Riveted Steel

0,003-0,03

0,0009-0,009

Concrete

0,001-0,001

0,0003-0,003

Wood Stave

0,0006- 0,003

0,0002-0,0009

Cast iron

0,00085

0,00026

Galvanized Iron

0,0005

0,00015

Asphalted Cast Iron

0,0004

0,0001

Commercial steel or wrought iron

0,00015

0,000046

Drawn brass or copper tubing

0,000005

0,0000015

Glass and plastic

“smooth”

“smooth”

(Sumber : Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill, New York. 1987, hal. 100.)

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 menurut [16], yaitu : hf =

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

dimana : hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m3/s) L = panjang pipa (m) C = koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams (diperoleh dari Tabel 2.2) d = diameter pipa (m) 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, menurut [17] dinyatakan dengan rumus : f =

64 Re

Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relatif menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain : 1. Untuk daerah complete roughness, rough pipes menurut [18], yaitu : 1 ⎛ 3,7 ⎞ = 2,0 log ⎜ ⎟ f ⎝ε /d ⎠ 2. Untuk pipa sangat halus seperti glass dan plastik, hubungan antara bilangan Reynold dan faktor gesekan menurut [19] dirumuskan sebagai : a. Blasius : f =

0,316 Re0, 25

b. Von Karman :

untuk Re = 3000 – 100.000

⎡ Re f 1 = 2,0 log ⎢ f ⎢⎣ 2,51

(

⎤ ⎥ ⎥⎦

)

= 2,0 log Re f − 0,8

untuk Re sampai dengan 3.106.


3. Untuk pipa kasar, menurut [20], yaitu : Von Karman :

d 1 = 2 log + 1,74 ε f

dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold. 4. Untuk pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi, menurut [21], yaitu : Corelbrook - White :

1 = − 2,0 log f

⎡ε / d 2,51 + ⎢ Re f ⎢⎣ 3,7

⎤ ⎥ ⎥⎦

B. Kerugian Head Minor

Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses). Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa menurut [22] dirumuskan sebagai : hm = ∑ n . k .

v2 2g

dimana : n = jumlah kelengkapan pipa k = koefisien kerugian (dari lampiran koefisien minor losses peralatan pipa) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa. Menurut [23],minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti bila, secara rata – rata terdapat pipa yang panjang (L/d >>> 1000) pada jaringan pipa.

2.6 Persamaan Empiris untuk aliran di 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 menurut [24], yaitu ; ν = 0,8492 C R0,63 s0,54


dimana υ = kecepatan aliran (m/s) C = korfisien kekasaran pipa Hazen-Williams R = jari – jari hidrolik =

d untuk pipa bundar 4

s = slope dari gradient energi (head losses/panjang pipa) =

hl l

Tabel 2.2 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, menurut [25] yaitu :

υ=

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

dimana : n = koefisien kekasaran pipa Manning Menurut [26], Persamaan Hazen – Williams umumnya digunakan untuk menghitung head loss yang terjadi akibat gesekan (Amerika Serikat). 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 dan semua jenis liquid. Persamaan Manning biasanya digunakan untuk aliran saluran terbuka (open channel flow).


2.7 Pipa yang dihubungkan Seri

Pipa yang dihubungkan secara sejajar dimana laju aliran yang mengalir didalamnya sama-sama dialiri aleh aliran yang sama dapat dikatakan pipa yang dihubungkan secara seri dimana keuntungan dari sambungan pipa model ini adalah fluida yang dialirkan debitnya relatif konstan seperti tertera pada gambar 2.4 berikut:

1

2

3 B

Gambar 2.4 Pipa yang dihubungkan seri

Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka semua pipa akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa, menurut [27] dirumuskan sebagai : Q0 = Q1 = Q2 = Q3 Q0 = A1V1 = A2V2 = A3V3 ∑ hl = hl1 + hl2 + hl3 Persoalan aliran yang menyangkut pipa seri sering dapat diselesaikan dengan mudah dengan menggunakan pipa ekuivalen, yaitu dengan menggantikan pipa seri dengan diameter yang berbeda-beda dengan satu pipa ekuivalen tunggal. Dalam hal ini, pipa tunggal tersebut memiliki kerugian head yang sama dengan sistem yang digantikannya untuk laju aliran yang spesifik.


2.8 Pipa yang dihubungkan Paralel

Pipa yang dihubungkan secara bercabang dimana laju aliran masuk sama dengan total laju aliran pipa dihubungkan tersebut dapat dikatakan pipa yang memiliki sambungan paralel seperti tertera pada gambar 2.5 berikut: 1

A

2

B

3

Gambar 2.5 Pipa yang dihubungkan secara paralel

Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara paralel, total laju aliran sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada sebuah cabang sama dengan pada yang lain,menurut [28] dirumuskan sebagai : Q0 = Q1 + Q2 + Q3 Q0 = A1V1 + A2V2 + A3V3 hl1 = hl2 = hl3 Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa persentase aliran yang melalui setiap cabang adalah sama tanpa memperhitungkan kerugian head pada cabang tersebut. Kerugian head pada setiap cabang boleh dianggap sepenuhnya terjadi akibat gesekan atau akibat katup dan perlengkapan pipa, diekspresikan menurut panjang pipa atau koefisien losses kali head kecepatan dalam pipa. Menurut [29] dirumuskan sebagai : ⎞v 2 ⎛ L1 ⎞v2 ⎛ L2 ⎞v 2 ⎛ L ⎜⎜ f1 + ∑ K L1 ⎟⎟ 1 = ⎜⎜ f 2 + ∑ K L 2 ⎟⎟ 2 = ⎜⎜ f 3 3 + ∑ K L 3 ⎟⎟ 3 = ..... d2 ⎝ d1 ⎠ 2g ⎝ ⎠ 2 g ⎝ d3 ⎠ 2g

diperoleh hubungan kecepatan :

V2 = V1

( f1L1 / d1 ) + ∑ kL1 ( f 2 L2 / d 2 ) + ∑ kL2


2.9 Sistem Jaringan Pipa

Pada loop dibawah ini dimana laju aliran massa yang masuk sama dengan total laju aliran massa yang keluar . Dapat diasumsikan seperti gambar dibawah ini QF

F

Q3 3

1

Loop II

Q4

4

Q10 10

Q7

B

2 A

D

8

Loop I Q1

QD

Q8

E

C QC

Q2

7

QA

9 5 Loop III

Q5 QG

Q9

6 G

H Q6

QH

Gambar 2.6 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 adanya kenyataan bahwa kebanyakan jaringan, arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi sukar untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran dan 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, seperti terlihat pada gambar di atas. Ada dua syarat yang harus diperhatikan agar aliran dalam jaringan tersebut setimbang, yaitu : 1.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.


2.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 setimbang ketika kembali ke kondisi semula (head dan tekanan) pada kondisi awal. Prosedur untuk menentukan distribusi aliran dalam suatu jaringan meliputi penentuan aliran pada setiap pipa sehingga kontinuitas pada setipa 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 setimbang dan Qo adalah laju aliran yang diandaikan sehingga Q = Qo + ΔQ. Dari persamaan Hazen-Williams hl = nQX, maka fungsi Q dapat dikembangkan dalam deret Taylor sebagai : f (Q + ΔQ) = f (Q) + ΔQ

df (Q) + .... dQ

jika hanya orde pertama yang digunakan, kemudian ΔQ dihitung dengan f(Q) = ∑hl, maka : ΔQ = −

∑ hl ∑ nQo x ∑ hl =− =− x −1 ∑ dhl / dQ ∑ nQo 1,85 ∑ hl / Qo

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 0,54

terdapat dalam persamaan yang menggunakan satuan British, yaitu : n =

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

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

8 fl . Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa faktor gπ 2 d 5

gesekan selalu 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 semi-independent. Parade Bohal Iman Situmorang : Sistem Perpipaan Perancangan Distribusi Aliran Pada Setiap Pipa Air Bersih..., 2008 USU Repository © 2009

3. Hitung head losses pada setiap pipa. 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 head losses (∑hl) dalam setiap loop. 6. Hitung total head losses persatuan laju aliran

hl untuk tiap pipa. Qo

⎛ hl ⎞ ⎟⎟ = ∑ nxQo 0,85 . Dari defenisi tentang head Tentukan jumlah besaran ∑⎜⎜ Qo ⎠ ⎝

losses dan arah aliran, setiap suku dalam penjumlahan ini harus bernilai positif. 7. Tentukan koreksi aliran dari tiap loop, menurut [30] dirumuskan sebagai berikut : ΔQ =

− ∑ hl n ∑ hl / Qo

dimaana : ΔQ = 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 ΔQ bernilai positif ditambahkan ke aliran yang searah jarum jam dan dikurangkan jika berlawanan arah jarum jam. Untuk pipa yang dugunakan 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.


Prosedur di atas dapat digambarkan pada sebuah tabel berikut : 1

2

3

4

5

6

7

No. pipa

Panjang

Diameter

Laju

Unit head

Head

pipa (L)

pipa (d)

aliran

losses (hf)

Losses

hl Qo

Ditentukan

(Qo)

(hl) m

m

m

m3/s

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

Diagram

s/m2

hf1 x L

pipa 1 2 ∑ hl

2.10

∑

hl Qo

Pipa yang dipasang pada Pompa dan Turbin

Pipa-pipa yang dipasang dengan pompa atau turbin tentunya akan ada energi yang bertambah dan berkurang. Bila pipa dipasangkan dengan pompa maka akan ada penambahan energi sebesar Hp dan bila dipasangkan dengan turbin akan ada pengurangan energi sebesar HT . Untuk menyelesaikan persoalan di atas digunakan persamaan Bernoulli. 1. Pipa yang dipasang dengan pompa. Pompa termasuk ke dalam kelompok mesin kerja yaitu mesin fluida yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi fluida. Head pompa adalah energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang memiliki head rendah ke tempat dengan head yang tinggi. Head yang dibutuhkan tersebut, menurut [29] dirumuskan sebagai : P1

γ

2

+

2

V1 P V + Z1 + Hp = 2 + 2 + Z 2 + H L 2g γ 2g

atau : Hp = dimana :

P2 − P1

γ

P2 − P1

γ

2

+

2

V2 −V1 + ( Z 2 − Z1 ) + H L 2g adalah perbedaan head tekanan


2

2

V2 − V1 2g

adalah perbedaan head kecepatan

Z2 - Z1

adalah perbedaan head statis

HL

adalah head losses total

Untuk menghitung besarnya daya yang dibutuhkan pompa, menurut [29] adalah sebagai berikut :

