Perancangan Instalasi Pendistribusian Air Bersih Untuk Memenuhi Kebutuhan Pada Beban Puncak Pada Perumahan Mutiara Darusalam, Depok, Jawa Barat

PERANCANGAN ISTALASI PENDISTRIBUSIAN AIR

BERSIH UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN PADA

BEBAN PUNCAK PADA PERUMAHAN MUTIARA

DARUSALAM, DEPOK, JAWA BARAT

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MIRZA NURHADY NIM. 080401130

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

PERANCANGAN INSTALASI PENDISTRIBUSIAN AIR

BERSIH UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN PADA

BEBAN PUNCAK PADA PERUMAHAN MUTIARA

DARUSALAM, DEPOK, JAWA BARAT

MIRZA NURHDY NIM. 080401130

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-1017, pada Tanggal 21 September 2011

Pembanding I, Pembanding II,

Tulus B. Sitorus, ST, MT. Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc NIP.197209232000121003 NIP.194910121981031002

TUGAS SKRIPSI

SISTEM PERPIPAAN

PERANCANGAN INSTALASI PENDISTRIBUSIAN AIR

BERSIH UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN PADA

BEBAN PUNCAK PADA PERUMAHAN MUTIARA

DARUSALAM, DEPOK, JAWA BARAT

MIRZA NURHDY NIM. 080401130

Dosen Pembimbing,

Ir. A. Halim Nasution NIP. 19540321981021001

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 ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departement Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah Sistem Perpipaan, yaitu “PERANCANGAN INSTALASI PENDISTRIBUSIAN AIR BERSIH UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN PADA BEBAN PUNCAK PADA PERUMAHAN MUTIARA DARUSALAM, DEPOK, JAWA BARAT”.

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. Kepada Allah SWT yangg telah memberi kekuatan da kesehatan dalam mengerjakan sekripsi.

2. Kedua orang tua tercinta, Achmad Prijadno dan Ibunda Dwi Fatmayanti, abang Alm. Fandy Lazuardi atas doa, kasih sayang, pengorbanan dan tanggung jawab yang selalu menyertai penulis.

3. Dwi Endah Sari dan keluarganya yang selama ini telah bayak membatu saya selama di medan.

4. Bapak Ir. A. Halim Nasution, MSc, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan.

5. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT dan Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc sebagai dosen pembanding seminar tugas sarjana penulis yang banyak membimbing penulis untuk menyelesaikan tugas sarjana ini.

6. Bapak/Ibu Staff Pengajar, Pegawai, dan Lab (teristimewa kepada Kak Is,Bu Sonta, Bg Atin, Bg Lili), Departement Teknik Mesin Fakultas Teknik USU, 7. Sahabat-sahabat dan pasangan dan keluarganya (Anas, Panca, Fauzi, Rozi,

Ricky, Alfan, Alfatah, Yoki, Irza, Andre, Tika, desy) yang selalu menspor semangat saya.

8. Teman-teman stambuk 05-08, segenap penghuni kantin DW mipa dan Draco.Net, rekan-rekan yang menemani penulis selama mengikuti study dalam suka dan duka,

Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.

Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini berguna bagi kita semua. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita.

Medan, Oktober 2011 Penulis,

Mirza Nurhady 080401130

ABSTRAK

Dalam skripsi ini terdiri dari 152 kepala keluarga dan fasilitas penunjang

lainnya. Dapat diperoleh dengan faktor korelatifnya sebesar 10% dari kapasitas air

bersih yang masuk ke perumahan Mutiara Darusalam sebesar 10702,0833 liter/jam.

Pemilihan jenis pipa yang dipakai adalah pipa PVC dikarenakan alternative

pipa yang efisien dari segi harga dan kualitasnya adapun ukuran pipa yg dipakai

dengan diameter ½ inci, 1 inci, 2 inci, 2½ inci, 3 inci dan 4 inci.

Untuk menanggulangi pada beban puncak pemakaian air bersih 1,5 lebih

besar dari pada kapasitas normal didapatkan sebesar 16,053125 m3/jam, sehingga

dapat direncanakan air bersih di alirkan dari reservior (tangki bawah penyimpanan

air) dengan menggunakan pompa berkapasitas 5,351041 m3/jam.

Dari jumlah kebutuhan air bersih perhari, kapasitas pengaliran pipa dinas ke

tangki bawah dan pemakaian air perhari dapat diperoleh Volume tangki reservoir

sebesar ± 111,303 m3.

Dalam keadaan tertentu dapat terjadi bahwa kebutuhan beban puncah dapat

diberikan dalam waktu 10 – 15 menit oleh pompa angkat sehingga diperoleh

kapasitas efisiensi pompa tangki atas 5351,04167 liter., dengan menggunakan 3

pompa ( 2 pompa utama dan 1 pompa cadangan). Pompa dihubungkan secara paralel

dengan head pompa sebesar 17,951 ≈ 18 m dan daya yang diterima 261,90 Watt, maka pompa yang cocok digunakan dalam perancangan ini ada lah pompa betingkat

satu dengan 2 kutup. Dengan putaran sebesar 2940 rpm impeler yang sesuai adalah

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ...iii

DAFTAR GAMBAR ... iv

DAFTAR GRAFIK ... vi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Penulisan ... 3

1.3. Batasan Masalah ... 3

1.4. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ... 5

2.2. Energi dan Head ... 7

2.3. Persamaan Bernoulli ... 8

2.4. Aliran Laminer dan Turbulen ... 9

2.5. Kerugian Head ... 10

2.6. Persamaan Empiris untuk Aliran di dalam Pipa ... 13

2.7. Sistem Perpipaan Ganda ... 14

2.8. Sistem Jaringan Pipa ... 17

2.9. Dasar Perencanaan Pompa ... 18

2.10 Metode Penelitian ... 21

BAB III PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA ... 24

3.1. Jumlah Pemakaian Air ... 24

3.2. Kapasitas Aliran Fluida Keluar Jaringan Pipa ... 26

3.3. Pemilihan Jenis Pipa ... 29

3.4. Analisa Kapasitas Aliran Fluida ... 29

3.5. Perencanaan kapasitas dalam menanggulangi titik beban puncak (peak hours) ... 35

BAB IV TANGKI DAN PEMILIHAN POMPA ... 41

4.1. Tanki Bawah ... 41

4.2. Tangki Atas... 42

4.3. Tinggi Tanki atas ... 43

4.4. Instalasi Pompa dan Perpipaan ... 44

4.5. Penentuan Ukuran pipa ... 45

4.6. Head pompa ... 46

4.7. Pemilihan jenis Pompa ... 47

4.8. Putaran Motor Penggerak Pompa ... 48

4.9. Putaran Spesifik dan Jenis Impeler ... 49

4.10. Daya Motor Penggerak ... 50

4.11. Pompa Angkat ke Tangki Atas ... 52

4.12. Spesifikasi Pompa ... 54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 55

DAFTAR TABEL

Hal. Tabel 2.1. Nilai kekerasan dinding untuk berbagai

pipa komersil ... 11

Tabel 2.2. Kondisi pipa dan harga C (Hazzen – Williams) ... 14

Tabel 3.1. Pemakaian air rata rata pada rumah tangga ... 25

Tabel 3.2. Hasil perhitungan loop I Iterasi I ... 31

Tabel 3.3. Hasil perhitungan loop II Iterasi I ... 32

Tabel 3.4. Hasil perhitungan loop III Iterasi I ... 33

Tabel 3.5. Hasil perhitungan loop IV Iterasi I ... 34

Tabel 3.6. Hasil perhitungan loop V Iterasi I... 35

Tabel 3.7. Hasil perhitungan loop I Iterasi I (pada beban puncak) ... 36

Tabel 3.8. Hasil perhitungan loop II Iterasi I ... 37

Tabel 3.9. Hasil perhitungan loop III Iterasi I ... 38

Tabel 3.10. Hasil perhitungan loop IV Iterasi I ... 39

Tabel 3.11. Hasil perhitungan loop V Iterasi I ... 40

Tabel 4.1. Nilai head losses masing masing pipa ... 46

Tabel 4.2. Harga putaran dan kutubnya ... 49

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1. Kecepatan aliran melalui saluran tertutup ... 5

Gambar 2.2. Kecepatan aliran melalui saluran terbuka ... 6

Gambar 2.3. Koefisien kerugian gesekan pada ellbow 90 ... 12

Gambar 2.4. Pipa yang dihubungkan secara seri ... 15

Gambar 2.5. Pipa yang dihubungkan secara paralel ... 16

Gambar 2.6. Sistem jaringan pipa ... 17

Gambar 2.7. Kerapatan air sebagai fungsi temperature ... 19

Gambar 3.1. Instalasi distribusi pipa air bersih ... 28

Gambar 3.2. Loop I Ilterasi I ... 31

Gambar 3.3. Loop II Ilterasi I ... 32

Gambar 3.4. Loop III Ilterasi I ... 32

Gambar 3.5. Loop IV Ilterasi I ... 33

Gambar 3.6. Loop V Ilterasi I ... 34

Gambar 3.7. Analisa kapasitas pada jam beban puncak (Loop I Ilterasi I) ... 36

Gambar 3.8. Loop II Ilterasi I ... 37

Gambar 3.9. Loop III Ilterasi I ... 37

Gambar 3.10. Loop IV Ilterasi I ... 38

Gambar 3.11. Loop V Ilterasi I ... 39

Gambar 4.1. Penyediaan air panas ke pancuran mandi dengan pemanas air gas ... 43

Gambar 4.2. Instalasi pipa ... 44

Gambar 4.3. Instalasi pompa dan perpipaan ... 44

Gambar 4.4. Penentuan Head pompapada titik 1 ke titik 2 ... 46

Gambar 4.5. Pemilihan berdasarkan kapasitas dan head pompa ... 48

Gambar 4.6. Grafik effisiensi pompa vs putaran spesifik ... 50

Gambar 4.9. Koefisien gesekan pada gate valve... 53 Gambar 4.10. Koefisien gesekan pada check valve ... 53

