Perancangan Sistem Distribusi Aliran Air Bersih Pada Perumahan Telanai Indah Kota Jambi
PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI ALIRAN AIR BERSIH
PADA PERUMAHAN TELANAI INDAH
KOTA JAMBI
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
HITLER MARULI SIDABUTAR NIM. 0 4 0 4 0 1 0 9 1
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan rahmatNya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
Tugas Sarjana merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah Sistem Perpipaan, yaitu “Perancangan Sistem Distribusi Aliran Air Bersih Pada Komplek Perumahan TELANAI INDAH kota JAMBI”.
Dalam penulisan Tugas Sarjana ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada ;
1. Kedua orang tua tercinta,dan adik – adik yang saya sayangi. Doa, pengorbanan dan kasih sayang yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departement Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU,
3. Bapak Ir H.A Halim Nst,MSc. sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan,
4. Bapak Ir. Tekat Sitepu dan Bapak Ir.Mulfi Haswi, Msc sebagai dosen pembanding seminar tugas sarjana penulis yang banyak membimbing dan memberi saran pada penulis untuk menyelesaikan tugas sarjana ini.
5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai (teristimewa kepada Kak Is, dan Kak Sonta), Departement Teknik Mesin Fakultas Teknik USU,
(10)
6. Bapak Sembiring dan segenap pegawai PDAM Tirtanadi Mayang yang berkenan memberikan data survey kepada penulis. Ir.Mulfi Haswi, Msc 7. Kepada teman teman (Yakop anak Bupati,Jendral Zoro,Parlot ST,Angita si
Danner Silaen,Rusli Harahap)seperjuangan yang telah turut membantu saya dalam menyelesaikan skripsi saya ini.
Penulis menyadari Tugas Sarjana ini jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan banyak masukan untuk penyempurnaan Tugas Sarjana ini. Atas perhatian Pembaca, Penulis mengucapkan banyak Terima Kasih.
Medan, 10 Maret
2010
Penulis,
(Hitter Maruli
Sidabutar)
04 04 01 091
(11)
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR……….……….i
DAFTAR ISI...iii
DAFTAR TABEL ...vi
DAFTAR GAMBAR………...…viii
DAFTAR LAMBANG...viii
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Sistematika Penulisan... 3
1.5 Flow Chart Rancangan...4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5
2.1. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ... 5
2.2. Energi dan Head... 6
2.3. Persamaan Bernoulli ... 8
2.4. Aliran Laminar dan Turbulen... 10
2.5. Kerugian Head (Head Losses) ... 11
2.6. Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa... 15
2.7. Pipa Yang Dihubungkan Seri... 17
2.8. Pipa Yang Dihubungkan Paralel ... 18
2.9. Sistem Jaringan Pipa ... 19
(12)
2.10.1 Kapasitas ... 23
2.10.2 Head Pompa ... 23
2.10.3 Sifat Zat Cair ... 24
BAB III PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA ...26
3.1. Jumlah Pemakaian Air ... 26
3.1.1. Kebutuhan air bersih pada perumahan... 26
3.1.3. Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah ... 27
3.2 Estimasi Pemakaian air per hari ... 28
3.3. Pemilihan Jenis Pipa ... 34
3.4. Analisa Kapasitas Aliran Fluida ... 35
BAB IV PEMILIHAN POMPA...48
4.1. Analisa Fungsi dan Instalasi Pompa ... 48
4.2. Penentuan Kapasitas dan Jumlah Pompa ... 48
4.3. Instalasi Pompa dan Perpipaan... 50
4.4. Head Pompa ... 51
4.5. Pemilihan Jenis Pompa ... 53
4.6. Putaran Motor Penggerak Pompa ... 54
4.7. Putaran Spesifik dan Jenis Impeler ... 55
4.8. Daya Motor Penggerak ... 56
4.9. Penentuan Ukuran pipa ... 57
4.9.1 Diameter Pipa Sisi Hisap (suction) ... 57
4.9.2. Diameter Pipa Sisi Tekan ... 58
4.9.3. Diameter pipa Transmisi….………...………58
(13)
BAB V KESIMPULAN ...60 DAFTAR PUSTAKA ...62
(14)
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil………..12
Tabel 2.2 Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams……….…...16
Tabel 2.3 Cara mencari head losses ...……….…...23
Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata………....…26
Tabel 3.2 Persentase pemakaian air selama 24 jam ... ..28
Tabel 3.3 Pemakaian pada Periode 1 (04.00 - 06.00) wib...28
Tabel 3.4 Pemakaian pada Periode II (06.00 - 11.00) wib...29
Tabel 3.5 Pemakaian pada Periode III (11.00 - 16.00) wib...29
Tabel 3.6 Pemakaian pada Periode IV (16.00 - 20.00) wib...29
Tabel 3.7 Pemakaian pada Periode V (20.00 - 04.00) wib...30
Tabel 3.8 Total pemakaian selama 24 jam………...30
Tabel 3.9 Hasil Perhitungan Loop I Iterasi 1 ………...38
Tabel 3.10 Hasil Perhitungan Loop 2 Iterasi 1 ………...…....38
Tabel 3.11 Hasil Perhitungan Loop 3 Iterasi 1 ………...39
Tabel 3.12 Hasil Perhitungan Loop 4 Iterasi 1 ………...39
Tabel 3.13 Hasil Perhitungan Loop 5 Iterasi 1 ………...40
Tabel 3.14 Hasil Perhitungan Loop 6 Iterasi 1 ………40
Tabel 3.15 Hasil Perhitungan Loop 7 Iterasi 1 ………....41
Tabel 3.16 Hasil Perhitungan Loop 8 Iterasi 1 ………....41
Tabel 3.17 Hasil Perhitungan Loop 9 Iterasi 1 ………....44
Tabel 3.18 Hasil Perhitungan Loop 10 Iterasi 1 ………...42
(15)
Tabel 4.1 Penentuan jumlah pompa ………...48 Tabel 4.2 Perhitungan head losses untuk pipa terjauh ...51 Tabel 4.3 Harga putaran dan kutubnya ………...53
(16)
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1 Profil kecepatan pada saluran tertutup ... 4
Gambar 2.2 Profil kecepatan pada saluran terbuka... 4
Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli... 8
Gambar 2.5 Pipa yang dihubungkan seri ... 15
Gambar 2.6 Pipa yang dihubungkan secara parallel ... 16
Gambar 2.7 Jaringan pipa ... 17
Gambar 2.8 Ilustrasi persamaan Bernouli...25
Gambar 3.1 Grafik estimasi pemakaian air per hari...31
Gambar 3.2 Distribusi air pada jaringan pipa ... 32
Gambar 3.3 Perhitungan head losses dengan diagram pipa... 37
Gambar 3.4 Iterasi I Loop I... 39
Gambar 3.5 Iterasi I Loop II ... 39
Gambar 3.6 Iterasi I Loop III ... 40
Gambar 3.7 Iterasi I Loop IV... 40
Gambar 3.8 Iterasi I Loop V ... 41
Gambar 3.9 Iterasi I Loop VI... 41
Gambar 3.10 Iterasi I Loop VII ... 42
Gambar 3.11 Iterasi I Loop VIII ... 42
Gambar 3.12 Iterasi I Loop IX... 43
Gambar 3.13 Iterasi I Loop X ... 43
Gambar 4.1 Instalasi pompa dan reservoar ... 48
(17)
Gambar 4.3 Instalasi pipa... 51 Gambar 4.4 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi
pompa sentrifugal... 53 Gambar 4.5 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik... 55 Gambar 4.6 Grafik harga efisiensi pompa vs putaran spesifik...56
(18)
DAFTAR LAMBANG
Simbol Keterangan Satuan
As Luas penampang pipa m2
C Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams
Ds Diameter dalam pipa mm
D Diameter luar pipa mm
f Faktor gesekan pipa Darcy-Weisbach
g Percepatan gravitasi m/ s2
HL Head losses sepanjang pipa m
HS Head statis m
hf Kerugian head mayor m
hm Kerugian head minor m
K Koefisien kerugian perlengkapan pipa
L Panjang pipa m
Nm Daya motor listrik kW
Np Daya pompa kW
ns Putaran spesifik rpm
P Tekanan pada pipa kPa
Q Kapasitas pompa m3/ s
Re Bilangan Reynold
V Kecepatan aliran pada pipa m/ s
α Faktor cadangan daya
(19)
ε Kekasaran pipa
p
η Effisiensi pompa %
t
η Effisiensi transmisi %
υ Viskositas kinematik air m2/ s
π Konstanta phi
ρ Massa jenis air kg/ m3
(20)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangAir 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 standart 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 Carbon Steel, PVC (Polyvinil Chloride),
stainless Steel, dan lain-lain.
Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perpipaan tentu bukanlah
suatu hal yang mudah, selain harus memiliki dasar ilmu kesarjanaan teknik seperti
(21)
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 perlu diperlukan dalam hal
perencanaan.
Begitu banyaknya penggunaan pipa dalam kehidupan manusia sehingga
dengan didasarkan kepada hal tersebut maka dalam rangka penyusunan Tugas
Sarjana ini penulis mengambil bidang Sistem Perpipaan.
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:
1. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang
diperoleh di bangku kuliah terutama mata kuliah Sistem Perpipaan
dan Mekanika Fluida.
2. Mencoba untuk mendesain suatu jaringan pipa yang digunakan
untuk mendistribusikan air bersih pada suatu komplek Perumahan
(22)
1.3 Batasan Masalah
Pada perencanaan ini akan dibahas mengenai perancangan dan analisa
pendistribusian air bersih ke pelanggan melalui suatu jaringan perpipaan di
Komplek Perumahan TELANAI INDAH Kota Jambi. Pada komplek perumahan
ini terdapat 250 unit rumah,dan 1 unit rumah ibadah.
Adapun batasan masalah dalam menganalisa distribusi aliran pada tiap
pipa antara lain kapasitas aliran fluida, kerugian head yang terjadi pada tiap pipa
dan ukuran pipa yang digunakan. Pada perencanaan ini juga ditentukan
spesifikasi pompa yang nantinya sesuai untuk digunakan dalam pendistribusian
air bersih.
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. Kesimpulan mengenai hasil perancangan yang diperoleh dimuat pada Bab 5
(23)
Mulai 1.5Flow Chart Rancangan
Jumlah pelanggan komplek perumahan
Site plan , Jumlah rata-rata penghuni tiap rumah, dan
penduduk yang menggunakan air di areal komplek
Diperoleh kebutuhan air per hari
Diperoleh faktor koreksi yang sudah mendekati nilai nol
Survey ke PDAM
Survey ke Komplek Perumahan
Menghitung kebutuhan air per
hari yang digunakan pada
komplek
Membuat gambar
loop
Menganalisa kapasitas aliran masing-masing loop dengan cara
iterasi it ik l h
Menentukan spesifikasi pompa
(24)
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.
(25)
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 incompressible, yaitu :
Q = A . v [lit.1hal 100] Dimana : Q = laju aliran fluida (m3/s)
A = luas penampang aliran (m2)
v = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)
Laju aliran berat fluida (W), dirumuskan sebagai :
W = γ . A . v [lit.1hal 101] Dimana : W = laju aliran berat fluida (N/s)
γ = berat jenis fluida (N/m3)
Laju aliran fluida massa (M), dinyatakan sebagai :
M = ρ . A . v [lit.1hal 101] Dimana : M = laju aliran massa fluida (kg/s)
ρ= massa jenis fluida (kg/m3)
(26)
Energi pada umumnya didefinisikan sebagai kemampuan untuk
melakukan kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan dari sebuah gaya yang
melewati suatu jarak dan umumnya didefenisikan secara matematika sebagai hasil
perkalian dari gaya dan jarak yang dilewati pada arah gaya yang diterapkan
tersebut. 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 fluida dengan tempat
jatuhnya. Energi potensial (Ep),dirumuskan sebagai :
Ep = W . z [J] [lit.1hal 101]
Dimana : W = berat fluida (N)
z = beda ketinggian (m)
Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena
pengaruh kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik, dirumuskan sebagai :
EK = 2
2 1
mv [J] [lit.1hal 109]
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), dirumuskan sebagai :
EF = p . A . L [J] [lit.1hal 109] Dimana : p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m2)
(27)
A = luas penampang aliran (m2)
L = panjang pipa (m)
Basarnya energi tekanan,dapat juga dirumuskan sebagai berikut :
γ
pW
Ef= [J] [lit.1hal 110] Dimana : γ = berat jenis fluida (N/m3)
Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam
energi diatas, dirumuskan sebagai :
γ
pW g
Wv Wz
E= + ⋅ +
2 2 1
[lit.1hal 110]
Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H)
dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan dengan W
( berat fluida), dirumuskan sebagai :
γ
p g v z
H= + +
2 2
[m] [lit.1hal 110]
Dimana : z = Head ketinggian
g v
2 2
= Head kecepatan
γ
p
= Head tekanan
2.3 Persamaan Bernoulli
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
(28)
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 :
2 2 2 2 1 2 1 1 2
2 g z
v p z g v p + + = + + γ
γ [lit.1hal 115]
Dimana : p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2
v1dan 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 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, dirumuskan sebagai :
hl z g v p z g v p + + + = + + 2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 γ
γ [lit.1hal 180]
Persamaan di atas digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan
tipe aliran, biasanya untuk fluia inkompressibel 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
(29)
Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli
2.4 Aliran Laminar dan Turbulen
Aliran fluida yang mengalir di dalam pipa dapat diklasifikasikan ke dalam
dua tipe aliran yaitu “laminar” dan “turbulen”. Aliran dikatakan laminar jika
partikel-partikel 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 tipe aliran yang
mengalir dalam pipa tersebut. Untuk itu harus dihitung besarnya bilangan
Reynold dengan mengetahui parameter-parameter yang diketahui besarnya.
Besarnya Reynold (Re), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
μ ρdv =
Re [lit.1hal 131] hL
Arah aliran
(30)
Dimana : ρ = massa jenis fluida (kg/m3) d = diameter dalam pipa (m)
v = kecepatan aliran rata-rata 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 :
ρ μ
υ = sehingga
υ
dv
=
Re
[lit.1hal 131]
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, yaitu :
g v d L f hf
2 2
=
[lit.1hal 131]
Dimana : hf = kerugian head karena gesekan (m)
(31)
L = panjang pipa (m)
v = kecepatan aliran rata-rata fluida dalam pipa (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/ s2)
dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody
Sumber: Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill. New York. 1987, hal. 134.
Gambar 2.4 Diagram Moody
Dimana nilai kekasaran untuk beberapa jenis pipa disajikan dalam tabel 2.1 Tabel 2.1 Nilai kekerasan dinding untuk berbagai pipa komersil
Kekasaran Bahan
ft m
Riveted Steel 0,003 – 0,03 0,0009 – 0,009 Concrete 0,001 – 0,01 0,0003 – 0,003 Wood Stave 0,0006 – 0,003 0,0002 – 0,009
Cast Iron 0,00085 0,00026
(32)
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. 134.
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 :
L d C
Q hf 1,85 4,85
85 , 1 666 , 10 =
[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 dalam 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, dinyatakan
dengan rumus :
Re 64
=
f [lit.3hal 31]
(33)
menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa
didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain :
1. Untuk daerah complete roughness, rough pipes yaitu :
⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = d f ε 7 , 3 log 0 , 2 1 [lit.3hal 29]
Dimana : f = faktor gesekan
ε= kekasaran (m)
2. Untuk pipa sangat halus seperti glass dan plastik, hubungan antara
bilangan Reynold dan faktor gesekan, dirumuskan sebagai :
a. Blasius : 0,25 Re
316 , 0
=
f untuk Re = 3000 – 100.000 [lit.1hal 134]
b. Von Karman :
⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = 51 , 2 Re log 0 , 2 1 f f
= 2,0log
(
Re f)
−0,8[lit.1hal 134] Untuk Re sampai dengan 3.106.