P = γ . Q . Hp

dimana :

P = daya pompa (Watt) γ = Berat jenis fluida (N/m3) Q = Laju aliran fluida (m3/s) Hp = Head pompa (m)

2. Pipa yang dipasang dengan turbin. Turbin merupakan salah satu mesin tenaga yaitu mesin fluida yang berfungsi untuk mengubah energi fluida menjadi energi mekanik poros. Head turbin adalah energi yang dipindahkan fluida untuk menghasilkan energi mekanik poros turbin. Head yang dibutuhkan tersebut, menurut [30] dirumuskan sebagai : P1

γ

2

+

2

V1 P V + Z1 − H T = 2 + 2 + Z 2 + H L 2g γ 2g

atau : H T = dimana :

P1 − P2

γ

P1 − P2 2

2

V1 −V2 + ( Z1 − Z 2 ) − H L 2g

adalah perbedaan head tekanan

γ

V1 − V2 2g

2

+

2

adalah perbedaan head kecepatan

Z1 - Z2

adalah perbedaan head statis

HL

adalah head losses total

Untuk menghitung besarnya daya yang dibutuhkan turbin, menurut [31] adalah sebagai berikut : P = γ . Q . HT dimana : P = daya turbin (Watt) γ = Berat jenis fluida (N/m3) Q = Laju aliran fluida (m3/s) HT = Head turbin (m)


BAB III PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA

3.1 Jumlah Pemakaian Air

Dalam merencanakan suatu sistem jaringan pipa yang dipergunakan untuk mendistribusikan air bersih pada perumahan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu kebutuhan air secara keseluruhan yang meliputi kebutuhan perumahan itu sendiri dan fasilitas lainnya. Dalam hal ini perumahan yang direncanakan terdiri dari 1983 kepala keluarga dan fasilitas penunjang lainnya.

3.1.1 Kebutuhan air bersih pada perumahan

Adapun jumlah anggota keluarga setiap rumah berkisar antara 4 – 8 orang. Dalam perencanaan ini diasumsikan setiap rumah berjumlah 6 orang yang terdiri dari 1 ayah, 1 ibu dan 4 anak. Dari hasil survey diperoleh jumlah rumah yang terdapat pada Kota Lubukpakam = 1983 rumah sehingga jumlah penduduk yang terdapat pada perumahan adalah 1983 x 6 orang = 11898 orang. Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata untuk rumah tangga. No

1

Jenis gedung

Perumahan

Pemakaian air

Jangka waktu

Perbanding

rata-rata

pemakaian air

an luas

sehari

rata-rata sehari

lantai

(liter)

(liter)

efektif/total

250

8 - 10

42 - 45

mewah 2

Rumah biasa

Keterangan

Setiap penghuni

160 -250

8 - 10

50 - 53

Setiap penghuni

Sumber : “Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plumbing”, Sofyan Noerbambang. Pradnya

Paramitha, Jakarta 1996.


Dengan standard kebutuhan air penduduk rata-rata sebesar 250 liter/hari.orang (untuk keperluan rumah tangga) maka kebutuhan air penduduk dapat dihitung dengan cara : Kebutuhan air penduduk = Jumlah penduduk x Kebutuhan air rata-rata = 11898 orang x 250 liter/hari.orang = 2974500 liter/hari. = 2974,5 m 3 /hari

3.1.2 Kebutuhan air bersih untuk sekolah.

Pada perumahan ini tersedia 17 buah sekolah yang terdiri dari •

1 buah sekolah TK

•

9 buah SD

•

3 buah SMP

•

4 buah SMA.

:

Dari data survey diperoleh jumlah siswa dan kebutuhan air untuk ketiga sekolah tersebut, yaitu : 1. Sekolah TK

Jumlah siswa dan guru

= 60 orang

Jumlah sekolah

= 1 buah

Kebutuhan air rata-rata per hari

= 40 liter/hari.orang

Kebutuhan air

= 60 orang x 40 liter/hari.orang = 2400 liter/hari. = 2.4 m 3 /hari

2. Sekolah SD


= 400 orang

Jumlah sekolah

= 9 buah



Kebutuhan air

= 400 orang x 9 x 40 liter/hari.orang = 144000 liter/hari. = 144 m 3 /hari


3. Sekolah SMP


= 500 orang



Kebutuhan air

= 500 orang x 3 x 50 liter/hari.orang = 75000 liter/hari. = 75 m 3 /hari

4. Sekolah SMA


= 500 orang



Kebutuhan air

= 500 orang x 4 x 50 liter/hari.orang = 100000 liter/hari. = 100 m 3/hari

Diperoleh jumlah kebutuhan air total untuk seluruh sekolah tersebut adalah 346,4 m 3/hari.

3.1.3 Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah 1. Mesjid

Jumlah rata-rata jemaat per hari

= 500 orang

Jumlah gedung

= 7 buah

Kebutuhan air perhari

= 500 orang x 7 x 10 liter/hari.orang = 35000 liter/hari = 35 m 3 /hari

2. Gereja

Jumlah rata-rata umat

= 500 orang

Jumlah gedung

= 6 buah

Kebutuhan air per hari

= 500 orang x 6 x 10 liter/hari.orang = 30000 liter/hari = 30 m 3 /hari

Dengan kebiasaan umum ibadah di gereja dilakukan pada hari Minggu maka kapasitas penggunaan air untuk gereja diasumsikan dapat ditutupi oleh besarnya kapasitas yang tidak dipergunakan oleh sektor sekolah yang libur pada hari tersebut. Sehingga, diperoleh keperluan air untuk rumah ibadah = 30.000 liter/hari.


3.1.4 Kebutuhan air bersih untuk Balai Kesehatan (PUSKESMAS)

Sebagai tempat pertolongan pertama dan sarana informasi kesehatan khususnya untuk pasien yang berobat jalan pada perumahan, dibangun sebuah balai kesehatan. Pemakaian air bersih diambil rata-rata 500 liter/hari.

3.1.5 Kebutuhan air bersih untuk Rumah Sakit Umum

Sebagai tempat perawatan inap bagi pasien dan sarana informasi kesehatan.Di lingkungan ini terdapat 2 RSU dengan pemakaian air bersih diambil rata-rata 4000 liter/hari.RSU. Jadi, total pemakaian air bersih untuk kedua RSU adalah 8000liter/hari. RSU.

3.1.6 Kebutuhan air bersih untuk Perkantoran.

Pada kawasan kota ini terdapat 16 kantor swasta dan pemerintah dengan perhitungan kebutuhan air : Jumlah pegawai

= 12 orang.

Pemakaian air rata-rata per hari


Kebutuhan air per hari

= 12 orang x 16 x 100 liter/hari.orang = 19200 liter/hari. = 19,2 m 3 /hari.

3.1.7 Kebutuhan air bersih untuk Department Store dan Pusat Pasar

Pada kota ini terdapat 1 pusat perbelanjaan dan pusat pasar yang lokasinya berdekatan. Dari data survey jumlah pengunjung setiap harinya 500 orang dengan pemakaian air bersih 20 lt/hari.orang. Kebutuhan air bersih

= 500 orang x 20 lt/hari.orang = 10000 lt/hari. = 10 m 3 /hari.

3.1.8 Kebutuhan air bersih untuk fasilitas lainnya.

a. Kebutuhan air bersih untuk Taman Bermain Di lokasi ini terdapat 1 taman umum.Dari data survey pemakaian air bersih setiap harinya adalah 600 lt. Kebutuhan air per hari

= 600 liter/hari = = 0.6 m 3 /hari


b. Kebutuhan air bersih untuk Lapangan Olah Raga. Di lokasi ini terdapat 1 lapangan olah raga. Dari data survey pengunjung diperkirakan setiap harinya 40 orang dan pemakaian air bersih per hari nya setiap orang 20 lt. Kebutuhan air per hari

= 40 orang x 20 lt/hari = 800 liter/hari = 0,8 m 3 /hari

c. Kebutuhan air untuk Wisma Adat Di lokasi ini terdapat 2 wisma adat. Dari data survey wisma ini mampu menampung pengunjung 500 orang dan pemakaian air bersih per orang 20 lt. Kebutuhan air per hari

= 500 orang x 2 x 20 lt/hari. = 20000 lt/hari = 20 m 3 /hari

Sehingga total keperluan air bersih pada Kota Lubukpakam adalah : Q total = 2974,5 m 3 /hari + 2,4 m 3 /hari + 144 m 3 /hari + 75 m 3 /hari + 100 m 3 /hari + 35 m 3 /hari + 30 m 3 /hari + 0,5 m 3 /hari + 8 m 3 /hari + 19,2 m 3 /hari + 10 m 3 /hari + 0.6 m 3 /hari + 0.8 m 3 /hari + 20 m 3 /hari = 3420 m 3 /hari 3.2

Kapasitas Aliran Fluida Keluar Jaringan Pipa

Kapasitas aliran fluida yang keluar dari jaringan pipa yaitu berdasarkan jumlah pelanggan yang akan dilayani guna memenuhi kebutuhan air bersih. Untuk mempermudah dalam penganalisaan selanjutnya, maka pipa yang digunakan untuk mengalirkan air ke masing- masing pelanggan di buat menjadi satu. Akan tetapi kapasitas aliran air yang keluar adalah penjumlahan dari kebutuhan air per pelanggan. Gambar susunan dan jumlah perumahan terlampir.


QA

QA

Q1

Q2

Q1 + Q2 + Q3 Q3

QB

QB

Gambar 3.1. Kapasitas aliran keluar dari Jaringan pipa

Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa adalah : = ( Jumlah rumah yang dilayani x kebutuhan air bersih setiap rumah ) + Fasilitas umum yang dilayani. Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa setelah dilebihkan 10% adalah: = Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa + (10% x Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa) Dari hasil survey, diperoleh bahwa untuk kapasitas total aktual , maka kapasitas total tersebut harus ditambahkan sebesar 10 - 20%, hal ini dilakukan untuk mengatasi losses yang terjadi selama pendistribusian air. Dalam perencanaan ini diambil faktor koreksi sebesar 10% sehingga kapasitas total air bersih yang masuk Kota Lubukpakam sebesar : = 10% (3420 m 3 /hari) + 3420 m 3 /hari = 342m 3 /hari + 3420 m 3 /hari = 3762 m 3 /hari = 0,043541667 m3/s = 156,75 m3/jam.