DAFTAR GRAFIK

Hal. Grafik 4.1. Perhitungan head loss manual secara global ... 33 Grafik 4.2. Perhitungan head loss dengan menggunakan

program pada jam normal ... 50 Grafik 4.3. Perhitungan head loss manual secara global

pada jam beban puncak ... 57 Grafik 4.4. Perhitungan head loss dengan menggunakan

program pada jam beban puncak ... 73 Grafik 4.5. Perbandingan head friction loss pada kondisi jam normal dan jam beban

ABSTRAK

Dalam skripsi ini terdiri dari 152 kepala keluarga dan fasilitas penunjang

lainnya. Dapat diperoleh dengan faktor korelatifnya sebesar 10% dari kapasitas air

bersih yang masuk ke perumahan Mutiara Darusalam sebesar 10702,0833 liter/jam.

Pemilihan jenis pipa yang dipakai adalah pipa PVC dikarenakan alternative

pipa yang efisien dari segi harga dan kualitasnya adapun ukuran pipa yg dipakai

dengan diameter ½ inci, 1 inci, 2 inci, 2½ inci, 3 inci dan 4 inci.

Untuk menanggulangi pada beban puncak pemakaian air bersih 1,5 lebih

besar dari pada kapasitas normal didapatkan sebesar 16,053125 m3/jam, sehingga

dapat direncanakan air bersih di alirkan dari reservior (tangki bawah penyimpanan

air) dengan menggunakan pompa berkapasitas 5,351041 m3/jam.

Dari jumlah kebutuhan air bersih perhari, kapasitas pengaliran pipa dinas ke

tangki bawah dan pemakaian air perhari dapat diperoleh Volume tangki reservoir

sebesar ± 111,303 m3.

Dalam keadaan tertentu dapat terjadi bahwa kebutuhan beban puncah dapat

diberikan dalam waktu 10 – 15 menit oleh pompa angkat sehingga diperoleh

kapasitas efisiensi pompa tangki atas 5351,04167 liter., dengan menggunakan 3

pompa ( 2 pompa utama dan 1 pompa cadangan). Pompa dihubungkan secara paralel

dengan head pompa sebesar 17,951 ≈ 18 m dan daya yang diterima 261,90 Watt, maka pompa yang cocok digunakan dalam perancangan ini ada lah pompa betingkat

satu dengan 2 kutup. Dengan putaran sebesar 2940 rpm impeler yang sesuai adalah

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Tidak semua daerah memiliki sumber air yang layak untuk memenuhi kebutuhan domestic sehari-hari. Hal ini disebabkan oleh kater batasan sumber air dan sebagian lagi diakibatkan oleh tingginya pencemaran sehingga air tidak dapat di konsumsi.

Saya akan merancang suatu instalasi pendistribusian air minum untuk memenuhi kebutuhan air bersih pada titik pundah di perumahan Mutiara Darusalam, Depok, Jawa Barat.

Pada dasarnya fungsi perpipaan adalah mendistribusikan air bersih ke tempat-tempat yang di kehendaki dengan tekanan yang cukup, dan membuang air kotor dari tempat-tempat tertentu yang dapat mencermarkan bagian penting laennya

Umumnya bagian perpipaan dan detailnya merupakan standart dari unit, seperti ukuran diameter, jenis katup yang dipasang, baut dan gasket pipa, penyangga pipa, dan laen-laen. Sehingga dengan demikian akan terdapat keseragaman ukuran antara satu dngan yang lainnya. Sedangkan di pasaran telah terdapat berbagai jenis pipa dengan ukuran dan bahan-bahan tertentu sesuai dengan kebutuhan seperti dari bahan Cast iron, PVC I(Poliyvinil Chloride), Steel, dan lain-lain.

Pemasangan pipa dapat dilakukan pada benkel-bengkel di lapangan atau pada suatu tempat khusus dan kemudian dibawa ke lapangan untuk dipasang, dengan demikian dapat menguntungkan dari segi waktu, ongkos kerja dan memudahkan pemasangan di lapangan, namun pemasangan dengan cara ini memerlukan perhitungan teknis dan ekonomis yang lebih cermat sehinga tidak terjadi kesalahan dalam pemasangan dilapangan.

Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perpipaan tentu bukanlah suatu hal yang mudah, selain harus memiliki dasar ilmu kesejanaan teknik seperti peralatan mekanik, korosi, mekanika fluida, pemilihan material, seni merancang jalur pipa dan byak ilmu disiplin lainnya yang harus di kuasai serta yang terpenting dari semuanya adalah pengalaman di lapangan.

Perpindahan fluida (cairan atau gas) didalam sebuah saluran tertutup (biasanya disebut sebuah pipa jika penampangnya bundar atau saluran duct jika bukan) sangat penting dalam kehidupan kita sehari hari. Perpipaan yang dimaksud adalah suatu sistem perpipaan yang digunakan sebagai sarana untuk menghantarkan fluida baik berupa gas maupun cairan dari suatu tempat ke tempat lain. Adapun sistem pengaliran fluida dilakukan dengan metode gravitasi maupun dengan sistem aliran bertekanan.

Terdapat banyak variasi penerapan dari aliran pipa pada keadaan di sekeliling kita. Penerapan penerapan tersebut mencakup mulai dari jalur pipa besar Alaska buatan manusia yang menyalurkan minyak mentah hampir sejauh 800 mil melintasi Alaska. Termasuk air pada pipa pipa rumah dan sistem distribusi yang mengirimkan air dari sumur kota ke rumah rumah. Banyak selang selang dan pipa pipa menyalurkan fluida hidrolik atau fluida lainnya ke berbagai komponen kendaraan kendaraan dan mesin mesin (Munson, Young dan okiishi, 2002 : 3).

Fungsi dari peralatan plambing adalah pertama, untuk menyediakan air bersih ke tempat tempat yang dikehendaki dengan tekanan yang cukup, dan kedua, membuang air kotor dari tempat tempat tertentu tanpa mencemarkan bagian penting lainnya. Pada masa lalu, tujuan utama sistem penyediaan air adalah untuk menyediakan air yang cukup berlebihan. Tetapi pada masa kini ada pembatasan dalam jumlah air yang dapat diperoleh karena pertimbangan penghematan energi dan adanya keterbatasan sumber air. Tahun tahun akhir ini, bahan dalam air buangan menjadi makin beraneka ragam jenisnya dan rumit kualitasnya, sebagai akibat perubahan kemajuan teknologi dan industri dan sebagainya. Walaupun demikian, kebutuhan akan penyediaan air minum yang murni dan sistem pembuangan air yang lengkap tidak berubah , dan tentu saja tentu tidak diharapkan akan berubah banyak dalam masa dekat ini (Noerbambang dan Morimura, 1993: 3).

1.2. Tujuan Penulisan

Adapun penulisan tujuan khusus dari perancangan ini adalah untuk memenuhi gelar Strata 1 pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Sumatra Utara. Sedangkan tujuan umum dari perancangan ini adalah :

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

b. Untuk merancang suatu sistem pendistribusian air bersih melalui jaringan pipa pada komplek perumahan Mutiara Darusalam, Depok, Jawa Barat.

c. Untuk memperoleh besar kebutuhan total air bersih yang dibutuhkan oleh komplek perumahan Mutiara Darusalam, Depok, Jawa Barat. d. Untuk memperoleh besar kapasitas pompa dan spesifikasi pompa yang

akan digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada komplek perumahan Mutiara Darusalam, serta volume tangki distribusinya.

1.3. Batasan Masalah

Pada perencanaan ini akan dibahas mengenai perancangan dan analisa pendistribusian air bersih ke konsumen pada suatu jaringan perpipaan di Komplek perumahan Mutiara Darusalam, Depok, Jawa Barat.

Adapun permasalahan yang akan dibahas adalah mengenai analisa distribusi aliran pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida, kecepatan aliran fluida, kerugian head yang terjadi pada tiap pipa, ukuran pipa yang digunakan dan juga menentukan spesifikasi pompa yang nantinya sesuai untuk digunakan dalam pendistribusian air bersih agar setiap masyarakat dapat memperoleh air bersih secukupnya.