3. Untuk pipa kasar, yaitu :
Von Karman : 1 =2,0log +1,74
ε
d
f [lit.2hal 80]
Dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold.
4. Untuk pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi,
yaitu :
Corelbrook – White :
⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + − = f d f Re 51 , 2 7 , 3 log 0 , 2 1 ε [lit.2hal 80]
(34)
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, dirumuskan sebagai :
g v k n hm
2 . .
2
∑ =
[lit.2hal 80]
Dimana : n = jumlah kelengkapan pipa
k = koefisien kerugian ( dari lampiran koefisien minor losses
peralatan pipa)
v = kecepatan aliran fluida dalam pipa.
Menurut Viktor L. Streeter
[lit.5hal 210] yaitu untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti
tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.
2.6 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa
Telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida dalam pipa
dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan Darcy
dan Diagram Moddy. Pengguanaan 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 :
54 , 0 63 , 0 8492 ,
0 CR s
(35)
Dimana : v = kecepatan aliran (m/s)
C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams
R = jari-jari hidrolik
= 4
d
untuk pipa bundar
s = slope dari gradien energi (head losses/ panjang pipa)
=
L hl
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, yaitu:
2 1 3 2 0 , 1
s R n v=
[lit.1hal 161]
Dimana : n = koefisien kekasaran pipa Manning
v = kecepatan aliran fluida (m/s)
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
(36)
2.7 Pipa Yang Dihubungkan Seri
Gambar 2.5 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, dirumuskan sebagai :
Q0 = Q1 = Q2 = Q3 Q0 = A1V1 = A2V2 = A3V3
∑hl = hl1 + hl2 + hl3 [lit.1hal 161] Persoalan aliran yang menyangkut pipa seri sering dapat diselesaikan
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.
(37)
Gambar 2.6 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,dirumuskan sebagai :
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 Q0 = A1V1 + A2V2 + A3V3
hl1 = hl2 = hl3 [lit.1hal 194] Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa persentase aliran yang melalui
setiap cabang adalah sama tanpa memperhitungkan kerugian head pada cabang
tersebut.
Rugi 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, dirumuskan sebagai :
... 2 2 2 2 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1
1 ⎟⎟ =
⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∑ + = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∑ + = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∑ + g v K d L f g v K d L f g v K d L
f L L L
(38)
2 2
2 2
1 1
1 1
1 2
kL d
L f
kL d
L f v
v
∑ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜
⎝ ⎛
∑ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜
⎝ ⎛
= [lit.5hal 106]
2.9 Sistem Jaringan Pipa
Gambar 2.7 Jaringan pipa
Jaringan pipa pengangkut air kompleks dapat dianalisis dengan cepat
menggunakan persamaan Hazen – Williams atau rumus geseskan 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
(39)
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 titk
pertemuan yang sama.
2. Head losses netto di seputar sebuah loop harus sama dengan nol. Jika
sebuah loop ditelusuri ke arah mana pun, sambil mengamati perubahan
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 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 suatu jaringan misalkan Q adalah laju
aliran sesungguhnya atau laju aliran setimbang dan Q0 adalah laju aliran yang
diandaikan sehingga Q = Q0 + ΔQ. Dari persamaan Hazen – Williams hl = NqX,
maka fungsi Q dapat dikembangkan dalam deret Taylor sebagai :
(
+Δ)
=( )
+Δ( )
+.... dQQ df Q Q f Q Q f
(40)
Jika hanya orde pertama yang digunakan, kemudian ΔQ dihitung dengan f(Q) = hl
∑ , maka :
0 1 0 0 85 ,
1 hl Q hl nQ nQ dQ dhl hl Q X X ∑ ∑ − = ∑ ∑ − = ∑ ∑ − = Δ −
Harga x adalah eksponen dalam persamaan Hazen – Williams apabila digunakan
untuk menghitung hl dan besarnya adalah 1,85 54 , 0
1 =
dan n menyatakan
suku-suku yang terdapat dalam persamaan yang menggunakan satuan British, yaitu :
87 , 4 85 , 1 73 , 4 d C L
n= .
Cara lain yang dapat digunakan ialah dengan persamaan Darcy –
Weisbach dengan x = 2 dan 82 5 d g
fL n
π
= . Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa faktor gesekan selalu berubah untuk setiap iterasi.
Prosedur pengerjaannya 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.
3. Hitung head losses pada setiap pipa.
4. Untuk tiap loop, anggap bahwa laju aliran Q0 dan head losses (hl) positif
untuk aliran yang searah jarum jam dan negatif untuk aliran yang
berlawanan arah jarum jam.
(41)
6. Hitung total head losses per satuan laju aliran 0 Q
hl
untuk tiap pipa.
Tentukan jumlah besaran 00,85 0 nxQ Q hl ∑ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛
∑ . Dari definisi tentang head losses dan arah aliran, setiap suku dalam penjumlahan ini harus bernilai
positif.
7. Tentukan koreksi aliran dari tiap loop, dirumuskan sebagai berikut :
0 /Q hl n hl Q ∑ ∑ − = Δ
[lit.4 hal 48]
Dimana : 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 ΔQbernilai 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 di koreksi pada diagram jaringan pipa seperti
pada langkah 1. untuk memeriksa koreksi pada langkah 7 perhatikan
kontinuitas pada setiap pertemuan pipa.
(42)
Prosedur di atas dapat digambarkan pada sebuah tabel berikut :
Tabel 2.3 Cara mencari head losses
1 2 3 4 5 6 7
No. pipa Panjang
Pipa (L)
Diameter
Pipa (d)
Laju
Aliran
(Qo)
Unit head
Losses (hf)
Head
Losses
(hl)
0 Q
hl
m m m3/s m s/m2
Diketahui Diketahui Diketahui Ditaksir Diagram pipa hf1x L
1
2
hl ∑
0 Q
hl ∑
2.10 Dasar Perencanaan Pompa
Dalam perancangan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat
ke tempat yang lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, yaitu:
2.10.1 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.
2.10.2 Head pompa
Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk
memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida
(43)
a. 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.
b. Head kecepatan
Head kecepatan atau head kinetik yaitu suatu ukuran energi kinetik yang
dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan
persamaan g v 2 2 .
c. Head tekanan
Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan
dinyatakan dengan
γ
p .
Head total dari pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut
di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (head mayor
dan head minor).
2.10.3 Sifat zat cair
Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum
perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan
temperatur kamar.
Persamaan Bernoulli
Untuk mencari head pompa dapat digunakan persamaan Bernoulli, yaitu :
L H Z g v P Hp Z g v
P + + + = + + +
2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 γ γ
(44)
atau :
(
Z Z)
HL gv v P P
Hp= − + − + 2 − 1 +
2 1 2 2 1 2
2
γ
dimana :
γ 1
2 P P −
adalah perbedaan head tekanan
g
v v
2 2 1 2 2 −
adalah perbedaan head kecepatan
Z2 – Z1 adalah perbedaan head statis HL adalah head losses total.
Gambar 2.8 Ilustrasi persamaan Bernoulli
P2
Z2 Z1
P1
Pompa
Z2
P2
1
(45)
BAB III
PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA
3.1 Jumlah Pemakaian Air
Dalam merencanakan suatu sistem jaringan pipa yang digunakan 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 250 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 diambil rata-rata setiap rumah berjumlah 5 orang yang
terdiri dari 1 ayah, 1 ibu dan 3 anak. Dari hasil survei diperoleh jumlah rumah
yang terdapat pada kompleks perumahan Telanai indah = 250 rumah sehingga
jumlah penduduk yang terdapat pada perumahan adalah 250 x 5 orang = 1250
orang.
Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata untuk rumah tangga
No Jenis gedung Pemakaian air rata-rata
sehari (liter)
Jangka waktu pemakaian air rata-rata sehari
(jam)
Perbandingan luas lantai efektif/total
(%)
Keterangan
1 Perumahan mewah
250 8-10 42-45 Setiap
penghuni
2 Rumah biasa 160-250 8-10 50-53 Setiap
(46)
3 Asrama 120 8 bujangan
4 SLTP 50 6 58-60 Guru : 100 liter
5 SLTA dan lebih tinggi
80 6 Guru/dosen :
100 liter
6 Penginapan 250-300 10 Untuk setiap
tamu 7 Gedung
peribadatan
10 3 Berdasarkan
jumlah jemaah
Sumber : “Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plumbing”, Sofyan Noerlambang. Pradnya Paramitha, Jakarta, 1996.
Dengan standard kebutuhan air penduduk rata-rata sebesar 240
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 perhari
= 1250 x 240 liter
= 300.000 liter
3.1.3 Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah 1. Mesjid
Jumlah rata-rata jemaah per hari = 250 orang
Jumlah gedung = 1 buah
Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 10 liter
Kebutuhan air rata-rata per hari = 250 x 1 x 10 liter
= 2500 liter
Sehingga total keperluan air bersih pada Perumahan Telanai indah menjadi:
(47)
Untuk mengatasi losses berupa kebocoran yang terjadi selama
pendistribusian air, maka kapasitas total tersebut harus ditambahkan sebesar
10%-20%.
Dalam perencanaan ini diambil faktor sebesar 10%, sehingga kapasitas
total air bersih yang didistribusikan pada kompleks perumahan Telanai Indah
adalah :
= 10% (302.500 liter ) + 302.500 liter
= 332.750 liter.
Jadi, total kapasitas air yang harus di distribusikan ke perumahan dalam 24
jam adalah sebesar 332.750 liter.
3.2 Estimasi Pemakaian pada saat beban puncak (Peak Hour) Persentase Pemakaian air selama 24 jam dapat dihitung sebagai berikut :
Tabel 3.2 Estimasi pemakaian air per hari
Estimasi Pemakaian Air (%) Fasilitas
04.00 - 06.00
06.00 - 11.00
11.00 - 16.00
16.00 - 20.00
20.00 - 04.00
Rumah 5 35 10 45 5
Mesjid 15 15 20 45 5
Tabel 3.3 Pemakaian pada Periode 1 (04.00 - 06.00) wib
Fasilitas Persentase Pemakaian
Air (%)
Kapasitas Pemakaian
Air
(liter/hari)
Total Pemakaian
Air
(liter/2jam)
Total Pemakaian
Air
(liter/jam)
Rumah 5 330.000 16.500 8.250
Mesjid 15 2.750 412,5 206,25
(48)
Tabel 3.4 Pemakaian pada Periode II (06.00 - 11.00) wib Fasilitas Persentase
Pemakaian Air (%)
Kapasitas Pemakaian Air (liter/hari) Total Pemakaian Air (liter/5jam) Total Pemakaian Air (liter/jam)
Rumah 35 330.000 115.500 23.100
Mesjid 15 2.750 412,5 82,5
115.912,5 23.182,5
Tabel 3.5 Pemakaian pada Periode III (11.00 - 16.00) wib
Fasilitas Persentase Pemakaian
Air (%)
Kapasitas Pemakaian Air (liter/hari) Total Pemakaian Air (liter/5jam) Total Pemakaian Air (liter/jam)
Rumah 10 330.000 33.000 6.600
Mesjid 20 2.750 550 15
33.550 6710
Tabel 3.6 Pemakaian pada Periode IV (16.00 - 20.00) wib
Fasilitas Persentase Pemakaian
Air (%)
Kapasitas Pemakaian Air (liter/hari) Total Pemakaian Air (liter/4jam) Total Pemakaian Air (liter/jam)
Rumah 45 330.000 148.500 37.125 Mesjid 45 2.750 1.237,5 309,375
(49)
Tabel 3.7 Pemakaian pada Periode V (20.00 - 04.00) wib
Fasilitas Persentase Pemakaian
Air (%)
Kapasitas Pemakaian
Air
(liter/hari)
Total Pemakaian
Air
(liter/8jam)
Total Pemakaian
Air
(liter/jam)
Rumah 5 330.000 16.500 2.062,5
Mesjid 5 2.750 137,5 17,875
16.637,5 2079,6875
Tabel 3.8 Total pemakaian selama 24 jam
Pemakaian Air Periode
liter/periode liter/jam liter/detik m3/detik I 16.912,5 8.456,25 2,348958 0,002348958
II 11.5912,5 2.318,.5 6,439583 0,006439583
III 33.550 6.710 1,838888 0,001838888
IV 149.737,5 36.434,375 10,1206597 0,010126597
V 16.637,5 2.079,6875 0,5776909 0,000577690
(50)
Gambar 3.1 Grafik Estimasi pemakaian air per hari
Dari grafik dapat dilihat bahwa kebutuhan air maksimal (beban puncak)
terjadi pada periode IV (16.00 - 20.00 WIB) sebesar 37406.25liter = 10.390625
m3/detik. besarnya kapasitas beban puncak dapat ditentukan dengan rumus :
Qh-max = (C1) (Qh) [lit.3hal 69] Dimana : Qh = pemakaian air (m3/dtk)
C1 = konstanta yang bernilai antara 1.5 – 2.0
Qh-max = pemakaian air jam puncak (m3/dtk)
Dari rumus diatas di peroleh kebutuhan air pada beban puncak sebesar:
Qh-max = (1,8) (0.0101206579) m3/dtk
Qh-max = 0,01821718 m3/dtk
Diperoleh kebutuhan beban puncak adalah 0,01821718m3/dtk. . 0001
0.002 0.006 0.010
(51)
Dari kebutuhan beban puncak sebesar 0,01821718 m3/dtk dapat ditaksir
kapasitas air yang mengalir pada tiap – tiap pipa seperti pada gambar 3.2 dengan
menggunakan metode Hardy-Cross. Adapun pendistribusian aliran dapat dilihat
(52)
54 PIPA PVC
NO JLH NAMA BAGIAN BAHAN NORMALISASI KETERANGAN
Skala : 1 : Satuan : mm Tanggal : 15 - 02 - 2009
Digambar : SATRIA BUDI SAGALA NIM : 040401053 Diperiksa : Ir. Tekad Sitepu
Peringatan:
JARINGAN PIPA DISTRIBUSI AIR BERSIH PERUMNAS PEMDATugas Sarjana A Lab. Gambar
Mesin F.T. USU
Universitas
Sumatera
(53)
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. .
Ukuran pipa yang digunakan pada perencanaan ini adalah pipa PVC
(54)
tekan digunakan pipa 4 inci.Pipa 6 inci digunakan sebagai pipa transmisi
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 perpanjangan 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.
yaitu : L
d C
Q hf 1,85 4,85
85 , 1 666 , 10 =
[lit.3hal 51]
Untuk pipa no.1 pada loop I, diperoleh :
Q = laju aliran (ditaksir) = 0,009351225 m3/s.
C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams
= 140 {diasumsikan sama dengan pipa Extremely smooth and straight pipes}untuk pipa PVC
d = diameter pipa dalam = 0,1016 m (4 in)
L = panjang pipa
(55)
Sehingga diperoleh : m x x s m x
hf 82,7
) 1016 , 0 ( ) 140 ( ) / 5 0,00935122 ( 666 , 10 85 , 4 85 , 1 85 , 1 3 =
= 1,091044531 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
s m Q x C C Q C C Q Q C C C C C C C C 3 140 140 120 120 120 140 120 140 008015335 , 0 5 0,00935122 140 120 = = = = = = = = = = = =
(56)
Gambar 3.3 Perhitungan Head Losses dengan diagram pipa
Pertama, kita menghitung jarak Q =
s m3
008015335 .