Hasil analisa besar kapasitas aliran yang keluar dari jaringan pipa adalah sebagai berikut :

BLOK A BLOK B BLOK C

JUMLAH YANG DILAYANI RUMAH 78 89 126

BLOK D BLOK E BLOK F

46 94 52

BLOK G

98

BLOK H BLOK I BLOK J BLOK K

126 97 58

BLOK L BLOK M

96

BLOK N

58

BLOK O BLOK P BLOK Q

49 105 135

BLOK R

89

BLOK S BLOK T

19

BLOK U BLOK V BLOK W BLOK X BLOK Y

18 21 75 71 24

FASILITAS GEREJA = 1 GEREJA = 1 MESJID = 1 GEREJA = 1 KANTOR = 3 RSU =1 GEREJA = 1 MESJID = 1 SD =1 TK =1 KANTOR = 2 WISMA = 1 SMA = 1 SMP =1 SD =1 SMP =1 SD =4 MESJID = 1 GEREJA = 1 KANTOR = 1 LAP.OLAH RAGA=1 TAMAN =1 MESJID = 1

MESJID = 1 RSU =1 KANTOR = 2 WISMA = 1 KANTOR = 2 DEPT.STORE = 1 PSR.TRADISIONAL=1

KANTOR = 2 KANTOR = 1

PEMAKAIAN NORMAL m3/hari 122 138.5 194 5 3.6 4 69 146 83 16 2.4 149.4 10 25 25 16 25 64 194 145.5 92 1.2 144 0.8 0.6 5 87

DILEBIHKAN 10 % m3/hari 134.2 152.35 213.4 5.5 3.96 4.4 75.9 160.6 91.3 17.6 2.64 164.34 11 27.5 27.5 17.6 27.5 70.4 213.4 160.05 101.2 1.32 158.4 0.88 0.66 5.5 95.7

m3/sekon 0.001553241 0.001763310 0.002469907 0.000063657 0.000045833 0.000050926 0.000878472 0.001858796 0.001056713 0.000203704 0.000030556 0.001902083 0.000127315 0.000318287 0.000318287 0.000203704 0.000318287 0.000814815 0.002469907 0.001852431 0.001171296 0.000015278 0.001833333 0.000010185 0.000007639 0.000063657 0.001107639

73.5 157.5 207.5 4 2.4 143.5 2.4 28.5 5 5 27 31.5 114.9 107.7 36

80.85 173.25 228.25 4.4 2.64 157.85 2.64 31.35 5.5 5.5 29.7 34.65 126.39 118.47 39.6

0.000935764 0.002005208 0.002641782 0.000050926 0.000030556 0.001826968 0.000030556 0.000362847 0.000063657 0.000063657 0.000343750 0.000401042 0.001462847 0.001371181 0.000458333


BLOK Z BLOK AA BLOK BB

BLOK CC BLOK DD

BLOK EE BLOK FF BLOK GG BLOK HH BLOK II BLOK JJ TOTAL

58

87

95.7

0.001107639

15

22.5

24.75

0.000286458

50.5 25 16

55.55 27.5 17.6

0.000642940 0.000318287 0.000203704

77

84.7

0.000980324

128 0.5 3.6 32

140.8 0.55 3.96 35.2

0.001629630 0.000006366 0.000045833 0.000407407

12 58

18 87

19.8 95.7

0.000229167 0.001107639

18

27

29.7

0.000343750

30.5 25 36 40 3420

33.55 27.5 39.6 44 3762

0.000388310 0.000318287 0.000458333 0.000509259 0.043541667

17

SMA SMP SD

48

MESJID = 1

82

MESJID = 1 PUSKESMAS =1 KANTOR = 3 SD =2

17 24 10 1983

=1 =1 =1

GEREJA = 1 SMA = 1 SMA

=1

Tabel 3.2 Pemakaian air pada tiap-tiap blok kota.

Dengan jumlah kapasitas sebesar 156.75 m3/jam , akan di distribusikan melalui suatu sistem jaringan pipa. Dalam merencanakan suatu jaringan pipa untuk penditribusian air bersih hal yang penting dilakukan terlebih dahulu adalah menentukan besarnya kapasitas aliran fluida yang mengalir pada masing-masing pipa dan besarnya kapasitas aliran fluida yang keluar dari jaringan pipa tersebut dengan cara menaksir. Metode ini dikenal dengan nama metode Hardy-Cross. Adapun pendistribusian aliran dapat dilihat pada gambar berikut :



Dari gambar 3.3 di atas dapat diketahui bahwa besarnya kapasitas fluida yang masuk ke dalam jaringan pipa sama dengan jumlah kapasitas fluida yang keluar dari jaringan pipa tersebut.

3.3 Pemilihan Jenis Pipa

Pemakaian pipa pada instalasi plumbing ada dua macam, yaitu pipa yang terbuat dari logam dan pipa yang terbuat dari PVC. Bahan PVC untuk pipa plumbing merupakan terobosan inovatif yang hebat dan sangat efisien dari segi biaya. Adapun keunggulan yang dimiliki pipa PVC dibandingkan pipa jenis lain ialah 1. Kelenturan yang tinggi (kekuatan tarik ≥ 22 MPa dan kelenturan ≥ 400%). •

Memiliki kemampuan untuk menahan “beban kejut” (impact strenght) yang tinggi.

•

Tahan terhadap temperatur yang rendah.

2. Ringan (mengapung di air), dengan massa jenis (density) ≥ 0,94 kg/m3 sehingga mudah untuk handling dan transportasi. •

Mudah dan cepat pada penyambungan dan pemasangan.

•

Tahan karat serta tahan abrasive

3. Permukaannya halus sehingga pengaruh kehilangan tekanannya sangat kecil •

Tidak mengandung zat-zat beracun sehingga direkomendasikan sangat aman untuk sistem distribusi air minum (environmental technology)

•

Usia pipa (life time) dapat mencapai 50 tahun. Satu-satunya kelemahan pipa PVC ialah rawan bocor apabila sistem

pengelemannya kurang rapi. Meski demikian, pipa PVC merupakan alternatif yang paling banyak dipakai masyarakat luas saat ini. Soal harga tergantung pada ketebalan pipa yang jadi pilihan. Ukuran pipa yang digunakan pada perencanaan ini adalah pipa PVC dengan diameter 2 inci, 3 inci, 4 inci dan 6 inci. Penentuan diameter pipa diperoleh dari data hasil survey.

3.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida

Setelah menentukan besarnya kapasitas aliran fluida yang mengalir di dalam pipa-pipa pada suatu jaringan pipa dengan cara menaksirnya, maka persoalan di atas belum dapat dianggap selesai dengan begitu saja. Langkah selanjutnya ialah dengan


mencari harga kerugian head perpanjang pipa untuk memperoleh kesetimbangan aliran fluida pada setiap pipa. Head losses (kerugian head) yang terjadi sepanjang pipa dapat ditentukan dengan 2 cara, yaitu : 1. Dengan rumus empiris. 10,666 Q 1,85 Menurut [16], yaitu : hf = L C 1,85 d 4,85 Untuk pipa no. 1 pada loop I, diperoleh : Q = laju aliran (ditaksir) = 0,013996412 m3/s. C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams = 140 (untuk pipa PVC) d = diameter pipa = 0,1524 m (6 in) L = panjang pipa = 45 m (dari data site plan hasil survey) Sehingga diperoleh : hf =

10,666 x (0,013996412 m 3 / s)1,85 x 45 m (140)1,85 x (0,1524) 4,85

= 0,17519252 m 2. Dengan menggunakan Diagram Pipa. Diagram pipa Hazen-Williams juga dapat digunakan untuk menentukan besarnya kerugian head sepanjang pipa. Pada literatur hanya terdapat diagram pipa untuk nilai C = 100, 110, 120, dan 130. Sehingga, nilai kapasitas pada aliran harus dikonversi terlebih dahulu karena untuk pipa PVC nilai C = 140. Q C = 140 ∞ C C = 140 Q C = 120 ∞ C C = 120


Q C =140 C = Q C =120 C Q

C =120

=

C =140 C =120

C

C =120

C

C =140

x Q C =140

120 x 0,013996412 140 3 = 0,011996693 m s =

0,1 Log 0,1 = -1

Discgarge (m3/s) 36

160 Log 160 = 2.2041 5

y

140 Log 140 = 2.1461

x

0,011996693 Log 0,011996693 = -1,920938455

Diameter (mm)

0,01 Log 0,01 = -2

152.4 Log 152.4 = 2.18298 0,001 Log 0,001 = -3

0,01 Log 0,01 = -2

21,5 36 Unit head loss (m/m)

Gambar 3.4 Perhitungan Head Losses dengan Diagram Pipa

36 − x − 1 − (−1,920938455) = − 1 − (−2) 36 + 0 (36 − x ) = 36(0,920938455) x = 36 − 33,15378437 mm x ≈ 2,8 mm

2,2041 − 2,18239 5 − y = 2,2041 − 2,1461 5 − 0 5 − y = 1,82 y = 3,189 y ≈ 3,2

36 − 21,5 − 2 − log hf = − 2 − (−3) 36 − 0 − 2 − log hf = 0,402778 hf = inv log − 2,4027778 = 0,003955689 Parade Bohal Iman Situmorang : Sistem Perpipaan Perancangan Distribusi Aliran Pada Setiap Pipa Air Bersih..., 2008 USU Repository © 2009

Sehingga head loss sepanjang pipa No. 1 Loop 1 adalah : hl = hf x L = 0,003955689 x 45 m = 0,178006038 m

Dari perhitungan secara rumus empiris dan grafik di atas dapat dilihat bahwa kedua nilainya tidak jauh berbeda. Penentuan head loss sepanjang pipa dengan metode grafik harus dikoreksi lebih lanjut dikarenakan penggunaan dan pembacaan alat ukur. Sehingga untuk memudahkan penentuan losses sepajang pipa dilakukan dengan rumus empiris. Perhitungan besar kapasitas dengan menggunakan metode Hardy – Cross, meliputi perhitungan koreksi kapasitas untuk masing-masing loop, seperti diuraikan pada perhitungan berikut. Tabel 3.3 Iterasi perhitungan untuk mencari koreksi kapasitas dan kapasitas sebenarnya. Iterasi 1