Sistematika penulisan skripsi ini terdiri dari 5 bab. Bab 1 memuat latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan. Pada bab 2 memuat pembahasan materi mengenai kecepatan dan kapasitas aliran fluida, aliran laminar dan turbulen, energi dan head, persamaan Bernoulli, kerugian head, persamaan empiris untuk aliran di dalam pipa, sistem perpipaan ganda, sistem jaringan pipa dan dasar perencanaan pompa.

Pada bab 3 meliputi metode penulisan dan meliputi jumlah pemakaian air, kapasitas aliran fluida keluar jaringan pipa, pemilihan jenis pipa, dan analisa kapasitas aliran fluida. Pada bab 4 meliputi instalasi pompa, penentuan kapasitas pompa, instalasi pompa dan perpipaan, penentuan ukuran pipa, tangki distribusi air bersih dan tangki atas (elevated storage), head pompa, pemilihan jenis pompa, putaran motor penggerak pompa, putaran spesifik dan jenis impeler, daya motor penggerak, dan spesifikasi pompa. Sedangkan kesimpulan dari hasil perancangan ini dimuat pada bab 5.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida

Setiap fluida yang mengalir dalam sebuah pipa harus memasuki pipa pada suatu lokasi. Daerah aliran di dekat lokasi fluida memasuki pipa tersebut sebagai daerah masuk (entrance region). Penentuan kecepatan disejumlah 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. Kecepatan Aliran Melalui Saluran Tertutup

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).

Prinsip kerja setiap pengukuran aliran tersebut didasari oleh prinsip fisika yang sama yakni bahwa peningkatan kecepatan menyebabkan penurunan tekanan (Munson, Young dan Okiishi, 2002 : 149).

Q = A . v (2.1)

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

Laju aliran massa ( .

m ) menurut (Munson, Young dan Okiishi, 2002 : 240) dinyatakan sebagai:

m .Q .

ρ

= atau m .A.v .

ρ

= (2.2)

dimana: .

m = laju aliran massa fluida (kg/s) ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Laju aliran berat fluida (G) dirumuskan sebagai:

W = γ . A . v (2.3)

dimana: G = laju aliran berat fluida (N/s)

γ = berat jenis fluida (N/m3)

2.2. Energi dan Head

Persamaan Bernoulli diperoleh dengan pengintegralan persamaan gerak sepanjang arah koordinat alamiah dari garis arus. Untuk menghasilkan sebuah percepatan, harus terdapat terdapat ketidakseimbangan dari gaya gaya resultan, dimana hanya gaya dan gravitasilah yang dianggap penting.

Energi biasanya didefinisikan 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.

Perubahan energi kinetik dari elemen fluida (Halliday dan Resnick, 1977 : 586). 12 2 2 . 2 1 2 1 v m mv

K = −

∆ (2.4)

Energi kinetik dapat dirumuskan sebagai :

2 . 2 1 v m

Ek = (2.5)

Dimana: m = massa fluida (kg)

v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu aliran fluida karena adanya perbedaan ketinggian yang dimiliki fluida dengan tempat jatuhnya. Energi potensial dari partikel dan disebut sebagai head ketinggian (z).

Suku tekanan ,

γ

p

disebut head tekanan menunjukkan ketinggian kolom

fluida yang diperlukan untuk menghasilkan fluida yag diperlukan untuk menghasilkan tekanan p.

Menurut (Munson, Young dan Okiishi, 2002 : 129), dirumuskan sebagai:

z g V p + + 2 2

γ = konstan pada sebuah garis arus (2.6)

Dengan: z = Potensial energi (m)

g v

2 2

= kinetic energi (m)

γ

p

2.3. Persamaan Bernoulli

Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus didasarkan pada hukum Newton II. Persamaan ini diturunkan dengan anggapan bahwa:

a. Aliran inviscid, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi akibat gesekan adalah nol).

b. Zat cair adalah tidak termampatkan (rapat massa zat cair adalah konstan). c. Aliran adalah kontiniu dan sepanjang garis arus.

d. Aliran tunak

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 (Munson, Young & Okiishi, 2002 : 374) 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 (2.7)

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 = 9,806 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 (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 55) dirumuskan sebagai:

z hl g v p z g v p + + + = + + 2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 γ γ (2.8)

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

2.4. Aliran Laminar dan Turbulen

Aliran fluida dapat dibedakan menjadi dua tipe yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran dikatakan laminar jika partikel-partikel fluida yang bergerak teratur mengikuti lintasan yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama. Aliran ini terjadi apabila kecepatan kecil dan kekentalan besar. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-rata saja yang mengikuti sumbu pipa. Aliran ini terjadi apabila kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil.

Pengaruh kekentalan sangat besar sehingga dapat meredam gangguan yang dapat menyebabkan aliran menjadi turbulen. Dengan berkurangnya kekentalan dan bertambahnya kecepatan aliran maka daya redam terhadap gangguan akan berkurang, yang sampai pada batas tertentu akan menyebabkan terjadinya perubahan aliran dari laminar menjadi turbulen.

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. Selanjutnya, untuk aliran yang laminer dan yang turbulen, terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan menentukan aliran laminer

atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds (Sularso dan Tahara, 1983) :

ν

D v.

Re= (2.9)

dimana: Re : Bilangan reynolds D = diameter dalam pipa (m)

ν = viskositas kinematik zat cair (m /2 s) Pada Re < 2300, aliran bersifat laminer Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen

Pada Re = 2300 – 4000 terdapat daerah transisi, dimana aliran dapat bersifat laminer atau turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran.

2.5. Kerugian Head

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 (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 43), yaitu:

g v D

L f hL

2 2

= (2.10) Dimana:h_L= kerugian head karena gesekan (m)

f = faktor gesekan (diperoleh dari diagram Moody) D = diameter pipa (m)

L = panjang pipa (m)

v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan gravitasi

Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy – Weisbach. Untuk aliran laminar dimana bilangan Reynold kurang dari 2300, faktor gesekan dihubungkan dengan bilangan Reynold, (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 21) dinyatakan dengan rumus:

Re 64

=

f (2.11)

Tabel 2.1 Nilai kekerasan dinding untuk berbagai pipa komersil

Bahan Kekasaran

ft Milimeter

Paku baja 0,003 – 0,03 0,9 – 9,0

Beton 0,001 – 0,01 0,3 – 3,0

Kayu diamplas 0,0006 – 0,003 0,18 – 0,9

Besi tuang 0,00085 0,26

Besi galvanisir 0,0005 0,15

Besi komersial atau besi tempa 0,00015 0,045

Pipa saluran 0,000005 0,0015

Plastik, gelas 0,0 “halus” 0,0 “halus”

Sumber: Munson, Young & Okiishi. Mekanika Fluida, 2003, hal. 44

Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relative menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain:

a. Untuk pipa halus, hubungan antara bilangan Reynold dan faktor gesekan (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 48) dirumuskan sebagai:

Blasius : _0,25 Re

316 , 0 =

f (2.12)

untuk Re = 3000 < Re < 100000

b. Persamaan dari colebrook berlaku untuk seluruh kisaraan non laminar dalam diagram Moody. Untuk Pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi, (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 46), yaitu:

Corelbrook – White :

        + − = f d f Re 51 , 2 7 , 3 / log 2 1 ε (2.13)

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 (Sularso & Tahara, 1983 : 31), yaitu:

L d C

Q hf _{1,85 4,85}

85 , 1 666 , 10

= (2.14)

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)

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).

Gambar 2.3. koefisien gesekan pada ellbow 90º.

Sumber : Jacques Chaurette. (2005), Tutorial Centrifugal Pump Systems, Fluide Design Inc, Canada. Hal.66.

Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 50), dirumuskan sebagai:

g V K

h_{L L}

2 2

= (2.15)

dimana: g = gravitasi

L

K = koefisien kerugian (dari lampiran koefisien minor losses peralatan pipa)

Menurut Munson, Young & Okiishi, (2003) tahanan aliran atau kerugian head melalui katup katup merupakan bagian yang penting dari tahanan sistem. Kerugian kerugian minor (minor losses), untuk membedakan bahwa yang disebut kerugian mayor (major losses).

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 (Sularso & Tahara, 1983 : 31), yaitu:

0,63 0,54 . . . 8492 ,

0 CR s

v= (2.16)

dimana: v = kecepatan aliran (m/s)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams R = jari-jari hidrolik

= 4

d

untuk pipa bundar

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

=

l hl

Tabel 2.2 Kondisi pipa dan harga C (Hazen – Williams)

Pipa besi cor baru 130

Pipa besi cor tua 100

Pipa baja baru 120-130

Pipa dengan lapisan semen 130-140 Pipa dengan lapisan ter arang batu 140

Sumber: Sularso & Tahara, Pompa & Kompressor, Bandung, 1983. hal. 30.