0 dari nilai Q = 0.001 m3/s
dengan Q = 0.01 m3/s, untuk memperoleh titik x:
(
)
(
)
mm x mm x x x 89 , 3 11325 , 31 35 88895 , 0 35 35 ) 2 ( 1 ) -1,88895 ( 1 0 35 35 ≈ − = = − − − − − − = − −Setelah diperoleh maka kira menarik garis lurus dari titik tersebut sampai berada
diantara garis miring diameter yaitu antara 160 mm – 140 mm untuk memperoleh
titik y :
y 5
Diameter (mm)
35 8
Unit head loss (m/m) 0,01
Log 0,01 = -2
0.008015335
Log 0.008015335 = -2,096078322
0,001 Log 0,001 = -3
35
x
Discgarge (m3/s)
76,2 Log 150 = 1,881954971 0,001
(57)
5 , 2 41379 , 2 5 41379 , 2 5 0 5 5 146 , 2 204 , 2 176 , 2 204 , 2 ≈ − = = − − − = − − y y y y
Kemudian tarik garis lurus verikal dari pertemuan antara garis lurus x dengan
garis miring y, dan menginterpolasikannya dari nilai h1 0,001-0,01 untuk
memperoleh nilai h1 pada pipa 2:
Sehingga head loss sepanjang pipa No. 2 Loop 1 adalah :
hl = hf x L
= 0,0112521763x 82,7 m = 0,93055498 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. 0112521763 , 0 ) 77143 , 2 log( 77143 , 0 log 2 ) 3 ( 2 log 2 0 35 8 35 = − = = − − − − − − − = − − hl inv hl hl hf
(58)
Gambar 3.4 Loop 1 Iterasi 1
Tabel 3.9 Hasil Perhitungan Loop 1 Iterasi 1
Pipa
Panjang
(L) Diameter(d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 1 82,7 0,1016 0,009351225 0,013192800 1,091044531 116,673968501 2 51,8 0,1016 -0,008865955 -0,011954253 -0,619230311 69,843610835 6 56,1 0,0762 -0,003546425 -0,008857192 -0,496888455 140,109675242 7 39,5 0,0508 0,001132535 0,007659867 0,302564746 267,157082395 0,277490512 593,784336972
Gambar 3.5 Loop 2 Iterasi 1
Tabel 3.10 Hasil Perhitungan Loop 2 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) Hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L
6 56,1 0,0762 0,003546425 0,008857192 0,496888455 140,109675242 8 60,5 0,0762 0,004635435 0,014536188 0,879439350 189,720997006 15 104,4 0,0762 -0,005319530 -0,018752045 -1,957713504 368,023773586 16 40,6 0,0508 0,001378510 0,011018794 0,447363035 324,526506849 -0,134022665 1022,380952683
(59)
Gambar 3.6 Loop 3 Iterasi 1 Tabel 3.11 Hasil Perhitungan Loop 3 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 3 136 0,1016 0,008218690 0,010389988 1,413038346 171,929875172 7 39,5 0,1016 -0,001132535 -0,000265599 -0,010491144 9,263416965 8 60,5 0,0762 -0,004635435 -0,014536188 -0,879439350 189,720997006 9 37,2 0,0762 -0,003244768 -0,007514029 -0,279521871 86,145410530 12 40 0,0508 0,001053125 0,006695971 0,267838841 254,327682724
0,511424822 711,387382397
Gambar 3.7 Loop 4 Iterasi 1
Tabel 3.12 Hasil Perhitungan Loop 4 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 9 37,5 0,0762 0,003244768 0,007514029 0,281776080 86,840131583 16 40 0,0762 -0,001378510 -0,001542025 -0,061681006 44,744692359 17 9,8 0,0508 0,000671870 0,002915435 0,028571267 42,524992593 18 120,4 0,0508 -0,006698040 -0,205224413 -24,709019306 3688,992497196
(60)
Gambar 3.8 Loop 5 Iterasi 1
Tabel 3.13 Hasil Perhitungan Loop 5 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 4 101,8 0,0762 0,006207950 0,024953835 2,540300359 409,201162815 10 101,8 0,0508 -0,003200713 -0,052351866 -5,329419962 1665,072738963 12 40 0,0508 -0,001053125 -0,006695971 -0,267838841 254,327682724 13 39,4 0,0508 -0,001066245 -0,006851114 -0,269933878 253,163089546 -3,326892322 2581,764674049
Gambar 3.9 Loop 6 Iterasi 1
Tabel 3.14 Hasil Perhitungan Loop 6 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 10 101,8 0,0508 0,003200713 0,052351866 5,329419962 1665,072738963 17 9,8 0,0508 -0,000671870 -0,002915435 -0,028571267 42,524992593 19 37,9 0,0508 -0,007369910 -0,244923665 -9,282606910 1259,527851795 20 73,4 0,0508 -0,003852813 -0,073775962 -5,415155601 1405,506989635 21 36 0,0508 -0,001217874 -0,008761734 -0,315422430 258,994305070
(61)
Gambar 3.10 Loop 7 Iterasi 1
Tabel 3.15 Hasil Perhitungan Loop 7 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 5 93,8 0,0508 0,006413838 0,189406110 17,766293072 2769,994045955 11 74,4 0,0508 -0,003260997 -0,054190598 -4,031780527 1236,364377905 13 39,4 0,0508 0,001066245 0,006851114 0,269933878 253,163089546 14 42,1 0,0508 0,005589470 0,146845747 6,182205957 1106,045109221 20,186652380 5365,566622626
Gambar 3.11 Loop 8 Iterasi 1 Tabel 3.16 Hasil Perhitungan Loop 8 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 11 74,4 0,0508 0,003260100 0,054163016 4,029728396 1236,075202307 21 36 0,0508 0,001217874 0,008761734 0,315422430 258,994305070 22 17,9 0,0508 -0,002634939 -0,036530133 -0,653889383 248,161108536 23 21,5 0,0508 -0,004437442 -0,095812282 -2,059964065 464,223321756 24 36,7 0,0508 0,008850467 0,343647473 12,611862265 1424,993987929
(62)
Gambar 3.12 Loop 9 Iterasi 1 Tabel 3.17 Hasil Perhitungan Loop 9 Iterasi
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 20 73,4 0,0508 0,003852813 0,073775962 5,415155601 1405,506989635 22 17,9 0,0508 0,002634939 0,036530133 0,653889383 248,161108536 25 81,2 0,0508 -0,003517097 -0,062325640 -5,060841995 1438,925908151 26 63,7 0,0508 -0,001802503 -0,018096571 -1,152751601 639,528256584
-0,144548611 3732,122262905
Gambar 3.13 Loop 10 Iterasi 1 Tabel 3.18 Hasil Perhitungan Loop 10 Iterasi 1
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q
no (m) (m) (m3/s) hf (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 23 21,5 0,0508 0,004437442 0,095812282 2,059964065 464,223321756 26 63,7 0,0508 0,001802503 0,018096571 1,152751601 639,528256584 27 38,7 0,0508 -0,001042715 -0,006574036 -0,254415211 243,993047676 28 82,5 0,0508 0,013287909 0,728820370 60,127680546 4524,991896432
(63)
Dari perhitungan iterasi I di atas, diperoleh koreksi kapasitas untuk tiap loop : ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Σ Σ − = Δ Q hl n hl Q
Untuk menghitung laju aliran tiap pipa dilakukan dengan menjumlahkan kapsitas tiap pipa dengan koreksi kapasitas tiap loop.