Gambar 3.5 Loop 1 Iterasi 1

Loop 1 ( BLOK A ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

hl / Q

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

1

45

0.1524

0.013996142

0.003893167

0.175192523

12.517201001

2

91

0.1524

-0.027992284

-0.014034875

-1.277173612

45.625916468

3

93

0.1524

0.003549254

0.000307568

0.028603829

8.059110125

4

46

0.1524

-0.008742991

-0.001630267

-0.074992272

8.577416159

-1.148369532

74.779643754


Gambar 3.6 Loop 2 Iterasi 1 Loop 2 ( BLOK B ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

4

137

0.1524

0.008742991

0.001630267

0.223346550

25.545782908

5 6

167

0.1016

0.005216725

0.004481428

0.748398479

143.461363071

59

0.1524

-0.017485983

-0.005877115

-0.346749809

19.830158207

7

79

0.1524

-0.004951886

-0.000569526

-0.044992528

9.085937749

0.580002692

197.923241936

hl / Q

Gambar 3.7 Loop 3 Loop 3 ( BLOK C ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

7

46

0.1524

0.004951886

0.000569526

0.026198181

5.290546031

8

180

0.1524

-0.009903773

-0.002053141

-0.369565466

37.315623655

9

40

0.1524

-0.009903773

-0.002053141

-0.082125659

8.292360812

10

113

0.1524

0.002219410

0.000129041

0.014581611

6.570039409

11

115

0.1524

0.004438819

0.000465192

0.053497098

12.052101613

-0.357414236

69.520671520


Gambar 3.8 Loop 4 Loop 4 ( BLOK D ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

3

93

0.1524

-0.003549254

-0.000307568

-0.028603829

8.059110125

23

44

0.1016

-0.005216725

-0.004481428

-0.197182833

37.798203444

24

100

0.1016

0.003549254

0.002197778

0.219777803

61.922252815

-0.006008858

107.779566384

hl / Q

Gambar 3.9 Loop 5 Loop 5 ( BLOK E ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

5

85

0.1016

-0.005216725

-0.004481428

-0.380921382

73.019256653

12

38

0.1016

-0.004438819

-0.003324107

-0.126316064

28.457133239

22

82

0.1016

0.003456774

0.002093011

0.171626920

49.649447606

23

44

0.1016

0.005216725

0.004481428

0.197182833

37.798203444

-0.138427693

188.924040942


Gambar 3.10 Loop 6 Loop 6 ( BLOK F ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

hl / Q

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

11

115

0.1524

-0.004438819

-0.000465192

-0.053497098

12.052101613

12

38

0.1016

0.004438819

0.003324107

0.126316064

28.457133239

13 15

20

0.1016

-0.002219410

-0.000922082

-0.018441646

8.309255882

18

0.1016

0.001677255

0.000549210

0.009885783

5.894024894

16

45

0.1016

0.000544153

0.000068441

0.003079829

5.659859068

21

22

0.1016

0.003354510

0.001979904

0.043557879

12.984870953

0.110900812

73.357245649

hl / Q

Gambar 3.11 Loop 7 Loop 7 ( BLOK H ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

15

18

0.1016

-0.001677255

-0.000549210

-0.009885783

5.894024894

16

45

0.1016

-0.000544153

-0.000068441

-0.003079829

5.659859068

17

15

0.1016

-0.002763563

-0.001383403

-0.020751038

7.508798549

18

18

0.1016

-0.002763563

-0.001383403

-0.024901245

9.010558258

19

32

0.1016

-0.006473650

-0.006681228

-0.213799289

33.026080963

20

29

0.1016

0.001677255

0.000549210

0.015927094

9.495928996

-0.256490090

70.595250728


Gambar 3.12 Loop 8 Loop 8 ( BLOK G ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

hl / Q

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

10

113

0.1524

-0.002219410

-0.000129041

-0.014581611

6.570039409

13

20

0.1016

0.002219410

0.000922082

0.018441646

8.309255882

14

39

0.1524

-0.009253507

-0.001810733

-0.070618582

7.631547902

17

15

0.1016

0.002763563

0.001383403

0.020751038

7.508798549

18

18

0.1016

0.002763563

0.001383403

0.024901245

9.010558258

29

92

0.1016

-0.003710087

-0.002385563

-0.219471752

59.155419273

-0.240578016

98.185619273

hl / Q

Gambar 3. 13 Loop 9 Loop 9 ( BLOK I ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

24

100

0.1016

-0.003549254

-0.002197778

-0.219777803

61.922252815

25

111

0.1524

0.003549254

0.000307568

0.034140054

9.618937891

26

34

0.1016

-0.003456774

-0.002093011

-0.071162381

20.586356324

34

24

0.1016

-0.001174568

-0.000284122

-0.006818928

5.805477036

38

103

0.1016

-0.000587284

-0.000078813

-0.008117767

13.822557277

-0.271736825

111.755581344


Gambar 3.14 Loop 10 Loop 10 ( BLOK J ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

hl / Q

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

22

82

0.1016

-0.003456774

-0.002093011

-0.171626920

49.649447606

26

34

0.1016

0.003456774

0.002093011

0.071162381

20.586356324

27

34

0.1016

-0.003354510

-0.001979904

-0.067316723

20.067527837

33

78

0.1016

0.001174568

0.000284122

0.022161515

18.867800367

-0.145619747

109.171132134

hl / Q

Gambar 3.15 Loop 11 Loop 11 ( BLOK K ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

20

29

0.1016

-0.001677255

-0.000549210

-0.015927094

9.495928996

21

22

0.1016

-0.003354510

-0.001979904

-0.043557879

12.984870953

27

34

0.1016

0.003354510

0.001979904

0.067316723

20.067527837

28

34

0.0508

-0.008150905

-0.295091362

-10.033106307

1230.919303707

32

101

0.0508

0.001796657

0.017988141

1.816802229

1011.212618351

-8.208472329

2284.680249844


Gambar 3. 16 Loop 12 Loop 12 ( BLOK L ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

hl / Q

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

19

32

0.1016

0.006473650

0.006681228

0.213799289

33.026080963

28

34

0.1016

0.008150905

0.010232011

0.347888390

42.680952562 59.155419273

29

92

0.1016

0.003710087

0.002385563

0.219471752

30

36

0.1524

-0.003710087

-0.000333848

-0.012018512

3.239415112

31

121

0.1016

0.004973781

0.004102991

0.496461893

99.815792728

1.265602812

237.917660638

hl / Q

Gambar 3.17 Loop 13 Loop 13 ( BLOK N ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

33

78

0.1016

-0.001174568

-0.000284122

-0.022161515

18.867800367

34

24

0.1016

0.001174568

0.000284122

0.006818928

5.805477036

35

24

0.1016

-0.001796657

-0.000623722

-0.014969319

8.331762261

39

77

0.0762

0.000587284

0.000318092

0.024493054

41.705638186

-0.005818852

74.710677850


Gambar 3.18 Loop 14 Loop 14 ( BLOK O ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

hl / Q

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

32

101

0.1016

-0.001796657

-0.000623722

-0.062995884

35.062832847

35

24

0.1016

0.001796657

0.000623722

0.014969319

8.331762261

36 41

24

0.1016

-0.004973781

-0.004102991

-0.098471781

19.798173764

23

0.1016

0.001010547

0.000215110

0.004947521

4.895883842

43

27

0.1016

-0.002486891

-0.001138139

-0.030729747

12.356692293

-0.172280572

80.445345007

hl / Q

Gambar 3.19 Loop 15 Loop 15 ( BLOK P ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

31

121

0.1016

-0.004973781

-0.004102991

-0.496461893

99.815792728

36

24

0.1016

0.004973781

0.004102991

0.098471781

19.798173764

37

24

0.1524

-0.006678660

-0.000990519

-0.023772460

3.559465596

44

37

0.1016

0.002486891

0.001138139

0.042111135

16.933244994

46

40

0.1016

0.001071570

0.000239755

0.009590213

8.949683677

48

40

0.1016

-0.001577763

-0.000490464

-0.019618576

12.434425461

-0.389679803

161.490786221


Gambar 3.20 Loop 16 Loop 16 ( BLOK CC ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

67

30

0.0762

0.002045233

0.003199317

0.095979508

46.928398100

68

60

0.0762

-0.002045233

-0.003199317

-0.191959017

93.856796200

69 70

60

0.0762

-0.001064909

-0.000956558

-0.057393469

53.895186061

30

0.0762

-0.002045233

-0.003199317

-0.095979508

46.928398100

-0.249352486

241.608778460

hl / Q

Gambar 3.21 Loop 17

Loop 17 ( BLOK R ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

38

103

0.1016

0.000587284

0.000078813

0.008117767

13.822557277

39

77

0.0762

-0.000587284

-0.000318092

-0.024493054

41.705638186

40

21

0.0762

-0.001010547

-0.000868186

-0.018231901

18.041616068

61

180

0.0762

-0.000653188

-0.000387261

-0.069706981

106.718097751

62

19

0.1016

0.002279015

0.000968417

0.018399928

8.073631752

-0.085914241

188.361541032


Gambar 3.22 Loop 18 Loop 18 ( BLOK S ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

40

21

0.0762

0.001010547

0.000868186

0.018231901

41

23

0.1016

-0.001010547

-0.000215110

-0.004947521

4.895883842

42

20

0.0762

-0.003370123

-0.008059865

-0.161197291

47.831278224

59

25

0.0762

-0.000754161

-0.000505233

-0.012630823

16.748178098

-0.160543733

87.516956232

hl / Q

18.041616068

Gambar 3.23 Loop 19 Loop 19 ( BLOK T ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

42

20

0.0762

0.003370123

0.008059865

0.161197291

47.831278224

43

27

0.1016

0.002486891

0.001138139

0.030729747

12.356692293

44

37

0.1016

-0.002486891

-0.001138139

-0.042111135

16.933244994

45

22

0.1016

-0.001071570

-0.000239755

-0.005274617

4.922326022

57

111

0.1016

0.000754161

0.000125181

0.013895102

18.424583029

0.158436388

100.468124563


Gambar 3.24 Loop 20 Loop 20 (BLOK U) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

45

22

0.1016

0.001071570

0.000239755

0.005274617

46

40

0.1016

-0.001071570

-0.000239755

-0.009590213

8.949683677

47

22

0.1016

-0.002649333

-0.001279478

-0.028148517

10.624756298

55

40

0.0762

-0.001136642

-0.001079163

-0.043166510

37.977225937

-0.075630623

62.473991934

hl / Q

4.922326022

Gambar 3.25 Loop 21 Loop 21 Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