2. Persamaan Manning dengan satuan internasional, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 230) yaitu:

n s R v

2 / 1 3 / 2

= (2.17)

dimana: n = koefisien kekasaran pipa Manning

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

2.7. Sistem Perpipaan Ganda

Analisa suatu sistem perpipaan yang terdiri dari berbagai pipa atau jalur harus mengikuti beberapa aturan dasar. Suatu sistem perpipaan ganda membentuk suatu rangkaian. Berbagai kemungkinan membangun sistem perpipaan ganda yang sederhana terdiri dari:

a. Sistem perpipaan susunan seri b. Sistem perpipaan susunan paralel

A. Sistem Perpipaan Susunan Seri

Bila dua pipa atau lebih yang ukuran atau kekasarannya berlainan

dihubungkan sedemikian rupa sehingga fluida mengalir melalui sebuah pipa dan

kemudian melalui pipa yang lain, dikatakan bahwa pipa-pipa itu dihubungkan

Gambar 2.4. Pipa Yang Dihubungkan Secara Seri

Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka pipa akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 82) dirumuskan sebagai:

Q0 = Q1 = Q2 = Q3

Q0 = A1V1 = A2V2 = A3V3 (2.18)

Σhl = 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 system yang digantikannya untuk laju aliran yang spesifik.

B. Sistem Perpipaan Susunan Paralel

Kombinasi dua atau lebih pipa yang dihubungkan seperti Gambar 2.4, sedemikian rupa sehingga alirannya terbagi antara pipa-pipa itu kemudian berkumpul lagi adalah sistem pipa paralel.

Dalam analisa sistem pipa paralel, diasumsikan bahwa kerugian-kerugian kecil ditambahkan pada panjang masing-masing pipa sebagai panjang ekivalen.

3

A ₂

1

B

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 (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 83) dirumuskan sebagai:

Q0 = Q1 + Q2 + Q3

Q0 = A1V1 + A2V2 + A3V3 (2.19)

hl = 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.

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. Menurut Munson, Young & Okiishi, (2003) dirumuskan sebagai:

2 1 2

2

2

2 B L L

B B A A A h h z g V P z g V P + + + + = + + _γ

2.8. Sistem Jaringan Pipa

Gambar 2.6. Sistem Jaringan Pipa

Hal yang paling rumit dalam sistem pipa majemuk adalah jaringan pipa yang ditunjukkan pada gambar 2.6. Jaringan seperti ini terjadi di dalam sistem distribusi air kota dan sistem lainnya yang mungkin memiliki saluran masuk dan keluar yang majemuk. Arah aliran diberbagai pipa tidak jelas kenyataannya, arah tersebut dapat berubah ubah setiap saat, tergantung dari bagaimana sistem ini digunakan dari waktu ke waktu. Penyelesaian persoalan jaringan pipa seringkali dilakukan dengan menggunakan persamaan node dan loop yang sama dalam hal seperti yang dilakukan pada rangkaian listrik. Perhitungan distribusi aliran pada suatu jaringan biasanya rumit karena harus memecahkan serangkaian persamaan hambatan yang tidak linear melalui prosedur yang iteratif. Kesulitan lainnya adalah kenyataan bahwa kebanyakan jaringan, arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi sukar untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran dan tekanan di berbagai titik menjadi persyaratan utama untuk menentukan ukuran pipa, sehingga harus diselesaikan dengan cara berurutan dan iterasi. Persamaan kotinuitas mensyaratkan bahwa untuk setiap node (sambungan antara dua pipa atau lebih), laju aliran netto adalah nol. Aliran yang mengalir kedalam node harus mengalir keluar dengan laju yang sama. Perbedaan tekanan netto yang mengelilingi sebuah loop secara sempurna mulai dari satu lokasi didalam pipa dan kembali ke lokasi tersebut. Penyelesaian biasanya diperlukan karena arah dari aliran aliran dan faktor gesekan mungkin tidak diketahui. Prosedur penyelesaian

matriks tersebut sangat cocok dilakukan dengan menggunakan komputer (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 87).

2.9. Dasar Perencanaan Pompa

Dalam perencanaan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, antara lain:

a. Kapasitas

Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan.

b. Head Pompa

Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu: - Head Potensial

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

- Head Kecepatan

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

- Head Tekanan

Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan dengan P/γ .

- Head loss

Jumlah dari keperluan energi didapati dari total head loss pada system yang disalurkan dengan pompa. Head loss tidak sebesar dengan energi keluaran pompa.

Head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (Head

c. Sifat Zat Cair

Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar. Kerapatan fluida digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida. Nilai kerapatan dapat bervariasi cukup besar di antara fluida yang berbeda, namun untuk zat zat cair dan variasi tekanan, tempratur umumnya hanya memberikan pengaruh kecil terhadap nilai ρ.

Gambar 2.8. Kerapatan air sebagai fungsi temperature Pada gambar diatasmenunjukan bahwa temperature dapat menentukan kerapatan.

d. Unit Penggerak Pompa

Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor bakar, motor listrik dan turbin uap.

Bila pipa dipasangkan dengan pompa maka akan ada penambahan energi sebesar Hp. Head pompa itu sendiri merupakan energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang memiliki head rendah ke tempat dengan head yang tinggi. Untuk menyelesaikan persoalan di atas menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 72) digunakan persamaan Bernoulli, yaitu:

L

P Z H

g V P H Z g V P + + + = + + + 2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 γ γ Atau

P

(

Z Z

)

HL

g V V P P

H = − + − + 2 − 1 +

2 1 2 2 1 2 2 γ (2.21) 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

Untuk menghitung besarnya daya yang dibutuhkan pompa, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 393) adalah sebagai berikut:

p p H Q W η

γ × ×

= .

(2.22)

dimana: .

W = Daya pompa (kW) γ = Berat jenis fluida (N/m3) Q = Laju aliran fluida (m3/s) Hp = Head pompa (m)

2.10 Metode Penelitian

Dalam perencanaan sistem pemipaan dibuat dengan menerapkan rumus rumus yang di dapat dari studi kepustakaan, yang diperoleh dari buku kepustakaan, internet dan diktat diktat mata kuliah yang terkait. Dimana perencanaan sistem pemipaan disesuaikan dengan informasi yang diperoleh dari studi observasi lapangan pada suatu perumahaan. Perencanaan sistem pemipaan dengan menerapkan rumus yang diperoleh dari studi kepustakaan.

Dalam perencanaan sistem pemipaan dilakukan dengan penghitungan head loss (kehilangan tekanan) dengan penghitungan manual secara global menggunakan rumus Hazzen Williams. Sementara dengan menggunakan program, penganalisaan dilakukan pada masing masing pipa. Adapun pemasukan data data pada program disesuaikan melalui informasi secara responsi dan gambar yang diperoleh pada pihak kontraktor, dan memasukan data data yang sama dengan penghitungan manual secara global.

Kemudian melakukan perbandingan head friction loss antara perhitungan manual secara global dengan program, dan digambarkan dalam suatu grafik dengan 5 (lima) titik sample perbandingan. Demikian juga hal ini dilakukan pada antara jam normal dengan jam puncak, yaitu dengan melakukan perbandingan yang digambarkan dalam suatu grafik perbandingan dengan lima titik sample.

Perencanaan tangki atas, tangki bawah dan pompa direncanakan sesuai dengan keadaan pada kondisi jam beban puncak dengan berbagai macam pertimbangan.

Dalam penulisan skripsi, penulis menggunakan beberapa macam metode penulisan yaitu :

A. Studi kepustakaan.

Pengumpulan bahan bahan yang disadur dari buku buku, dari perpustakaan, diktat diktat mata kuliah dan dari situs situs internet yang terkait.

Pengumpulan data data dari buku kepustakaan yang menunjang dalam penulisan laporan kerja praktek sebagai referensi atau acuan. Adapun pengumpulan data data dari buku dan dari perpustakaan meliputi pengumpulan data tentang tekanan atmosfir, kecepatan dan kapasitas aliran fluida, aliran dan turbulen, persamaan Bernoulli, kerugian head, sistem perpipaan ganda, sistem perpipaan ganda dan dasar perencanaan pompa

• Pengumpulan data dari diktat diktat mata kuliah terkait.

Pengumpulan data dari diktat diktat mata kuliah selama mengikuti perkuliahan, yang memiliki keterkaitan serta menunjang dalam penulisan skripsi.

Adapun beberapa mata kuliah yang memiliki keterkaitan dalam penulisan skripsi ini ialah :

- Mekanika fluida - Sistem perpipaan - Mesin konversi energi

•

Pengumpulan data dari situs situs internet.

Browsing atau pengumpulan data dari situs situs internet yang berkaitan tentang perancangan sistem perpipaan yang menunjang dalam

penyusunan skripsi.

B. Observasi lapangan.

Pengumpulan data dari lapangan tempat dimana penulis melakukan penulisan skripsi tentang perpipaan pada perumahan.

• Pengumpulan data dari studi lapangan.

Pengumpulan data dari studi lapangan dilakukan dengan melihat dan memahami secara langsung dilapangan sehingga bisa mengetahui sistem pendidtribusian air pada tiap unit unit sistem perpipaan. Dalam pengumpulan data studi lapangan ini penulis mengadakan pengamatan langsung terhadap objek penelitian yang meliputi sistem pendistribusian air, tekanan air rata rata yang direncanakan pada pipa yang didistribusi pada setiap rumah.

• Pengumpulan data data dari pihak kontraktor.