Loop 1
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
1 0,009351225 -0,000252608 0,009098617 2 -0,008865955 -0,000252608 -0,009118563 6 -0,003546425 -0,000323467 -0,003869892 7 0,001132535 0,000135993 0,001268528
Loop 2
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
6 0,003546425 0,000323467 0,003869892 8 0,004635435 0,000459460 0,005094895 15 -0,005319530 0,000070859 -0,005248671 16 0,001378510 -0,003351730 -0,001973220
Loop 3
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
3 0,008218690 -0,000388601 0,007830089 7 -0,001132535 -0,000135993 -0,001268528 8 -0,004635435 -0,000459460 -0,005094895 9 -0,003244768 -0,003811190 -0,007055958 12 0,001053125 -0,001085148 -0,000032023
Loop ∑hl ∑hl/Q ΔQ
1 0,277490512 593,784336972 -0,000252608 2 -0,134022665 1022,380952683 0,000070859 3 0,511424822 711,387382397 -0,000388601 4 -24,460352965 3863,102313731 0,003422589 5 -3,326892322 2581,764674049 0,000696547 6 -9,712336247 4631,626878057 0,001133492 7 20,186652380 5365,566622626 -0,002033654 8 14,243159643 3632,447925599 -0,002119509 9 -0,144548611 3732,122262905 0,000020936 10 63,085981001 5872,736522448 -0,005806583
(64)
Loop 4
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s 9 0,003244768 0,003811190 0,007055958 16 -0,001378510 0,003351730 0,001973220 17 0,000671870 0,002289097 0,002960967 18 -0,006698040 0,003422589 -0,003275451
Loop 5
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
4 0,006207950 0,000696547 0,006904497 10 -0,003200713 -0,000436945 -0,003637658 12 -0,001053125 0,001085148 0,000032023 13 -0,001066245 0,002730201 0,001663956
Loop 6
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
10 0,003200713 0,000436945 0,003637658 17 -0,000671870 -0,002289097 -0,002960967 19 -0,007369910 0,001133492 -0,006236418 20 -0,003852813 0,001112556 -0,002740257 21 -0,001217874 0,003253001 0,002035127
Loop7
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
5 0,006413838 -0,002033654 0,004380184 11 -0,003260997 0,000085855 -0,003175142 13 0,001066245 -0,002730201 -0,001663956 14 0,005589470 -0,002033654 0,003555816
Loop8
Pipa Laju aliran (Qo)
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no (m3/s) m3/s akhir
11 -0,003260997 -0,000085855 -0,003346852 21 0,001217874 -0,003253001 -0,002035127 22 -0,002634939 -0,002140444 -0,004775383 23 -0,004437442 0,003687074 -0,000750368 24 0,008850467 -0,002119509 0,006730958
(65)
Loop 9
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
20 0,003852813 -0,001112556 0,002740257 22 0,002634939 0,002140444 0,004775383 25 -0,003517097 0,000020936 -0,003496161 26 -0,001802503 0,005827518 0,004025015
Loop 10
Pipa Laju aliran (Qo) m3/s
Koreksi Kapasitas
(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s
no mula - mula m3/s akhir
23 0,004437442 -0,003687074 0,000750368 26 0,001802503 -0,005827518 -0,004025015 27 -0,001042715 -0,005806583 -0,006849298 28 0,013287909 -0,005806583 0,007481326
Dikarenakan nilai ΔQ iterasi pertama belum mendekati nol, maka diteruskan ke iterasi kedua. Untuk lebih lengkapnya, perhitungan iterasi kedua sampai iterasi keduapuluh, dapat dilihat pada lampiran.
Tabel 3.19 Head losses untuk tiap panjang pipa
Pipa Panjang (L) Diameter(d)
No. (m) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui
Kapasitas tiap pipa(Q) (m3/s) Head Losses (HL)
1 82,7 0,1016 0,009997524 0,014929139
2 51,8 0,1016 0,008219656 0,010392146
3 136 0,1016 0,009437066 0,013417859
4 101,8 0,0762 0,007283911 0,033540165
5 93,8 0,0508 0,002879348 0,043045767
6 56,1 0,0762 0,004520999 0,013879248
7 39,5 0,0508 0,000560458 0,002084566
8 60,5 0,0762 0,005037932 0,016956939
9 37,2 0,0762 0,006919540 0,013417859
10 101,8 0,0508 0,003276799 0,054677055
11 74,4 0,0508 0,002528170 0,033839163
12 40 0,0508 0,001195540 0,008466609
13 39,4 0,0508 0,003544206 0,063218281
14 42,1 0,0508 0,002054980 0,023063996
15 104,4 0,0762 0,003698657 0,009573180
16 40 0,0762 0,001893765 0,002774784
17 9,8 0,0508 0,004412971 0,094835681
18 120,4 0,0508 0,001804892 0,018140562
(66)
20 73,4 0,0508 0,001525972 0,013297518
21 36 0,0508 0,004201490 0,086601256
22 17,9 0,0508 0,005727462 0,153621912
23 21,5 0,0508 0,001786864 0,017806554
24 36,7 0,0508 0,004583149 0,101715500
25 81,2 0,0508 0,004691891 0,106222095
26 63,7 0,0508 0,003945287 0,077085737
27 38,7 0,0508 0,007955679 0,282148295
(67)
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 reservoar Booster Pump PDAM Tirta Mayang ke kompleks Perumahan Talanai Indah. Pompa direncanakan akan beroperasi pada kapasitas konstan. Instalasi pompa secara sederhana diperlihatkan pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Instalasi Pompa dan reservoar
4.2 Penentuan Kapasitas dan Jumlah Pompa.
Dalam menentukan jumlah pompa dan kapasitasnya, perlu diperhatikan beberapa hal berikut :
• Kapasitas total pompa harus dapat memenuhi kebutuhan maksimum (kebutuhan pada titik puncak ) dari konsumen.
• Pompa harus dapat bekerja secara efisien pada kebutuhan yang berfluktuasi dari waktu ke waktu.
(68)
• Sebaiknya pompa-pompa yang digunakan sama, agar penyediaan suku cadang lebih mudah.
• Pemilihan head pompa yang sesuai dengan yang dibutuhkan.
Kapasitas pompa yang direncanakan harus mampu memenuhi kebutuhan pada saat terjadinya beban puncak (peak hour) dimana pada perhitungan Bab III diperoleh besarnya kapasitas pada saat terjadinya beban puncak adalah 0,01821718m3/dtk.
Adapun jumlah pompa yang diperlukan untuk memenuhi jumlah air yang dibutuhkan dapat di tentukan berdasarkan tabel 4.1 berikut ini
Tabel 4.1 Penentuan jumlah pompa Debit yang
direncanakan (m3/jam)
Jumlah pompa utama
Jumlah pompa cadangan
Jumlah pompa keseluruhan
Sampai 125 2 1 3
120 - 450 Besar 1 Kecil 1
1 Besar 2
Kecil 1 Lebih dari 400 Besar : 3 - 5
atau lebih Kecil : 1
Besar : 1 Atau lebih
Kecil : 1
Besar : 4 - 6 Atau lebih
Kecil : 2 Sumber : Sularso, Haruo Tahara Pompa dan Kompressor, Pemilihan, Pemakaian dan pemeliharaan.PT.Pradnya Paramitha, Jakarta, 2000. hal. 16
Menurut tabel 4.1 diatas dan atas pertimbangan lahan yang tersedia, maka direncanakan penggunaan pompa sebanyak 3 unit dengan spesifikasi yang sama. ketiga pompa dihubungkan secara paralel, dimana 2 unit pompa beroperasi secara bergantian selama 12 jam per hari dan pada saat tejadi beban puncak (peak Hour) kedua pompa beroperasi secara bersamaan sedangkan 1 unit pompa yang lain digunakan sebagai cadangan.
(69)
Kapasitas pompa per unit yang direncanakan adalah : Qp = kapasitas total / jumlah pompa beroperasi
Qp =
2 0,01870245 3
dtk m
Qp =0,009351 m3/dtk = 0,0093 m3/dtk = 9.35l/dtk
Sehingga dipilih pompa dengan kapasitas 10 liter/dtk per unit atau Qp = 0,01 m3/dtk per unit.
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).
Gambar 4.2 instalasi pada pumping station. Keterangan gambar :
1. Reservoar 2. Pompa 3. Check Valve
(70)
L h Z g V P Hp Z g V
P + + + = + + +
2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 γ γ
4. Gate Valve 5. Pressure Gauge 6. Pipa Transmisi
4.4 Head Pompa
Head pompa adalah energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari satu tempat ke tempat yang lain yang mempunyai ketinggian tertentu.