47

22

0.1016

0.002649333

0.001279478

0.028148517

10.624756298

48

40

0.1016

0.001577763

0.000490464

0.019618576

12.434425461

49

22

0.1016

-0.001577763

-0.000490464

-0.010790217

6.838934004

53

39

0.1016

-0.000788882

-0.000136051

-0.005305999

6.725972335

0.031670878

36.624088097


Gambar 3.26 Loop 22 Loop 22 ( BLOK W ) Pipa no

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

49

22

0.1016

0.001577763

0.000490464

0.010790217

6.838934004

50

69

0.1016

-0.001577763

-0.000490464

-0.033842044

21.449383920

51

47

0.0762

-0.001577763

-0.001979522

-0.093037542

58.968008722

52

19

0.1016

0.000788882

0.000136051

0.002584974

3.276755753

79

55

0.0762

0.000441670

0.000187765

0.010327065

23.381857419

-0.103177331

113.914939818

hl / Q

Gambar 3.27 Loop 23

Loop 23 ( BLOK X ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

60

21

0.0762

-0.000653188

-0.000387261

-0.008132481

12.450444738

61

180

0.0762

0.000653188

0.000387261

0.069706981

106.718097751

63

19

0.1016

0.001561022

0.000480880

0.009136724

5.853040119

64

180

0.0762

-0.000141340

-0.000022813

-0.004106256

29.052327511

0.066604968

154.073910118


Gambar 3.28 Loop 24 Loop 24 ( BLOK Y ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

58 59

18

0.0762

-0.000754161

-0.000505233

-0.009094192

12.058688230

25

0.0762

0.000754161

0.000505233

0.012630823

16.748178098

60

21

0.0762

0.000653188

0.000387261

0.008132481

12.450444738

88

28

0.0762

0.000141340

0.000022813

0.000638751

4.519250946

0.012307862

45.776562012

hl / Q

Gambar 3.29 Loop 25 Loop 25 ( BLOK Z ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

56

19

0.0762

-0.002675915

-0.005260256

-0.099944865

57

111

0.1016

-0.000754161

-0.000125181

-0.013895102

18.424583029

58

18

0.0762

0.000754161

0.000505233

0.009094192

12.058688230

73

108

0.0762

-0.000777388

-0.000534396

-0.057714754

74.241889330

-0.162460528

142.074951096

37.349790506


Gambar 3.30 Loop 26 Loop 26 ( BLOK AA ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

hl / Q

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

54

19

0.1016

-0.001136642

-0.000267383

-0.005080280

4.469551805

55

40

0.0762

0.001136642

0.001079163

0.043166510

37.977225937

56

19

0.0762

0.002675915

0.005260256

0.099944865

37.349790506

75

40

0.0762

0.000777388

0.000534396

0.021375835

27.496996048

0.159406929

107.293564297

hl / Q

Gambar 3.31 Loop 27 Loop 27 ( BLOK BB ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

52

19

0.1016

-0.000788882

-0.000136051

-0.002584974

3.276755753

53

39

0.1016

0.000788882

0.000136051

0.005305999

6.725972335

54

19

0.1016

0.001136642

0.000267383

0.005080280

4.469551805

77

39

0.0762

0.000603717

0.000334753

0.013055380

21.624999388

0.020856685

36.097279281


Gambar 3.32 Loop 28 Loop 28 ( BLOK JJ ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

78

15

0.0508

0.000441670

0.001341704

0.020125565

45.566973459

79

55

0.0762

-0.000441670

-0.000187765

-0.010327065

23.381857419

80

19

0.0762

-0.002019433

-0.003125054

-0.059376034

29.402329135

86

45

0.0508

-0.002019433

-0.022330590

-1.004876530

497.603302578

-1.054454064

595.954462592

hl / Q

Gambar 3.33 Loop 29

Loop 29 ( BLOK HH ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

76

16

0.0762

0.000603717

0.000334753

0.005356053

8.871794621

77

39

0.0762

-0.000603717

-0.000334753

-0.013055380

21.624999388

78

15

0.0508

-0.000441670

-0.001341704

-0.020125565

45.566973459

85

43

0.0508

-0.002461103

-0.032197031

-1.384472314

562.541394820

-1.412297206

638.605162289


Gambar 3.34 Loop 30

Loop 30 ( BLOK GG ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

74

16

0.0762

0.000777388

0.000534396

0.008550334

10.998798419

75

40

0.0762

-0.000777388

-0.000534396

-0.021375835

27.496996048

76

16

0.0762

-0.000603717

-0.000334753

-0.005356053

8.871794621

84

40

0.0762

-0.003064820

-0.006761333

-0.270453306

88.244433772

-0.288634860

135.612022860

hl / Q

Gambar 3.35 Loop 31

Loop 31 ( BLOK FF ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

73

108

0.0762

0.000777388

0.000534396

0.057714754

74

16

0.0762

-0.000777388

-0.000534396

-0.008550334

10.998798419

82

35

0.0508

-0.001921104

-0.020360800

-0.712627987

370.947115159

87

19

0.0508

-0.003842208

-0.073400720

-1.394613686

362.971938497

89

16

0.0762

0.000565250

0.000296366

74.241889330

0.004741854

8.388949313

-2.053335399

827.548690719


Gambar 3.36 Loop 32 Loop 32 ( BLOK EE ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

65

15

0.0762

0.000141340

0.000022813

0.000342188

2.421027293

71

25

0.0762

-0.002486354

-0.004591711

-0.114792785

46.169123420

88

28

0.0762

-0.000141340

-0.000022813

-0.000638751

4.519250946

89

16

0.0762

-0.000565250

-0.000296366

-0.004741854

8.388949313

-0.119831201

61.498350972

hl / Q

Gambar 3.37 Loop 33

Loop 33 ( BLOK II ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hf x L

71

25

0.0762

0.002486354

0.004591711

0.114792785

46.169123420 24.669276657

72

15

0.0762

0.002169361

0.003567771

0.053516567

81

60

0.0762

-0.001921104

-0.002849392

-0.170963529

88.992334082

82

35

0.0508

0.001921104

0.020360800

0.712627987

370.947115159

83

15

0.0508

-0.001921104

-0.020360800

-0.305411994

158.977335068

0.404561815

689.755184386


Gambar 3.38 Loop 34 Loop 34 ( BLOK DD ) Pipa

Panjang (L)

Diameter(d)

Laju aliran (Qo)

Unit head loss

Head Loss(hl)

no

(m)

(m)

(m3/s)

(m)

Ditentukan

Diketahui

Diketahui

Ditaksir

hf Rumus Empiris

hl / Q

hf x L

64

180

0.0762

0.000141340

0.000022813

0.004106256

65

15

0.0762

-0.000141340

-0.000022813

-0.000342188

2.421027293

66

180

0.0762

-0.000105594

-0.000013302

-0.002394338

22.675022246

67

30

0.0762

-0.002045233

-0.003199317

-0.095979508

46.928398100

72

15

0.0762

-0.002169361

-0.003567771

29.052327511

-0.053516567

24.669276657

-0.148126345

125.746051806

Dari perhitungan iterasi I di atas, diperoleh koreksi kapasitas untuk tiap loop :

ΔQ =

− Σ hl ⎛ hl ⎞ nΣ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝Q⎠

Loop

∑hl

∑hl/Q

ΔQ

1

-1.148369532

74.779643754

0.008300926

2

0.580002692

197.923241936

-0.001584023

3

-0.357414236

69.520671520

0.002778985

4

-0.006008858

107.779566384

0.000030136

5

-0.138427693

188.924040942

0.000396063

6

0.110900812

73.357245649

-0.000817184

7

-0.256490090

70.595250728

0.001963918

8

-0.240578016

98.185619273

0.001324452

9

-0.271736825

111.755581344

0.001314339

10

-0.145619747

109.171132134

0.000721009

11

-8.208472329

2284.680249844

0.001942071

12

1.265602812

237.917660638

-0.002875405

13

-0.005818852

74.710677850

0.000042100

14

-0.172280572

80.445345007

0.001157614

15

-0.389679803

161.490786221

0.001304333

16

-0.249352486

241.608778460

0.000557865

17

-0.085914241

188.361541032

0.000246548


18

-0.160543733

87.516956232

0.000991584

19

0.158436388

100.468124563

-0.000852423

20

-0.075630623

62.473991934

0.000654375 -0.000467435

21

0.031670878

36.624088097

22

-0.103177331

113.914939818

0.000489589

23

0.066604968

154.073910118

-0.000233672 -0.000145334

24

0.012307862

45.776562012

25

-0.162460528

142.074951096

0.000618100

26

0.159406929

107.293564297

-0.000803086

27

0.020856685

36.097279281

-0.000312319

28

-1.054454064

595.954462592

0.000956407

29

-1.412297206

638.605162289

0.001195424

30

-0.288634860

135.612022860

0.001150479

31

-2.053335399

827.548690719

0.001341203

32

-0.119831201

61.498350972

0.001053258

33

0.404561815

689.755184386

-0.000317043

34

-0.148126345

125.746051806

0.000636746

Untuk menghitung laju aliran tiap pipa dilakukan dengan menjumlahkan kapsitas tiap pipa dengan koreksi kapasitas tiap loop.