Pengumpulan data data dari pihak kontraktor berupa data jumlah kebutuhan pada perumahan, diantaranya jumlah keseluruhan rumah, taman dan lapangan olahraga. Dan juga penjelasan dari site plan perumahan tentang diameter pipa distribusi. Dimana penjelasan dari pihak kontraktor lapangan berupa penjelasan tekanan kerja yang sesuai pada perancangan sistem perpipaan, sehingga tidak terjadi perbedaan yang signifikan pada pipa yang didistribusikan ke setiap masing masing rumah.

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 152 kepala keluarga dan fasilitas penunjang lainnya.

3.1.1 Kebutuhan air bersih pada perumahan

Pada perumahaan setiap rumah berkisar antara 5-8 jumlah anggota keluarga. Dalam perencanaan ini diasumsikan setiap rumah berjumlah 6 orang yang terdiri dari 1 ayah, 1 ibu, 3 anak dan 1 pembantu. Dari hasil survey diperoleh jumlah rumah yang terdapat pada perumahan Mutiara Darussalam sebanyak 152 rumah tangga sehingga jumlah penduduk yang terdapat pada komplek ini adalah 152 x 6 orang = 912 orang. Dari hasil survey perumahan Mutiara Darussalam dikategorikan perumahan mewah, maka dari tabel 3.1 pemakaian air rata-rata per hari setiap penghuni sebesar 250 liter/hari.orang (untuk keperluan rumah tangga).

Berdasarkan hasil survey dan literatur yang ada maka kebutuhan air penduduk dapat dihitung, yaitu sebagai berikut:

Kebutuhan air penduduk = Jumlah penduduk x Kebutuhan air rata-rata = 912 orang x 250 liter/hari.orang

= 228.000 liter/hari. = 9.500 liter/jam = 158.333 liter/menit = 228 m3 /hari = 0.083333 m3/jam = 2.3148148 x 10-3 m3/sec

Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata pada rumah tangga.

Sumber: Sofyan M. Noerbambang. Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plumbing. PT Pradnya Paramitha. Jakarta. 2000. hal. 48.

3.1.2 Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah 1. Mesjid

Jumlah rata-rata jemaah per hari = 500 orang

Jumlah gedung = 1 buah

Kebutuhan air perhari = 500 orang x 1 x 10 liter/hari.orang = 5000 liter/hari

= 208,333 liter/jam = 3.47222 liter/menit = 5 m3/hari

= 5,787037 x 10-5 m3/sec

3.1.3 Kebutuhan air bersih untuk fasilita lainnya

1. Kebutuhan air bersih pada taman bermain

Pada komplek perumahan ini terdapat 1 taman. Ditaksir kebutuhan air pada taman.

No Jenis gedung Pemakaian air rata-rata

sehari (liter)

Jangka waktu pemakaian air rata-rata sehari (liter)

Perbanding an 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 penghuni

Kebutuhan air rata-rata per hari = 200 liter/hari = 8,333 liter/jam = 0,13889 liter/menit = 0,2 m3 /hari

= 2.3148148 x 10-6 m3/sec

2. Kebutuahan air bersih pada lapangan olah raga

Pada komplek perumahan ini terdapat 1 lapangan olah raga. Dari data survey pengunjung diperkirakan setiap harinya 30 orang dan pemakaian air bersih per hari nya setiap orang 10 liter.

Kebutuhan air rata-rata perhari = 30 orang x 10 liter = 300 liter /hari = 12,5 liter/jam = 0,208333 liter/menit = 0,3 m3 /hari

= 3,472222 10-6 m3/sec

Sehingga total keperluan air bersih pada perumaha Mutiara Darussalam adalah :

Q_total = 228.000 liter/hari + 5000 liter/hari + 200 liter /hari + 300 liter /hari

= 233.500 liter/hari = 97.929,1667 liter/jam = 162,15278 liter/menit = 233,5 m3/ hari

= 2.702546 x 10-5 m3/sec

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 dibuat menjadi satu. Akan tetapi kapasitas aliran air yang keluar adalah penjumlahan dari kebutuhan air per

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.

Dari hasil survey, diperoleh kapasitas total aktual, maka kapasitas total tersebut harus ditambahkan sebesar 10 - 20% dari kapasitas total aktual tersebut, hal ini dilakukan untuk mengatasi losses yang terjadi selama pendistribusian air.

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)

Dalam perencanaan ini diambil faktor koreksi sebesar 10% sehingga kapasitas total air bersih yang masuk ke perumahan Mutiara Darussalam, sebesar :

= (233.500 liter/hari) + (10% x 233.500 liter/hari) = 233.500 liter/hari + 233.50 liter/hari

= 256.850 liter/hari = 10702 liter/jam = 178,368 liter/menit = 256,85 m3/hari = 10,70208333 m3/jam = 2,9728 x 10-3 m3/s

Adapun pendistribusian aliran dapat dilihat pada gambar 3.1. Dari gambar 3.1 dapat diketahui bahwa besarnya kapasitas fluida yang masuk ke dalam jaringan pipa sama dengan jumlah kapasitas fluida yang keluar dari jaringan pipa tersebu:

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. Satu-satunya kelemahan pipa PVC ialah tidak tahan panas. Meski demikian, pipa PVC merupakan alternatif yang paling banyak dipakai masyarakat luas saat ini. Soal harga tergantung pada ketebalan pipa yang jadi pilihan. Pipa PVC dengan ketebalan memadai cukup menjamin pendistribusian yang baik.

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

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.

Ukuran pipa yang digunakan pada perencanaan ini adalah pipa PVC dengan diameter ½ inci, 1 inci, 2 inci, 2½ inci, 3 inci dan 4 inci. Penentuan diameter pipa diperoleh dari data hasil survey.

3.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida

Pada prinsipnya aliran tidak akan terjadi apabila saluran air keluar ditutup (shutt off head), dimana aliran bergantung pada pemakaian. Menurut survey yang dilakukan, sementara penyediaan air bersih dari PDAM berlangsung selama 24 jam. Maka laju kapasitas aliran rata rata per jam ialah :

Q =

jam 24

m3/hari 256,85

= 10,70208333 m3/jam

Setelah menentukan kapasitas aliran rata rata per jam dapat diketahui head friction.

Untuk pipa no. 1, diperoleh : Q = 2,9728 x 10-3 m3/s

= 10,70208333 m3/jam L = panjang pipa

= 61,911 m (dari data site plan hasil survey) d = diameter pipa

= 0.146329 m (6 inchi, PVC ANSI schedule 80) Dengan rumus Hazen Williams:

C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams = 140

L d C

Q hf _{1,85 4,85}

85 , 1 666 , 10 = m x x s m x

hf 61,911

) 09718 , 0 ( ) 140 ( ) / 0,0029728 ( 666 , 10 85 , 4 85 , 1 85 , 1 3 = m x x x 911 , 61 ) 778 0,00297277 ( 784721 , 9339 ) 196 0.00002115 ( 666 , 10 = m x 61,911 835967374 , 0 676 0.00022560 =

= 0,0002415764579x 61,911m

= 0.013577137 m.hd

Untuk perhitungan masing masing loop untuk tiap pipa dilakukan dengan cara yang sama, hasil perhitungan dibuat dalam bentuk tabel pada tabel 3.2 sampai tabel 3.6

3.4.1 Analisa Kapasitas Aliran dengan Perhitungan Manual

Gambar 3.2 Loop I

Tabel 3.2. Hasil Perhitungan Loop I Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3/s) (h1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

1 6.911 0.09718 0.00297277778 0.001964569 0.01357713675

2 51.571 0.09718 0.00297277778 0.001964569 0.10131479083

3 53.91 0.09718 0.00249166667 0.001417174 0.07639984897

4 53 0.0381 0.00023000000 0.001619478 0.08583233900

5 37.773 0.09718 0.00281388890 0.00177474 0.06703723655

Gambar 3.3 Loop II

Tabel 3.3. Hasil Perhitungan Loop II Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3/s) (h1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

7 49.282 0.09718 0.00123833333 0.000388746 0.01915819496

8 15.778 0.018847 0.00003833333 0.001787955 0.02821034909

9 44.121 0.09718 0.00108111111 0.000302397 0.01334203981

10 17.872 0.059004 0.00101611111 0.003032012 0.05418811395

11 17.872 0.059004 0.00103555556 0.003140223 0.05612206138

Tabel 3.4. Hasil Pehitungan Loop III Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3_{/s) (h}

1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

12 18.359 0.059004 0.00049833333 0.001964569 0.03606752332

13 16.423 0.032461 0.00021083333 0.001964569 0.03226411762

14 64.029 0.0381 0.00015333333 0.001417174 0.09074023242

15 65.887 0.049251 0.00028750000 0.001619478 0.10670255320

Tabel 3.5. Hasil Perhitungan Loop IV Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3_{/s) (h}