Gambar 4.3 Instalasi pipa
Untuk keadaan seperti gambar 4.3 di atas, head yang diperlukan untuk memindahkan air dari titik 1 ke titik 2 dapat ditentukan dengan rumus :
Maka : Hp = Z Z hL
g V V P P + − + − + − 1 2 2 1 2 2 1 2 2 γ
Dimana : Hp = Head pompa
P1 = Tekanan pada titik 1
= 0 Pa
P2 = Tekanan pada pipa terjauh ( pipa no. 5 )
= besarnya tekanan standar adalah 1,0 kgf/cm2 (Tekanan Pengukuran )
= 98066.5 Pa
(71)
L d
C Q
hL = ×
85 , 4 85 , 1
85 , 1 666 , 10
V1 = Kecepatan pada titik 1 yang besarnya 0 m/s
V2 = Kecepatan air pada titik 2 untuk
perencanaan awal digunakan kecepatan sebesar 2 m/dtk γ = Berat jenis air (9810 N/ m3)
hL = Head losses di sepanjang pipa
Sebelum melakukan perhitungan head pompa, maka perlu dicari terlebih dahulu head losses yang terjadi sepanjang pipa. Karena kerugian head minor diabaikan, maka perhitungan head losses hanya berdasarkan kerugian gesekan saja.
Dengan menggunakan persamaan Hazen-William sebagai berikut :
Dimana : hL = Head Losses
Q = Laju aliran pada tiap-tiap pipa (m3/dtk) L = Panjang pipa (m)
C = 140 untuk pipa PVC {diasumsikan sama dengan pipa Extremely smooth and straight pipes}
d = Diameter dalam pipa (m)
Tabel 4.2 Perhitungan head losses untuk pipa terjauh
Pipa Panjang (L) Diameter(d) Head Losses
no (m) (m) (HL)
Ditentukan Diketahui Diketahui
Kapasitas tiap pipa(Q) (m3/s)
1 82.7 0.1016 0,009997567 1,234639795
3 136 0.1016 0,009437120 1,824828880
4 101.8 0.0762 0,007283979 3,414388829
5 93.8 0.0508 0,002879386 4,037692937
Total Head loses 10,511550441
Dari hasil perhitungan di atas didapat total head losses yang terjadi sepanjang pipa adalah, HL total = 10,511550441 m
(72)
2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 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
pompa radial bertingkat banyak
pompa radial bertingkat satu
Pompa saluran roda
Pompa aksial
1 2 3 4 5
1 2 3 4
Kapasitas V’
T ing g i ke na ik an H L h Z g V P Hp Z g V
P + + + = + + +
2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 γ γ
Hp = Z Z hL
g V V P P + − + − + − 1 2 2 1 2 2 1 2 2 γ
Hp =
(
0,8 2,0)
10,51155 8 , 9 2 0 2 9810 0 98060 2 + − + × − + −Hp = 19,51149 m ≈ 20 m
Maka didapat head pompa adalah sebesar 20 m.
4.5 Pemilihan Jenis Pompa
Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan kapasitas Q = 10 l/dtk = 36 m3/ jam dan head, Hp = 20 m, maka dari gambar 4.4 dapat dilihat jenis pompa yang cocok digunakan adalah pompa radial bertingkat satu. Pada perancangan ini dipilih pompa radial bertingkat satu.
(73)
4.6 Putaran Motor Penggerak Pompa
Penggerak pompa yang akan direncanakan di atas adalah motor listrik dimana pemilihan ini berdasarkan atas beberapa kriteria, antara lain :
Tersedianya sumber listrik pada tempat pengoperasian pompa.
Motor lisrik mudah untuk dikopel langsung dengan pompa sehingga tidak memerlukan transmisi yang rumit.
Dimensi dari motor listrik relatif kecil, konstruksinya sederhana serta ringan.
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 4.3 Harga putaran dan kutubnya Jumlah kutub Putaran (rpm)
2 4 6 8 10 12
3000 1500 1000 750 600 500
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 % lebih kecil dari harga-harga dalam tabel 4.4 di atas. Dalam perencanaan ini diambil faktor slip sebesar 2 %, sehingga putaran motor sebenarnya adalah :
n = 1.500 – (2% x 1500) = 1.470 rpm
Motor listrik dikopel langsung dengan pompa sehingga putaran pompa sama dengan putaran motor.
(74)
4.7 Putaran Spesifik dan Jenis Impeler
Jenis impeler pompa sentrifugal dapat ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut, putaran spesifik pompa sentrifugal dengan satu tingkat impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut :
ns = 51,64
4 3
2 1 . Hp
Q n
[lit.3hal 97]
Dimana : n = putaran pompa = 1470 rpm
Q = kapasitas pompa (m3/ s) = 0,01 m3/ s
Hp = head pompa (m) = 20 m
Maka :
ns =
( )
20 34 01 , 0 1470 64 ,51 × ×
ns = 802,658 ≈ 803
Dari tabel 4.5, diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 803 maka
jenis impeler yang sesuai adalah jenis radial flow.
(75)
4.8 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 4.6.
Gambar 4.6 Grafik Harga efisiensi pompa vs putaran spesifik
Sumber : Pump Handbook, Igor C. Karasik
Untuk putaran spesifik (ns) = 803 dan kapasitas (Q) = 0.01 m3/dtk dari
gambar 4.6, maka diperoleh efisiensi pompa sebesar 67 %.
Daya poros pompa, Np, merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller. Besar daya yang dibutuhkan pompa adalah :
Np = p
Hp Q
η γ. .
[lit.1hal 357] Dimana : Np = Daya pompa (kW)
Q = Kapasitas pompa (m3/ s) = 0,01 m3/ dtk
Hp = Head pompa (m) = 20 m
γ = Berat jenis air pada temperatur 25 oC (N/m3) = 9,777 x 103 (N/m3)
ηp = Efisiensi pompa (%) = 67 %
Maka :
Np =
68 , 0
20 01 , 0 10 . 777 ,
9 3× ×
(76)
Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa.Daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus :
Nm =
(
)
t
Np
η α
+
1
[lit.4hal 99] Dimana : Nm = Daya motor listrik (kW)
α = Faktor cadangan daya motor induksi (0,1 - 0,2) = 0,15 (direncanakan)
ηt = efisiensi transmisi
= 1,0 (untuk pengoperasian dengan kopel langsung) Maka :
Nm =
(
)
1 15 , 0 1 5 , 2875 +
= 2919,6325 Watt ≈ 2.92 kW
Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya 3 kW.
4.9 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.
4.9.1 Diameter pipa hisap (Suction pipe)
Biasanya digunakan kecepatan standar sebesar 0,9 - 1,5 m/dtk dan batas
maksimumnya berkisar antara 1,5 - 2,0 m/dtk. Batas kecepatan 2,0 m/dtk
sebaiknya diterapkan dalam penentuan pendahuluan ukuran pipa Bila kecepatan
(77)
Ds = Vs Qp . . 4 π = 2 01 , 0 4 × × π
= 0,0798 m = 3,14 inci ≈ 3 inci
Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 3 inci dengan jenis
pipa yang digunakan adalah PVC. Dengan demikian kecepatan aliran air
sebenarnya pada pipa hisap adalah :
. 2 . 4 S P D Q V π = 2 2 3 ) 0762 , 0 ( ) 01 , 0 ( 4 m x s m x π =
= 2,2 m/s
4.9.2 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.
Maka diameter pipa tekan sama dengan diameter pipa hisap, yaitu 3 inci dengan bahan PVC. Dengan demikian kedepatan aliran air sebenarnya adalah sama dengan kecepatan aliran air pada pipa hisap, yaitu V = 2,2 m/s.
4.9.3 Diameter pipa transmisi
Pada umumnya kecepatan aliran pada pipa tidak lebih dari 3 m/s.