Pipa

Laju aliran (Qo) m3/s

Loop 1 Koreksi Kapasitas (ΔQ)

no

mula - mula

m3/s

1

0.013996142

0.008300926

0.022297068

2

-0.027992284

0.008300926

-0.019691358

3

0.003549254

0.008270790

0.011820044

4

-0.008742991

0.009884949

0.001141958

Pipa



Laju aliran (Q) m3/s

no

mula - mula

m3/s

akhir

4

0.008742991

-0.009884949

-0.001141958

5

0.005216725

-0.001980086

0.003236639

6

-0.017485983

-0.001584023

-0.019070006

7

-0.004951886

-0.004363008

-0.009314894

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

7

0.004951886

0.004363008

0.009314894

8

-0.009903773

0.002778985

-0.007124788

Laju aliran (Q) m3/s akhir

9

-0.009903773

0.002778985

-0.007124788

10

0.002219410

0.001454532

0.003673942

11

0.004438819

0.003596169

0.008034988


Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

3

-0.003549254

-0.008270790

-0.011820044

23

-0.005216725

-0.000365927

-0.005582652

24

0.003549254

-0.001284204

0.002265050

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

5

-0.005216725

0.001980086

-0.003236639

12

-0.004438819

0.001213247

-0.003225572

22

0.003456774

-0.000324946

0.003131828

23

0.005216725

0.000365927

0.005582652

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

11

-0.004438819

-0.003596169

-0.008034988

12

0.004438819

-0.001213247

0.003225572

13

-0.002219410

-0.002141637

-0.004361047

15

0.001677255

-0.002781102

-0.001103847

16

0.000544153

-0.002781102

-0.002236949

21

0.003354510

-0.002759256

0.000595254




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

15

-0.001677255

0.002781102

0.001103847

16

-0.000544153

0.002781102

0.002236949

17

-0.002763563

0.000639466

-0.002124097

18

-0.002763563

0.000639466

-0.002124097

19

-0.006473650

0.004839323

-0.001634327

20

0.001677255

-0.001886742

-0.000209487

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

10

-0.002219410

-0.001454532

-0.003673942

13

0.002219410

0.002141637

0.004361047

14

-0.009253507

0.001324452

-0.007929055

17

0.002763563

-0.000639466

0.002124097

18

0.002763563

-0.000639466

0.002124097

29

-0.003710087

0.004199857

0.000489770


Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

24

-0.003549254

0.001284204

-0.002265050

25

0.003549254

0.001314339

0.004863593

26

-0.003456774

0.000593330

-0.002863444

34

-0.001174568

0.001272239

0.000097671

38

-0.000587284

0.001067792

0.000480508

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

22

-0.003456774

0.000324946

-0.003131828

26

0.003456774

-0.000593330

0.002863444

27

-0.003354510

-0.001221062

-0.004575572

33

0.001174568

0.000678909

0.001853477

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

20

-0.001677255

-0.000021847

-0.001699102

21

-0.003354510

0.002759256

-0.000595254

27

0.003354510

0.001221062

0.004575572

28

-0.008150905

0.004817476

-0.003333429

32

0.001796657

0.000784458

0.002581115

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

19

0.006473650

-0.004839323

0.001634327

28

0.008150905

-0.004817476

0.003333429

29

0.003710087

-0.004199857

-0.000489770

30

-0.003710087

-0.002875405

-0.006585492

31

0.004973781

-0.004179738

0.000794043




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

33

-0.001174568

-0.000678909

-0.001853477

34

0.001174568

-0.001272239

-0.000097671

35

-0.001796657

-0.001115514

-0.002912171

39

0.000587284

-0.000204448

0.000382836


Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

32

-0.001796657

-0.000784458

-0.002581115

35

0.001796657

0.001115514

0.002912171

36

-0.004973781

-0.000146719

-0.005120500

41

0.001010547

0.000166030

0.001176577

43

-0.002486891

0.002010036

-0.000476855

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

31

-0.004973781

0.004179738

-0.000794043

36

0.004973781

0.000146719

0.005120500

37

-0.006678660

0.001304333

-0.005374327

44

0.002486891

0.002156755

0.004643646

46

0.001071570

0.000649958

0.001721528

48

-0.001577763

0.001771768

0.000194005

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

67

0.002045233

-0.000078881

0.001966352

68

-0.002045233

0.000557865

-0.001487368

69

-0.001064909

0.000557865

-0.000507044

70

-0.002045233

0.000557865

-0.001487368




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

38

0.000587284

-0.001067792

-0.000480508

39

-0.000587284

0.000204448

-0.000382836

40

-0.001010547

-0.000745036

-0.001755583

61

-0.000653188

0.000480219

-0.000172969

62

0.002279015

0.000246548

0.002525563




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

40

0.001010547

0.000745036

0.001755583

41

-0.001010547

-0.000166030

-0.001176577

42

-0.003370123

0.001844006

-0.001526117

59

-0.000754161

0.001136918

0.000382757


Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

42

0.003370123

-0.001844006

0.001526117

43

0.002486891

-0.002010036

0.000476855

44

-0.002486891

-0.002156755

-0.004643646

45

-0.001071570

-0.001506798

-0.002578368

57

0.000754161

-0.001470522

-0.000716361

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

45

0.001071570

0.001506798

0.002578368

46

-0.001071570

-0.000649958

-0.001721528

47

-0.002649333

0.001121810

-0.001527523

55

-0.001136642

0.001457461

0.000320819

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

47

0.002649333

-0.001121810

0.001527523

48

0.001577763

-0.001771768

-0.000194005

49

-0.001577763

-0.000957025

-0.002534788

53

-0.000788882

-0.000155116

-0.000943998




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

49

0.001577763

0.000957025

0.002534788

50

-0.001577763

0.000489589

-0.001088174

51

-0.001577763

0.000489589

-0.001088174

52

0.000788882

0.000801909

0.001590791

79

0.000441670

-0.000466818

-0.000025148




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

60

-0.000653188

-0.000088337

-0.000741525

61

0.000653188

-0.000480219

0.000172969

63

0.001561022

-0.000233672

0.001327350

64

-0.000141340

-0.000870418

-0.001011758


Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

58

-0.000754161

-0.000763434

-0.001517595

59

0.000754161

-0.001136918

-0.000382757

60

0.000653188

0.000088337

0.000741525

88

0.000141340

-0.001198592

-0.001057252




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

56

-0.002675915

0.001421185

-0.001254730

57

-0.000754161

0.001470522

0.000716361

58

0.000754161

0.000763434

0.001517595

73

-0.000777388

-0.000723103

-0.001500491




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

54

-0.001136642

-0.000490766

-0.001627408

55

0.001136642

-0.001457461

-0.000320819

56

0.002675915

-0.001421185

0.001254730

75

0.000777388

-0.001953565

-0.001176177

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

52

-0.000788882

-0.000801909

-0.001590791

53

0.000788882

0.000155116

0.000943998

54

0.001136642

0.000490766

0.001627408

77

0.000603717

-0.001507743

-0.000904026

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

78

0.000441670

-0.000239017

0.000202653

79

-0.000441670

0.000466818

0.000025148

80

-0.002019433

0.000956407

-0.001063026

86

-0.002019433

0.000956407

-0.001063026

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

76

0.000603717

0.000044945

0.000648662

77

-0.000603717

0.001507743

0.000904026

78

-0.000441670

0.000239017

-0.000202653

85

-0.002461103

0.001195424

-0.001265679


Loop 30

no

mula - mula

Koreksi Kapasitas (ΔQ) m3/s

74

0.000777388

-0.000190724

Pipa


Laju aliran (Q) m3/s akhir akhir 0.000586664

75

-0.000777388

0.001953565

0.001176177

76

-0.000603717

-0.000044945

-0.000648662

84

-0.003064820

0.001150479

-0.001914341




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

73

0.000777388

0.000723103

0.001500491

74

-0.000777388

0.000190724

-0.000586664

82

-0.001921104

0.001658246

-0.000262858

87

-0.003842208

0.001341203

-0.002501005

89

0.000565250

0.000287945

0.000853195




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

65

0.000141340

0.000416512

0.000557852

71

-0.002486354

0.001370301

-0.001116053

88

-0.000141340

0.001198592

0.001057252

89

-0.000565250

-0.000287945

-0.000853195




Pipa no

mula - mula

m3/s

akhir

71

0.002486354

-0.001370301

0.001116053

72

0.002169361

-0.000953789

0.001215572

81

-0.001921104

-0.000317043

-0.002238147

82

0.001921104

-0.001658246

0.000262858

83

-0.001921104

-0.000317043

-0.002238147

Pipa




no

mula - mula

m3/s

akhir

64

0.000141340

0.000870418

0.001011758

65

-0.000141340

-0.000416512

-0.000557852

66

-0.000105594

0.000636746

0.000531152

67

-0.002045233

0.000078881

-0.001966352

72

-0.002169361

0.000953789

-0.001215572

Dikarenakan nilai ΔQ iterasi pertama belum mendekati nol, maka diteruskan ke iterasi kedua. Untuk lebih lengkapnya, perhitungan iterasi kedua sampai iterasi nilai ΔQ mendekati nol , dapat dilihat pada lampiran.


BAB IV PEMILIHAN POMPA Dalam pemilihan suatu pompa, yang perlu diperhatikan adalah mengetahui fungsi dan instalasi pompa, jenis fluida yang akan dipompakan, kapasitas aliran, serta head yang diperlukan untuk mengalirkan fluida tersebut. Selain itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu diperkirakan tekanan minimum yang tersedia pada sisi hisap pompa.

4.1 ANALISA FUNGSI DAN INSTALASI POMPA

Pompa digunakan untuk memompakan air bersih dari reservoir Booster Pump PDAM Tirtanadi ke kota Lubukpakam. Pompa direncanakan akan beroperasi pada kapasitas konstan (fluktuasi kapasitas dapat diabaikan). Instalasi pompa secara sederhana diperlihatkan pada gambar 4.1.

2

3

4

1000 m

5

6

7 8

8000 m ke Wilayah distribusi

1 Keterangan Gambar : 1. Sumber Air Baku (Sungai Ular) 2. Pipa hisap air baku 3. Pompa hisap air baku 4. Pipa tekan air baku 5. Water Treatment (Pengolahan Air baku) 6. Reservoir 7. Pompa tekan air bersih 8. Pipa transmisi ( sejauh 8000 m )

Gambar 4.1. Instalasi Pipa


4.2

PENENTUAN KAPASITAS DAN JUMLAH POMPA

Dalam menentukan jumlah pompa dan kapasitasnya, perlu diperhatikan beberapa hal berikut : - Kapasitas maksimum pompa yang dapat diproduksi saat ini. - Bila kebutuhan air berubah-ubah, sebaiknya dipakai beberapa unit pompa yaitu sebesar konsumsi minimum. Atau dapat juga digunakan beberapa unit pompa dengan kapasitas berbeda. - Usahakan pompa bekerja pada titik operasi yang menghasilkan efisiensi terbaik. - Bila kapasitas yang akan dipompakan besar, sebaiknya digunakan pompa dengan kapasitas besar. Karena untuk kapasitas besar, umumnya efisiensi pompa menjadi lebih tinggi. Jadi penggunaan daya lebih ekonomis. - Sebaiknya pompa-pompa yang digunakan sama, agar penyediaan suku cadang lebih mudah. Laju aliran yang menentukan besarnya kapasitas pompa, ditentukan berdasarkan pemakaian air. Kebutuhan pemakaian air ini berbeda di setiap daerah. Hal ini bergantung pada pola penggunaan air, jumlah penduduk, serta ciri-ciri masalah lingkungan hidup di daerah tersebut. Dari hasil perhitungan pada Bab III diperoleh bahwa pemakaian air total untuk Kota Lubukpakam = 0.043541667 m3/s(156.75 m3/jam). Pompa penyalur biasanya bekerja tanpa fluktuasi aliran yang cukup berarti. Adapun jumlah pompa yang diperlukan untuk memenuhi jumlah air yang dibutuhkan dapat ditentukan berdasarkan tabel 4.1 berikut ini. Tabel 4.1 Penentuan jumlah pompa Debit yang direncanakan (m3/jam) Sampai 125 120 – 450

Lebih dari 400

Jumlah pompa

Jumlah pompa

Jumlah pompa

utama

cadangan

keseluruhan

2

1

3

Besar 1 Kecil 1

1

Besar 2 Kecil 1

Besar : 3 – 5

Besar : 1

Besar : 4 – 6

atau lebih

atau lebih

atau lebih

Kecil : 1

Kecil : 1

Kecil : 2

Sumber : Sularso, Haruo Tahara. Pompa dan Kompresor, Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan .

PT Pradnya paramitha. Jakarta. 2000. hal. 16.


Menurut tabel 4.1 di atas dan atas pertimbangan keterbatasan lahan yang tersedia, maka direncanakan digunakan pompa sebanyak 3 unit dengan spesifikasi yang sama. Ketiga pompa dihubungkan secara paralel, dimana secara bergantian 2 unit pompa bekerja selama 100 jam dan 1 unit pompa sebagai cadangan. Kapasitas pompa yang direncanakan adalah : Qp = =

kapasitas total jumlah pompa beroperasi 0.043541667 m 3 / s 2

Qp = 0,02177 m3/s = 21,77 liter/detik. Sehingga dipilih pompa dengan kapasitas 21,77 liter/detik atau Qp = 0,02177 m3/s.

4.3

INSTALASI POMPA DAN PERPIPAAN

Setelah kapasitas dan jumlah pompa ditentukan, maka selanjutnya dapat digambarkan instalasi perpipaan pada pusat pemompaan tersebut. Jumlah pompa yang digunakan dalam instalasi adalah 3 unit pompa yang dihubungkan secara paralel. Gambar 4.2 menunjukkan sistem perpipaan pada pusat pemompaan (pumping

station).



4.4

PENENTUAN UKURAN PIPA

Ukuran pipa ditentukan berdasarkan laju aliran maksimum. Di samping itu, ada tambahan pertimbangan-pertimbangan lain yang didasarkan pada pengalaman perancang atau kontraktor pelaksana atas penanganan kasus serupa. Dalam menentukan ukuran pipa beberapa hal perlu dipertimbangkan antara lain batas kerugian gesek yang akan digunakan dan batas kecepatan tertinggi yang disarankan. 4.4.1

Diameter pipa hisap (Suction pipe)

Menurut [32], diameter pipa hisap biasanya ditentukan sedemikian sehingga kecepatan aliran air antara 2 sampai 3 m/s. Dalam perancangan ini diambil kecepatan V = 2,5 m/s, sehingga diameternya : Qp = Vs . As 4 . Qp π . Vs

Ds =

=

4 x 0,02177 π x 2,5

= 0,1053 m

Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 4 in schedule 40. Pipa yang digunakan terbuat dari Baja. Dari Lampiran Data Komersil Pipa Baja, diperoleh diameter dalam pipa sebesar 102,2604 mm. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa hisap adalah : V = =

4 . Qp π . Ds 2 4 x 0,02177 m 3 / s π x (0,1022604 2 ) m 2

V = 2,65 m/s Menurut [33], kecepatan aliran dalam pipa tidak boleh melebihi dari 6 m/s karena akan mengakibatkan terjadinya penggerusakan pipa, sehingga kecepatan aliran di atas masih dalam batas mengizinkan.

4.4.2

Diameter pipa tekan (Discharge pipe)

Pada perancangan ini dipilih diameter dan jenis pipa yang sama untuk pipa hisap dan pipa tekan sehingga kapasitas air masuk dan keluar pompa sama besar dan pompa bekerja konstan.


Maka diameter pipa tekan sama dengan diameter pipa hisap, yaitu 4 in schedule 40 dengan bahan baja. Dari lampiran yaitu Data Komersial Pipa Baja, diperoleh diameter dalam pipa sebesar 102,2604 mm. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa tekan adalah sama dengan kecepatan aliran air pada pipa hisap, yakni v = 2,65 m/s.

4.4.3

Diameter pipa transmisi

Menurut [34], pada umumnya kecepatan aliran pada pipa tidak lebih dari 3 m/s. Kapasitas aliran pada pipa transmisi ini adalah 3 x kapasitas pompa, yaitu 0,06531 m3/s. Bila kecepatan aliran pipa yang digunakan 2 m/s, maka diameter pipa transmisi dapat dihitung : Qp = Vs . As Ds =

4 . Qp π . Vs

=

4 x 0,06531 π x 2

= 0,204 m

Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 8 inci schedule 40. Pipa yang digunakan terbuat dari Baja. Dari Lampiran Data Komersial Pipa Baja, diperoleh diameter dalam pipa sebesar 202,7174 mm. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa hisap adalah : V = =

4 . Qp π . Ds 2 4 x 0,06531 m 3 / s π x (0,2027174 2 ) m 2

V = 2,024 m/s

4.5

TANKI DISTRIBUSI AIR BERSIH.

Tangki distribusi merupakan elemen yang sangat penting dalam sebuah sistem penyaluran air untuk masyarakat. Ada beberapa fungsi tangki dalam sebuah sistem penyaluran air, antara lain : - Sebagai water storage transit (tempat penyimpanan air sementara). - Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban pemakaian

peak-hour, average, dan minimum demand. Jadi jelaslah bahwa volume tangki distribusi harus mempertimbangkan aspekaspek di atas.


4.5.1

Volume Tangki Distribusi Untuk Menutupi Kebutuhan Beban Puncak

Berdasarkan survey yang dilakukan, diperoleh keterangan bahwa peak-hour (jam beban puncak) pada umumnya terjadi antara pukul 06.00 s/d 11.00 dan pukul 16.00 s/d 20.00 (selama 9 jam/hari). Menurut [35], dengan mengambil faktor koefisien sebesar 1,3 untuk konsumsi air tiap jam maksimum,maka kebutuhan air per hari : = konsumsi air pada peak-hour + konsumsi air harian rata-rata = (1,3 x kebutuhan max. x 9 jam) + (kebutuhan max. x 15 jam) = (1,3 x 156,75 m3/jam x 9 jam) + (156,75 m3/jam x 15 jam) = 4185,225 m3. Maka volume reservoir yang dirancang adalah 4185,225 m3 ≈ 4200 m3 .

4.6

HEAD POMPA

Head pompa adalah energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang memiliki head rendah ke tempat yang memiliki head tinggi. Untuk keadaan seperti gambar 4.1 di atas, head yang diperlukan untuk memindahkan air dari titik 1 ke titik 2 dapat ditentukan dengan rumus : V1

2

2

V + + Z1 + Hp = + 2 + Z2 + HL 2g γ 2g γ

P1

Maka :

Hp =

P2

P2 − P1

γ

Dimana : Hp

2

+

2

V2 − V1 + Z2 – Z1 + HL 2g

= head pompa

P2 − P1

γ 2

= head tekanan

2

V2 − V1 = head kecepatan 2g Z2 – Z1 HL

= head statis = head losses


Untuk menghitung besarnya head pompa dilakukan dengan metode Trial and

Error. Hal ini dikarenakan tekanan fluida masuk ke perumahan tidak diketahui. Menurut [36], daya yang dibutuhkan pompa adalah :

Np = γ Q Hp Dimana : Np = Daya pompa (Watt) γ = Berat jenis air pada suhu 250C. = 9,777 x 103 N/m3.

Q = Kapasitas pompa = 0,02177 m3/s Hp = Head pompa Sehingga Np = 9,777 x 103 N/m3 x 0,02177 m3/s x Hp = 212,84529 Hp Untuk Np = 5 kW diperoleh Hp = 23,49 m, sehingga diperoleh tekanan fluida pada pipa paling ujung : V0

2

2

V + + Z0 + Hp = + 77 + Z77 + HL 2g 2g γ γ

P0 dimana :

P77

P0

= 0 (Tanki terbuka ke udara luar)

V0

= Kecepatan aliran pada ujung pipa tekan = 2,65 m/s

Z0 – Z69 = 2 m (Tinggi air permukaan minimum pada reservoir hisap Booster Lubukpakam adalah 2 m dan tinggi permukaan pipa keluar berada pada elevasi yang sama). Hp

= Head pompa = 23,49 m

V69

= kecepatan aliran pada pipa no. 69

Q69 0.000006012 m 3 / s = = 0,013 m/s. = π 2 A69 (0.0762 m ) 4 hl

= head loss sepanjang pipa (diambil pipa terpanjang dengan arah aliran yang mungkin) = 0.01 m

sehingga diperoleh :


(2,65 2 − 0,013 2 ) P69 = 9,777 x 10 x + 2 m + 23,49 m – 0,01 m 2 x 9,81 3

= 252,617 kPa.

Gambar 4.3 Distribusi tekanan pada pipa terjauh. Selanjutnya dihitung tekanan pada pipa no. 83, dan 87 sehingga diperoleh : P83 = 252,685 kPa P87 = 252,714 kPa Jika tekanan pada pipa terjauh, ditinjau dari pipa no. 64, maka :

P0

γ dimana :

+

V0

2

2g

+ Z0 + Hp =

P114

γ

2

+

V114 + Z114 + HL 2g

P0

= 0 (Tanki terbuka ke udara luar)

V0

= Kecepatan aliran pada ujung pipa tekan = 2,65 m/s

Z0 – Z64 = 2 m (Tinggi air permukaan minimum pada reservoir hisap Booster Lubukpakam adalah 2 m dan tinggi permukaan pipa keluar berada pada elevasi yang sama).