1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

16 31.366 0.09718 0.00143583330 0.001964569 0.06162067304

17 31.33 0.059004 0.00076833330 0.001964569 0.06154994855

18 69 0.049251 0.00036388890 0.001417174 0.09778500424

19 28.443 0.049251 0.00040444440 0.001619478 0.04606281544

20 27.847 0.059004 0.00068750000 0.00177474 0.04942117190

21 24.376 0.024308 0.00007888890 0.001155819 0.02817424934

22 14.749 0.059004 0.00030638890 0.000388746 0.00573361912

23 45 0.032461 0.00015333330 0.001787955 0.08045796103

24 27.133 0.024308 0.00009583330 0.000302397 0.00820492659

Gambar 3.6 Loop V

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3_{/s) (h}

1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

25 32.673 0.049251 0.00057388889 0.001964569 0.06418836480

26 26.882 0.018847 0.00005666667 0.001964569 0.05281154539

27 8.471 0.049251 0.00051000000 0.001417174 0.01200488074

28 79.185 0.059004 0.00049111110 0.001619478 0.12823837290

3.5 Perencanaan dalam menanggulangi titik beban puncak (peak hour)

Berdasarkan survey yang dilakukan, didapati keterangan bahwasanya jam beban puncak (peak hour) biasanya terjadi pada pagi hari antara pukul 06.00 s/d

11.00 dan pada sore hingga malam hari yaitu pukul 17.00 s/d 20.00, sedangkan

pada jam beban puncak berlangsung antara 1-2 jam. Sehingga diketahui jam beban puncak terjadi selama 4 jam/hari. Adapun pemakaian air meliputi kebutuhan untuk mencuci pakaian, mencuci mobil, mandi, masak, mencuci piring dan lain lain.

Pada jam beban puncak pemakaian air bersih lebih meningkat dari pada jam normal, dengan asumsi supply air bersih konstan dari PDAM, yaitu 10,70208333 m3/jam. Dan perencanaan dalam menanggulangi pada beban puncak pemakaian air bersih 1,5 lebih besar dari kapasitas normal (1,5 x 10,70208333 m3/jam), yaitu 16,053125 m3/jam.

Dengan Supply air bersih dari PDAM yaitu 10,70208333 m3/jam, dan perencanaan kapasitas pada beban puncak 16,053125 m3/jam. Sehingga dalam menanggulangi beban puncak, direncanakan air bersih dialirkan dari reservoir (tangki bawah penyimpanan air) dengan menggunakan pompa dengan kapasitas 5,351041665 m3/jam.

Berdasarkan gambar denah (site plan) perumahan, perancangan tangki bawah penyimpanan air ditentukan pada lokasi dimana terdapat kelebihan tanah (lahan kosong), tidak mengganggu estetika (keindahan) tata ruang dalam perumahan, aman dan jauh dari aktivitas warga.

3.5.1 Analisa Kapasitas Aliran dengan Perhitungan Manual

Adapun perhitungan berdasarkan survey pada beban puncak dapat dilihat di perhitungan ini.

Gambar 3.7 Loop I

Tabel 3.7. Hasil Perhitungan Loop I Iterasi I pa

no.

Panjang (L)

Diameter

(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

(m) (m) (m3_{/s) (h}

1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

1 6.911 0.09718 0.004459167 0.004159452 0.02874597271

2 51.571 0.09718 0.004459167 0.004159452 0.21450709865

3 53.91 0.09718 0.0003625 0.000040053 0.00215926490

4 53 0.0381 0.00032461 0.003063360 0.16235809839

5 37.773 0.09718 0.003457778 0.002598312 0.09814605634

Gambar 3.8 Loop II

Tabel 3.8. Hasil Perhitungan Loop II Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3/s) (h1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

7 49.282 0.09718 0.000265862 0.000022570 0.00111229320

8 15.778 0.018847 0.000057222 0.003751756 0.05919520746

9 44.121 0.09718 0.000745556 0.000152056 0.00670888188

10 17.872 0.059004 0.002816667 0.019994026 0.35733323148

11 17.872 0.059004 0.001537778 0.006525936 0.11663152145

Tabel 3.9. Hasil Pehitungan Loop III Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3_{/s) (h}

1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

12 18.359 0.059004 0.000743889 0.001702863 0.03126285353

13 16.423 0.032461 0.000314722 0.006291080 0.10331841101

14 64.029 0.0381 0.000288889 0.002469054 0.15809107579

15 65.887 0.049251 0.000144167 0.000196495 0.01294647224

Tabel 3.10. Hasil Perhitungan Loop I Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3_{/s) (h}

1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

16 31.366 0.09718 0.002136389 0.001066167 0.03344140310

17 31.33 0.059004 0.001183333 0.004019183 0.12592100000

18 69 0.049251 0.000534167 0.002216429 0.15293359481

19 28.443 0.049251 0.000604167 0.002783503 0.07917118756

20 27.847 0.059004 0.000980556 0.002838659 0.07904814621

21 24.376 0.024308 0.000117778 0.004151914 0.10120704861

22 14.749 0.059004 0.000457778 0.005786152 0.08533995375

23 45 0.032461 0.000228889 0.003490320 0.15706441180

24 27.133 0.024308 0.000143056 0.005949280 0.16142180872

Tabel 3.11. Hasil Pehitungan Loop III Iterasi I

Pipa Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss (hl)

no. (m) (m) (m3_{/s) (h}

1) (m.hd)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L

25 32.673 0.049251 0.000915556 0.006005767 0.19622640967

26 26.882 0.018847 0.000085833 0.007943340 0.21353286171

27 8.471 0.049251 0.0007725 0.004385952 0.03715340241

BAB IV

TANGKI DAN PEMILIHAN POMPA

4.1 Tanki Bawah

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).

- Fire storage , tempat penampungan air cadangan untuk keperluan pemadaman kebakaran.

Menurut Noerbambang (2005), volume tangki air bersih dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

V

_R

=

Q

_d

−

Q

_s

.

T

+

V

_F (4.1) Dimana: VR = Volume tangki/reservoir (m3)

VF = Cadangan air untuk pemadam kebakaran (m3), berdasarkan survey

(1/5 – 1/10 x Qd)

Qd = Jumlah kebutuhan air per hari (m3/hari)

Qs = Kapasitas pipa distribusi (m3/jam)

T = Rata-rata pemakaian per hari (jam/hari)

Dari perhitungan Bab III diperoleh jumlah kebutuhan air per hari sebesar 256,85 m3/hari. Dan kapasitas pengaliran pipa dinas (Qs) ke tangki bawah sebesar

2/3 dari 10,702 m3/jam, dan pemakaian air (T) per hari rata-rata 24 jam, dari rumus diatas diperoleh volume tangki/reservoir:

VR = 256,85 – (2/3 x 10,702 x 24) + (1/10 x 256,85)

= 256,85 – 171,232 + 225,685 = 111,303 m3

Berdasarkan perhitungan diatas volume tangki distribusi air bersih ± 111,303 m3, maka dimensi reservoarnya adalah 7 m x 6,5 m x 3 m, dari tangki inilah air akan didistribusikan kekonsumen.

4.2 Tanki Atas

Tangki atas dimaksudkan untuk menampung kebutuhan puncak. - Menambah tekanan (pressure) dan menambah aliran air (flow).

- Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban pemakaian peak-hour dan minimum demand.

Dalam keadaan tertentu dapat terjadi bahwa kebutuhan puncak dimulai pada saat air terendah dalam tangki atas, dan biasanya disediakan kapasitas cukup untuk jangka waktu 30 menit. Sehingga perlu diperhitungkan jumlah air yang dapat dimasukkan dalam waktu 10 sampai 15 menit oleh pompa angkat (yang memompakan air dari tangki bawah ke tangki atas). Menurut Noerbambang (2005), kapasitas efektif volume tangki atas dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

pu pu p p

E

Q

Q

T

Q

xT

V

=

(

−

_max

).

−

(4.2)

Dimana: VE = kapasitas efektif tangki atas (liter)

Qp = Kebutuhan puncak (liter/menit)

Qmax = Kebutuhan jam puncak (liter/menit)

Qpu = Kapasitas pompa pengisi (liter/menit)

Tp = Jangka waktu kebutuhan puncak (menit)

Tpu = Jangka waktu kerja pompa pengisi (menit)

Pada Bab III diperoleh jumlah kebutuhan air pada jam puncak (1,5 x 10702,0833 liter/jam) sebesar 267,5520 liter/menit. Kapasitas aliran pada jam beban puncak (10702,0833 liter/jam) yaitu 178,3680556 liter/menit. Jangka waktu kebutuhan puncak 30 menit, dan kapasitas pompa pengisi 178,3680556 liter/menit. Jangka waktu kerja pompa pengisi 15 menit. Dari rumus diatas diperoleh volume tangki atas :

VE = (267,5520 – 178,3680556) x 30 + (178,3680556 x 15)

= 2675,520834 + 2675,520834 = 5351,041667 liter

4.3 Tinggi Tanki Atas

Pada perumahan Mutiara Darussalam termasuk golongan kelas menengah ke atas, dimana rata rata rumah dengan 2 lantai. Dan biasanya dilengkapi dengan alat kelengkapan plambing yang diharuskan pada tekanan minimum, sedang besarnya tekanan minimum bergantung pada pabrik pembuatnya.