Kapasitas aliran pada pipa transmisi ini adalah 2 kali kapasitas pompa, yaitu 0,018
m3/s. Bila kecepatan aliran pipa yang digunakan 2 m/s, maka diameter pipa
transmisi dapat dihitung :
(78)
Ds = Vs Qp . . 4
π = 2.2 ..
0,020 4
× ×
π = 0,1428 m ≈ 6 inci
Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 6 inci dengan jenis
pipa yang digunakan adalah PVC. Dengan demikian kecepatan aliran air
sebenarnya pada pipa hisap adalah :
V = 2 . . 4 Ds Qp π =
(
)
2 2 3 1524 , 0 / 020 , 0 4 m s m × × πV = 2 m/ s.
4.10 Bak Distribusi (Reservoar)
Reservoar merupakan elemen yang sangat penting dalam sebuah sistem penyaluran air. Ada beberapa fungsi reservoar dalam sebuah sistem penyaluran air, antara lain :
Sebagai water storage transit (tempat penyimpanan air sementara). menambah aliran air (flow).
Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban pemakaian peak-hour, average dan minimum demand.
Jadi jelaslah bahwa volume reservoar harus mempertimbangkan aspek-aspek di atas.
Dari hasil perhitungan sebelumnya diperoleh bahwa kebutuhan air per hari yang diperlukan untuk konsumsi adalah sebesar 332.750 liter perhari ≈ 333 m3
Berdasarkan kebutuhan pemakaian air perhari diatas maka dimensi reservoarnya adalah panjang 10 m, lebar 7.5 m, dan tinggi 4.5 m,dari reservoar ini air akan di distribusikan ke konsumen.
(1)
Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa.Daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus :
Nm =
(
)
t
Np η
α
+ 1
[lit.4hal 99] Dimana : Nm = Daya motor listrik (kW)
α = Faktor cadangan daya motor induksi (0,1 - 0,2) = 0,15 (direncanakan)
ηt = efisiensi transmisi
= 1,0 (untuk pengoperasian dengan kopel langsung) Maka :
Nm =
(
)
1 15 , 0 1 5 , 2875 +
= 2919,6325 Watt ≈ 2.92 kW
Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya 3 kW.
4.9 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.
4.9.1 Diameter pipa hisap (Suction pipe)
Biasanya digunakan kecepatan standar sebesar 0,9 - 1,5 m/dtk dan batas maksimumnya berkisar antara 1,5 - 2,0 m/dtk. Batas kecepatan 2,0 m/dtk sebaiknya diterapkan dalam penentuan pendahuluan ukuran pipa Bila kecepatan aliran pipa yang digunakan 2 m/s, maka diameter pipa hisap dapat dihitung :
(2)
Ds = Vs Qp . . 4 π = 2 01 , 0 4 × × π
= 0,0798 m = 3,14 inci ≈ 3 inci
Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 3 inci dengan jenis pipa yang digunakan adalah PVC. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa hisap adalah :
. 2 . 4 S P D Q V π = 2 2 3 ) 0762 , 0 ( ) 01 , 0 ( 4 m x s m x π =
= 2,2 m/s
4.9.2 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.
Maka diameter pipa tekan sama dengan diameter pipa hisap, yaitu 3 inci dengan bahan PVC. Dengan demikian kedepatan aliran air sebenarnya adalah sama dengan kecepatan aliran air pada pipa hisap, yaitu V = 2,2 m/s.
4.9.3 Diameter pipa transmisi
Pada umumnya kecepatan aliran pada pipa tidak lebih dari 3 m/s. Kapasitas aliran pada pipa transmisi ini adalah 2 kali kapasitas pompa, yaitu 0,018 m3/s. Bila kecepatan aliran pipa yang digunakan 2 m/s, maka diameter pipa
(3)
Ds = Vs Qp . . 4
π = 2.2 .. 0,020 4
× ×
π = 0,1428 m ≈ 6 inci
Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 6 inci dengan jenis pipa yang digunakan adalah PVC. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa hisap adalah :
V = 2
. . 4 Ds Qp π =
(
)
2 2 3 1524 , 0 / 020 , 0 4 m s m × × π V = 2 m/ s.4.10 Bak Distribusi (Reservoar)
Reservoar merupakan elemen yang sangat penting dalam sebuah sistem penyaluran air. Ada beberapa fungsi reservoar dalam sebuah sistem penyaluran air, antara lain :
Sebagai water storage transit (tempat penyimpanan air sementara). menambah aliran air (flow).
Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban
pemakaian peak-hour, average dan minimum demand.
Jadi jelaslah bahwa volume reservoar harus mempertimbangkan aspek-aspek di atas.
Dari hasil perhitungan sebelumnya diperoleh bahwa kebutuhan air per hari yang diperlukan untuk konsumsi adalah sebesar 332.750 liter perhari ≈ 333 m3
Berdasarkan kebutuhan pemakaian air perhari diatas maka dimensi reservoarnya adalah panjang 10 m, lebar 7.5 m, dan tinggi 4.5 m,dari reservoar ini air akan di distribusikan ke konsumen.
(4)
BAB V KESIMPULAN
Dari hasil perancangan diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Kapasitas air bersih pada saat kebutuhan beban puncak (peak hour) pada kompleks Perumahan Telanai Indah Kota Jambi adalah sebesar 0,01870245 m3/dtk atau 67,33 m3/jam.
2. Pompa yang digunakan untuk mensuplai air bersih dari reservoar booster pump ke komplek Perumahan Telanai Indah kota Jambi adalah pompa sentrifugal bertingkat satu dengan jumlah 3 unit, dimana 2 unit beroperasi secara bergantian selama 12 jam per hari dan beroperasi secara bersamaan pada saat beban puncak (peak hour) sedangkan 1 unit pompa yang lain digunakan untuk cadangan.
3. Volume reservoar yang digunakan sebesar 333 m3, dengan dimensi reservoar :
Panjang = 10 m. Lebar = 7.5 m. Tinggi = 4.5 m
4. Pipa yang digunakan terdiri dari pipa PVC. a. Pipa Hisap (Suction pipe)
• Diameter : 3 inci
• Bahan : PVC
b. Pipa Tekan (Discharge pipe)
(5)
• Diameter : 6 inchi
• Bahan : PVC
d. Pipa Dristribusi
• Diameter : 2 inchi,3inchi, dan 4inchi
• Bahan : PVC
5. Data spesifikasi pompa rancangan :
Jumlah Pompa = 2 unit + 1 unit cadangan Kapasitas pompa (Q) per unit = 0,01 m3/ dtk
Head pompa (Hp) per unit = 20 m Putaran pompa (n) per unit = 1.470 rpm
Jenis pompa = pompa sentrifugal bertingkat satu Putaran spesifik pompa (ns) = 803 rpm
Tipe impeler pompa = radial
Efisiensi pompa = 67 %
Daya pompa (Np) per unit = 2,87 kW
Penggerak pompa = motor listrik Frekuensi motor penggerak = 50 Hz
Daya motor penggerak pompa (Nm) = 3.0 kW
(6)
DAFTAR PUSTAKA
1. Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluid Mechanics. McGraw Hill. New York. 1987.
2. M. Orianto, W.A. Pratikto. Mekanika Fluida I. BPFE, Yogyakarta. 1989.
3. Sofyan M. Noerlambang. Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plumbing. PT. Pradnya Paramitha. Jakarta. 2000.
4. Sularso, Haruo Tahara. Pompa dan Kompressor : Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan. PT. Pradnya Paramitha. Jakarta. 2000.
5. Viktor L. Streeter, Arko Prijono. Mekanika Fluida Jilid I, Edisi delapan. PT. Erlangga. Jakarta. 1990.
6 .Mironer Alan.Engineering Fluid Mechanic,McGraw Hill New York 1979 7. Munson Bruce, R.Fundamental of Fluid Mechanics,Fifth Edition John Wiley &
Sons (Asia) Pte.Ltd 2006
8 Reuben M.Olson.Steven J Wright.Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kelima.PT Gramedia Pustaka Utama.Jakarta.2000