Hp

= Head pompa = 23,49 m

V64

= kecepatan aliran pada pipa no. 64 =

hl

Q64 0,000608344 m 3 / s = = 0,1334 m3/s. π 2 A64 (0,0762m ) 4

= head loss sepanjang pipa (diambil pipa terpanjang dengan arah aliran yang mungkin) = 0,06 m

sehingga diperoleh : (2,65 2 − 0,1334 2 ) + 2 m + 23,49 m – 0,06 m P114 = 9,777 x 10 x 2 x 9,81 3

= 252,120 kPa. Selanjutnya dihitung tekanan pada pipa no. 78,79 sehingga diperoleh : P78 = 252,697 kPa P79 = 252,713 kPa Besarnya tekanan minimum yang terdapat pada pipa dapat ditentukan berdasarkan table 4.3 berikut : Tabel 4.3 Kondisi tekanan pada pipa

Condition Maximum pressure Minimum pressure during maximum day Minimum pressure during peak hour Minimum pressure during fire

Service Pressure Criteria (psi) 65 – 75 30 – 40 25 – 35 20

*Note : psi x 6,985 = kPa

Sumber : Larry W. Mays. Water Distribution Sistem Handbook. McGraw Hill, New York. 1999. Hal. 3.9

Dari tabel di atas, diperoleh bahwa tekanan minimal yang terdapat pada pipa selama jam sibuk adalah 25 – 35 psi (172,375 – 241,35 kPa). Untuk besar daya pompa dan head pompa dapat dilihat pada tabel berikut.

Daya Pompa (kW)

Tekanan Pada pipa (Pa)

Head Pompa (m)

Ditinjau dari pipa 69 83

87

Ditinjau dari pipa 64 78

79


5

23,49

252685

252714

252697

252713

3

14,09

160713.2

160781.2

160793.2

160809.2

16,44

183757.15

183786.15

183769.15

183785.15

3,5

Tabel 4.4 Penentuan Tekanan pada Pipa Terjauh

Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pompa dengan daya 3,5 kW dan head pompa 16,44 m (17 m).

4.7

PEMILIHAN JENIS POMPA

Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan harga kapasitas, Q = 0,02177 m3/jam dan head, Hp = 17 m maka dari gambar 4.5 dapat dilihat jenis pompa yang cocok digunakan adalah pompa radial bertingkat satu, pompa saluran roda dan pompa diagonal. Pada perancangan ini dipilih pompa radial bertingkat satu.

10 8 6 4 2

pompa radial bertingkat banyak

Tinggi kenaikan H

10 8 6 4 2 pompa radial bertingkat satu 10 8 6 4 2

Pompa saluran roda

10 8 6 4

Pompa aksial

2 1 1

2

4 6 8 10

2

4 6 8 10

2

4 6 8 10

2

4 6 8 10

2 4 6 8 10 Kapasitas V’

Gambar 4.4 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa sentrifugal


4.8

PUTARAN MOTOR PENGGERAK POMPA

Penggerak pompa yang akan direncanakan di atas adalah motor listrik, dimana pemilihan ini didasarkan atas beberapa kriteria, antara lain : -

Tersedianya sumber listrik pada tempat pengoperasian pompa.

-

Motor listrik mudah untuk dikopel langsung dengan pompa sehingga tidak memerlukan transmisi yang rumit.

-

Dimensi dari motor listrik relatif kecil, konstruksinya sederhana serta ringan.

-

Putaran yang dihasilkan konstan dan tidak menimbulkan getaran yang berlebihan.

-

Tidak menimbulkan polusi udara dan polusi suara.

-

Pemeliharaan dan pengaturannya mudah. Di Indonesia, frekuensi listrik yang dihasilkan sistem pembangkit adalah 50

Hz. Maka putaran motor dipilih pada frekuensi 50 Hz. Putaran motor listrik dengan frekuensi 50 Hz dapat dilihat pada tabel 4.4.

Tabel 4.5 Harga putaran dan kutubnya Jumlah kutub

Putaran (rpm)

2

3000

4

1500

6

1000

8

750

10

600

12

500

Sumber : Sularso. Pompa dan Kompresor. Hal. 50

Pada pemilihan kali ini dipilih motor listrik dengan 4 buah kutub dan putaran 1500 rpm. Akibat adanya faktor slip, maka putaran motor harus diambil 1 ÷ 2 o/o lebih kecil dari harga-harga dalam tabel 4.4 di atas. Dalam perencanaan ini diambil faktor slip sebesar 2 o/o , sehingga putaran motor sebenarnya adalah : n = 1.500 – (2 o/o x 1500) = 1.470 rpm Parade Bohal Iman Situmorang : Sistem Perpipaan Perancangan Distribusi Aliran Pada Setiap Pipa Air Bersih..., 2008 USU Repository © 2009

Motor listrik dikopel langsung dengan pompa sehingga putaran pompa sama dengan putaran motor.

4.9

PUTARAN SPESIFIK DAN JENIS IMPELER

Jenis impeler pompa sentrifugal dapat ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut. Menurut [37], Putaran spesifik pompa sentrifugal dengan satu tingkat impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut : ns = 51,64 Dimana : n

n . Q1 / 2 Hp 3 / 4

= Putaran Pompa (rpm) = 1.470 rpm

Q

= Kapasitas Pompa (m3/s) = 0,02177 m3/s

Hp = Head Pompa (m) = 17 m Maka : ns = 51,64 x

1470 x 0,02177 (17) 3 / 4

ns = 1337,82 Dari tabel 4.6, diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 1337,82 maka jenis impeler yang sesuai adalah jenis Radial flow. Tabel 4.6 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik No.

Jenis Impeler

ns

1.

Radial flow

500 – 3000

2.

Francis

1500 – 4500

3.

Aliran campur

4500 – 8000

4.

Aliran axial

8000 ke atas


Sumber : Pompa dan Blower Sentrifugal, Austin H. Church.

4.10

DAYA MOTOR PENGGERAK

Untuk mengetahui daya motor penggerak, terlebih dahulu dihitung daya poros pompa yang dipengaruhi oleh efisiensi pompa. Efisiensi pompa tergantung pada kerugian mekanis dan kerugian gesekan. Harga efisiensi pompa dapat dilihat dari gambar 4.5.

10

0

10

20

30

40

0.9

50

10,000 GPM 3,000 1,000 500 300 200 100

0.8 0.7

0.68

50

0.6

30

0.5 0.4

10 GPM 5 GPM

0.3 0.2 0.1 0 500

862.035

1,000

1,500

2,000

2,500

3000

Gambar 4.5 Grafik Efisiensi pompa vs putaran spesifik Sumber : Pump Handbook, Igor C. Karasik

Untuk putaran spesifik (ns) = 1337,82 dan kapasitas (Q) = 0,02177 m3/s = 345,063 gpm, dari gambar 4.5, maka diperoleh efisiensi pompa sebesar 78 o/o . Daya poros pompa, Np, merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeler. Besar daya yang dibutuhkan pompa adalah : Np =

γ . Q . Hp ηp


Dimana : Np = Daya pompa ( kW ) Q = Kapasitas pompa ( m3/s ) = 0,02177 m3/s Hp = Head pompa (m) = 17 m

γ = Berat jenis air pada temperatur 25 oC (N/m3) = 9,777 . 10 3 N/m3

ηp = Efesiensi Pompa (o/o) = 78 o/o Maka : Np =

9,777 .10 3 x 0,02177 x 17 0,78

= 4638,9358 watt ≈ 4,639 kW

Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa. Menurut [38] daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus : Nm =

Np (1 + α )

ηt

Dimana : α = faktor cadangan daya untuk motor induksi (0,1 ÷ 0,2) = 0,15 (direncanakan)

η t = efisiensi transmisi = 1,0 (untuk pengoperasian dengan kopel langsung) Maka : Nm = 4638 ,9358 Watt (1 + 0 ,15 ) = 5334,776 watt 1

Nm ≈ 5,5 kW Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya 5,5 kW.

4.11

SPESIFIKASI POMPA

Kapasitas pompa (Q)

= 0,02177 m3/s

Head pompa (Hp)

= 17 m

Putaran pompa (n)

= 1.470 rpm

Jenis pompa

= pompa sentrifugal bertingkat satu


Putaran spesifik pompa (ns)

= 1337,82

Tipe impeler pompa

= radial flow

Daya pompa (Np)

= 4,639 kW

Penggerak pompa

= motor listrik

Frekuensi motor penggerak

= 50 Hz

Daya motor penggerak pompa (Nm) = 5,5 kW

BAB V KESIMPULAN

Dari hasil perancangan diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1.

Kapasitas total air bersih yang dipompakan untuk kebutuhan wilayah Kota Lubukpakam adalah 0,043541667m3/s. Kapasitas pompa rancangan sebesar 0,02177 m3/s, dengan volume tanki distribusi sebesar 4200 m3.

2.

Analisa perhitungan distribusi air bersih dilakukan dengan menggunakan Hardy

Cross Method. Metode ini direkomendasikan untuk digunakan pada fluida liquid terutama air . 3.

Pompa yang digunakan untuk mensuplai air bersih dari Booster Lubukpakam ke wilayah distribusi kota Lubukpakam adalah Pompa Sentrifugal Bertingkat Satu dengan jumlah 3 unit, dimana 2 unit beroperasi secara secara bersamaan selama 100 jam dan 1 unit cadangan.

4.

Pipa yang digunakan terdiri dari pipa PVC dan pipa Baja. a. Pipa Hisap (Suction pipe) - Diameter

: 102 mm(4 inci)

- Bahan

: Baja

b. Pipa Tekan (Discharge pipe) - Diameter

: 102 mm (4 inci)

- Bahan

: Baja

c. Pipa Transmisi - Diameter

: 202 mm (8 inci)

- Bahan

: Baja

d. Pipa Distribusi Parade Bohal Iman Situmorang : Sistem Perpipaan Perancangan Distribusi Aliran Pada Setiap Pipa Air Bersih..., 2008 USU Repository © 2009

5.

- Diameter

: 2 inchi, 3 inchi, 4 inchi dan 6 inchi

- Bahan

: PVC

Data spesifikasi pompa rancangan : Jumlah pompa

= 3 buah ( 2 bekerja, 1 cadangan )

Kapasitas pompa (Q)

= 0,02177 m3/s

Head pompa (Hp)

= 17 m

Putaran pompa (n)

= 1.470 rpm

Jenis pompa

= pompa sentrifugal bertingkat satu

Putaran spesifik pompa (ns)

= 1337,82

Tipe impeler pompa

= radial flow

Daya pompa (Np)

= 4,639 kW

Penggerak pompa

= motor listrik

Frekuensi motor penggerak

= 50 Hz

Daya motor penggerak pompa (Nm) = 5,5 kW


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2008

Recommend Documents