Gambar 4.1. Penyediaan air panas ke pancuran mandi dengan pemanas air gas. Sumber : Noerbambang dan Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem

Plambing, 1993, hal. 36. Tinggi pancuran mandi dari tanah 4,8 m Tekanan minimum pada pancuran 3,5 m Kerugian tekanan pada pancuran dari atap

sampai pancuran (diperkirakan) 1,5 m Tekanan minimum bagi pemanas air gas 7,0 m

Jadi, tinggi muka air terendah dalam tangki atas, diukur dari tanah adalah : 4,8 + 3,5 + 1,5 + 7,0 = 16,8 m

Tinggi tangki atas untuk memberikan tekanan head statis yang diperoleh dengan gravitasi.

4.4 Instalasi Pompa dan Perpipaan

Dalam kondisi beban puncak pompa digunakan untuk memompakan air bersih dari reservoir Booster Pump Mutiara Darusalam Depok, yaitu sebesar 5351,04166 liter/jam (= 0,001486400463 m3/s).

Pompa direncanakan akan beroperasi pada kapasitas konstan (fluktuasi kapasitas dapat diabaikan). Instalasi pompa secara sederhana diperlihatkan pada gambar 4.2.

dari Pipa distribusi

Mutiara Darussalam 1

Bidang Referensi Permukaan Air Laut

Gambar 4.2. Instalasi Pipa

Setelah kapasitas ditentukan, maka jumlah pompa direncanakan dengan 2 pompa utama dan 1 cadangan, 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 4.3 menunjukkan sistem perpipaan pada pusat pemompaan (pumping station).

1 2

4

3

Keterangan gambar:

1. Reservoir Mutiara Darusalam 2. Butterfly valve∅ 32 mm 3. Pompa dan Motor Penggerak 4. Check valve ∅32 mm 5. Komplek Mutiara Darusalam

4.5 Penentuan Ukuran Pipa

Pipa yang menyalurkan air harus mempunyai ukuran yang cukup agar dapat mengalirkan air sesuai dengan kebutuhan jam puncak. Aliran maksimum dipertimbangkan untuk menentukan ukuran diameter pipa, antara lain batas kerugian gesek yang akan digunakan dan batas kecepatan tertinggi yang disarankan.

4.5.1 Diameter pipa hisap (Suction pipe)

Menurut Noerbambang (2005), diameter pipa hisap biasanya ditentukan sedemikian sehingga kecepatan aliran air antara 2 sampai 3 m/s. Dalam perancangan ini diambil kecepatan V = 2 m/s, sehingga diameternya :

Qp = Vs . As

Ds =

Vs Qp

. . 4

π = 2

0463 0,00148640 4

x x

π = 0,03076933 m

Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 1 in schedule 80. Pipa yang digunakan terbuat dari PVC. Dari lampiran data komersil pipa, diperoleh diameter dalam pipa sebesar 24,308 mm. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa hisap adalah :

V = ₂ . . 4 Ds Qp π

= _{2 2}

3 ) 024308 , 0 ( / 0463 0,00148640 4 m x s m x π

V = 3,2045556 m/s

Menurut Sularso (2000), kecepatan aliran dalam pipa tidak boleh melebihi dari 6 m/s karena akan mengakibatkan terjadinya penggerusan pipa, sehingga kecepatan aliran di atas masih dalam batas mengizinkan.

4.5.2 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 1 in schedule 80 dengan bahan PVC. Dengan demikian kecepatan aliran air

sebenarnya pada pipa tekan adalah sama dengan kecepatan aliran air pada pipa hisap, yakni V = 3,2045556 m/s.

4.6 Head Pompa

“The head of pumps is the maximum height that the fluid can be lifted to with respect to the surface of the suction tank, pumps are most often interms of head and flow” menurut Chaurette, J. centrifugal pump systems tutorial, 2005, hal.24. Head pompa kemampuan untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang memiliki head rendah ke tempat yang memiliki head tinggi.

Untuk keadaan seperti gambar 4.4, head yang diperlukan untuk memindahkan air dari titik 1 dengan titik referensi 2 (tangki atas) dapat ditentukan dengan rumus :

γ1 P + g V 2 2 1

+ Z1 + Hp =

γ2 P + g V 2 2 2

+ Z2 + Hl

Maka : Hp =

γ 1 2 P P − + g V V 2 2 1 2 2 −

+ Z2 – Z1 + Hl (4.3)

Dimana : Hp = head pompa

γ 1 2 P P −

= head tekanan

g V V 2 2 1 2 2 −

= head kecepatan

Z2 – Z1 = head statis

Hl = head losses (tabel 4.1)

Dari pipa distribusi

2 (Tadah keluar / tangki atas)

1

Gambar 4.4. Penentuan Head Pompa pada Titik 1 ke Titik 2

Tabel 4.1. Nilai head losses masing-masing pipa Pipa No. Panjang (L) Diameter (d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (h1)

Head Loss (hl) (m)

(m) (mm) (liter/jam) h1 x L

2 12,297 97,180 15,657 0,00039248 0,048

128 12,926 97,180 15,33 0,00035587 0,046

274 10 32,461 5,358 0,1057 1,057

Sumber : didapatkan perhitungan di lapangan sepanjang dari tangki bawak ketangki atas

Dari tabel 4.1 dapat diketahui Head loss pada pompa dengan menjumlahkan head loss tiga pipa di tabel didapat; Hl = 1,151

Hp =

γ 1 2 P P − + g V V 2 2 1 2 2 −

+ (Z2 – Z1)+ Hl

Dengan memasukkan nilai Hl = 1,151 m, dan ketinggian tangki atas Z2 =

16,8 m, maka diperoleh head pompanya sebagai berikut:

Hp = ₃

10 789 , 9 01325 , 1 01325 , 1 x − +     − 806 , 9 . 2 0

02 2

+ (16,8 - 0) + 1,151

= 0 + 0 + (16,8) + 1,151 m = 17,951 m

≈ 18 m

Daya yang diterima air dari pompa adalah: Nw = γ . Q . Hp

γ = Berat jenis air pada suhu 200 = 9,789 x 103 N/m3

Q = Kapasitas pompa = 8130,83 liter/jam (0,00148640463) m3/s Hp = Head pompa = 18 m

Nw = 9,789 x 103 N/m3 x 0,00148640463 m3/s x 18 m

4.7 Pemilihan Jenis Pompa

Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan harga kapasitas, Q = 0,00148640463 m3/jam dan head pompa = 18 m maka dari gambar 4.5 menurut Matley (Fluid Movers), hal 143 dapat dilihat jenis pompa yang cocok digunakan adalah pompa bertingkat satu dengan 2 kutub (pole)

Gambar 4.5. Pemilihan berdasarkan kapasitas dan Head pompa

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 4.2.

Tabel 4.2. Harga putaran dan kutubnya

Jumlah kutub Putaran (rpm)

2 4 6 8 10 12 3000 1500 1000 750 600 500

Sumber: Sularso, Pompa dan Kompressor hal. 50.

Pada pemilihan kali ini dipilih motor listrik dengan 2 buah kutub dan putaran 3000 rpm.

Akibat adanya faktor slip, maka putaran motor harus diambil 1÷2

o

/o lebih kecil dari harga-harga dalam tabel 4.2 di atas. Dalam perencanaan ini

diambil faktor slip sebesar 2 o/o , sehingga putaran motor sebenarnya adalah :

n = 3000 – (2 o/o x 3000)

= 2.940 rpm

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 Syamsir Y, M. Mesin mesin fluida (2001), Putaran spesifik pompa sentrifugal dengan satu tingkat impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut :

ns = 51,64 _3/4

2 / 1 . Hp Q n (4.4)

Dimana : n = Putaran Pompa (rpm) = 2.940 rpm

Q = Kapasitas Pompa (m3/s) = 0,00148640463 m3/s Hp = Head Pompa (m)

Maka :

ns = 51,64 x _3/4

) 18 (

463 0,00148640 2940 x

ns = 669,803

Dari tabel 4.3, diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 669,803 maka jenis

impeler yang sesuai adalah jenis radial flow.

Tabel 4.3 Klasifikasi impeler berdasarkan putaran spesifik

No. Jenis Impeler ns

1. 2. 3. 4.

Radial flow Francis

Aliran campur Aliran axial

ns <1500 rpm

1500 – 5000 rpm 5000 – 10000 rpm

ns >10000 rpm

Sumber: Syamsir Y,M. Mesin mesin fluida. Medan. 2001.

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 4.6 menurut Surendra S. (2008).

Untuk putaran spesifik (ns) = 669,8038166 dan kapasitas (Q) =

0,00148640463 m3/s = 22,59 gpm, dari gambar 4.6, maka diperoleh efisiensi pompa sebesar 50 o/o .

Daya poros pompa, Np, merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeler. Besar daya yang dibutuhkan pompa adalah :

Np =

p

Hp Q

η γ. .

Dimana : Np = Daya pompa ( kW )

Q = Kapasitas pompa ( m3/s ) = 0,00148640463 m3/s Hp = Head pompa (m) = 18 m

γ = Berat jenis air pada temperatur 20 oC (N/m3) = 9,789 x 103 N/m3

ηp = Efesiensi Pompa (o/o)

= 50 o/o

Maka :

Np =

5 , 0 18 463 0,00148640 10 . 789 ,

9 3 x x

= 523,81 watt

Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa. Menurut Sularso (2000) daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus :

Nm =

t Np η α ) 1 ( + (4.5)

Dimana : α = faktor cadangan daya untuk 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 (

523,81Watt + _{= 785,72 watt}

Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya 785,72 Watt.

4.11 Pompa (Distribusi air dari Tangki Bawah ke Tangki Atas)

Dalam bab 4.2 diketahui kapasitas tangki atas ialah 5351,04 liter. Diperhitungan jumlah air yang dapat dimasukkan ke tangki atas selama ± 15 menit (memompakan air dari tangki bawah ke tangki atas). Jadi kapasitas pompa angkat, Q = 21404.16 liter/jam (= 0,0059456 m³/detik).

4.11.1 Diameter pipa hisap (Suction pipe)

Dalam perancangan diameter pipa hisap ini diambil kecepatan V = 2 m/s, sehingga diameternya :

Qp = Vs . As

Ds =

Vs Qp

. . 4

π = 2

0,0059456 4

x x

π = 0,06153 m

Dipilih pipa PVC Ansi berdiameter 3 in schedule 80. Dari lampiran data komersil pipa, diperoleh diameter dalam pipa sebesar 73,66 mm. Diameter pipa tekan sama dengan diameter pipa hisap.

4.11.2 Head Pompa

Untuk memindahkan air dari tangki bawah ke tangki atas dapat ditentukan dengan rumus :

Hp =

γ 1 2 P P − + g V V 2 2 1 2 2 −

+ Z2 – Z1 + Hl

A. Kerugian head akibat gesekan pada pipa :

L

d C

Q hf _{1,85 4,85}

85 , 1 666 , 10 = 1 . 25 07366 , 0 0059456 , 0 . 666 , 10 85 , 4 85 , 1 85 , 1 x C =

= 0,68159 m.head

B. Kerugian Head akibat alat alat kelengkapan.

l

H = z . k g V

. 2

2

Alat alat kelengkapan yang digunakan adalah :

• Ellbow 90º (regular flanged 90º ell)

Gambar 4.8. Koefisien gesekan pada Ellbow 90º

• Gate valve (flanged)

Gambar 4.9. Koefisien gesekan pada Gate Valve

• Check valve (Swing check valve)

Gambar 4.10. Koefisien gesekan pada Check Valve

Alat kelengkapan Z K HL (m)

Ellbow 90º 3 0,27 0,0261

Gate valve 1 0,14 0,0045

Check valve 1 2 0,0644

H_ltot = 0,095 Maka Head total pompa yang diperlukan adalah sebesar :

Hp = (0 + 0,681 + 0,095 + 16,8)

Pompa Distribusi (Beban Puncak)

Pompa (Distribusi dari tangki bawah ke tangki atas) Kapasitas pompa (Q) 0,001486400463 m3/s 0,0059456 m3/s

Head pompa (Hp) 18 m.hd 17,567 m.hd Putaran pompa (n) 2.940 rpm

Jenis pompa Pompa bertingkat satu Putaran spesifik pompa (ns) 669,803 2940

Tipe impeler pompa Radial Francis Daya pompa (Np) 523,81 watt 1482,535 watt

Penggerak pompa motor listrik Frekuensi motor penggerak 50 Hz Daya motor penggerak pompa

(Nm)

Untuk putaran spesifik (ns) = 669,8038166 dan kapasitas (Q) = 0,00148640463 m3/s = 22,59 gpm, dari gambar 4.6, maka diperoleh efisiensi pompa sebesar 50 o/o .

Daya poros pompa, Np, merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeler. Besar daya yang dibutuhkan pompa adalah :

Np =

p

Hp Q

η

γ

. .

Dimana : Np = Daya pompa ( kW )

Q = Kapasitas pompa ( m3/s ) = 0,00148640463 m3/s Hp = Head pompa (m) = 18 m

γ = Berat jenis air pada temperatur 20 oC (N/m3) = 9,789 x 103 N/m3

ηp = Efesiensi Pompa (o/o) = 50 o/o

Maka :

Np =

5 , 0 18 463 0,00148640 10 . 789 ,

9 3 x x

= 523,81 watt

Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa. Menurut Sularso (2000) daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus :

Nm =

t Np

η

α

) 1 ( + (4.5)

Dimana :

α

= faktor cadangan daya untuk 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 (

523,81Watt + _{= 785,72 watt}

Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya 785,72 Watt.

4.11 Pompa (Distribusi air dari Tangki Bawah ke Tangki Atas)

Dalam bab 4.2 diketahui kapasitas tangki atas ialah 5351,04 liter. Diperhitungan jumlah air yang dapat dimasukkan ke tangki atas selama ± 15 menit (memompakan air dari tangki bawah ke tangki atas). Jadi kapasitas pompa angkat, Q = 21404.16 liter/jam (= 0,0059456 m³/detik).

4.11.1 Diameter pipa hisap (Suction pipe)

Dalam perancangan diameter pipa hisap ini diambil kecepatan V = 2 m/s, sehingga diameternya :

Qp = Vs . As

Ds =

Vs Qp

. . 4

π = 2

0,0059456 4

x x

π = 0,06153 m

Dipilih pipa PVC Ansi berdiameter 3 in schedule 80. Dari lampiran data komersil pipa, diperoleh diameter dalam pipa sebesar 73,66 mm. Diameter pipa tekan sama dengan diameter pipa hisap.

4.11.2 Head Pompa

Untuk memindahkan air dari tangki bawah ke tangki atas dapat ditentukan dengan rumus :

Hp =

γ

1 2 P P − + g V V 2 2 1 2 2 −

+ Z2 – Z1 + Hl

A. Kerugian head akibat gesekan pada pipa :

L

d C

Q hf _{1,85 4,85}

85 , 1 666 , 10 = 1 . 25 07366 , 0 0059456 , 0 . 666 , 10 85 , 4 85 , 1 85 , 1 x C =

= 0,68159 m.head

B. Kerugian Head akibat alat alat kelengkapan.

l

H = z . k g V

. 2

2

Alat alat kelengkapan yang digunakan adalah :

• Ellbow 90º (regular flanged 90º ell)

Gambar 4.8. Koefisien gesekan pada Ellbow 90º

• Gate valve (flanged)

Gambar 4.9. Koefisien gesekan pada Gate Valve

• Check valve (Swing check valve)

Gambar 4.10. Koefisien gesekan pada Check Valve

Alat kelengkapan Z K HL (m)

Ellbow 90º 3 0,27 0,0261

Gate valve 1 0,14 0,0045

Check valve 1 2 0,0644

H_ltot = 0,095 Maka Head total pompa yang diperlukan adalah sebesar :

Hp = (0 + 0,681 + 0,095 + 16,8) = 17,576 m.head

Pompa Distribusi (Beban Puncak)

Pompa (Distribusi dari tangki bawah ke tangki atas) Kapasitas pompa (Q) 0,001486400463 m3/s 0,0059456 m3/s

Head pompa (Hp) 18 m.hd 17,567 m.hd

Putaran pompa (n) 2.940 rpm

Jenis pompa Pompa bertingkat satu

Putaran spesifik pompa (ns) 669,803 2940

Tipe impeler pompa Radial Francis

Daya pompa (Np) 523,81 watt 1482,535 watt

Penggerak pompa motor listrik

Frekuensi motor penggerak 50 Hz

Daya motor penggerak pompa (Nm)

BAB V

KESIMPULAN

1. Kapasitas total air bersih yang dipompakan untuk kebutuhan Perumahan Mutiara Darusalam adalah 0,0029728 m3/s. Kapasitas pompa rancangan sebesar 0,001486400463 m3/s, dengan kapasitas efektif tanki distribusi sebesar 5351,041667 liter.

2. Analisa perhitungan distribusi air bersih dilakukan dengan menggunakan Hardy Cross Method. Metode ini direkomendasikan untuk digunakan pada fluida liquid teruma air .

3. Pompa yang digunakan untuk mensuplai air bersih dari Booster ke Perumaha adalah Pompa Sentrifugal Bertingkat Satu dengan jumlah 3 unit, dimana 2 unit beroperasi secara secara bersamaan.

4. Ukuran pipa yang digunakan adalah pipa PVC dengan diameter ½ inci, 1 inci, 2 inci, 2½ inci, 3 inci dan 4 inci.

5. Data spesifikasi pompa rancangan :

Kapasitas pompa (Q) = 0,001486400463 m3/s

Head pompa (Hp) = 18 m

Putaran pompa (n) = 2.490 rpm

Jenis pompa = pompa sentrifugal bertingkat satu Putaran spesifik pompa (ns) = 669,803

Tipe impeler pompa = radial flow Daya pompa (Np) = 523,81 watt Penggerak pompa = motor listrik Frekuensi motor penggerak = 50 Hz Daya motor penggerak pompa (Nm) = 785,72 watt

DAFTAR PUSTAKA

1. Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. (2002). Mekanika Fluida jilid I. PT. Erlangga. Jakarta.

2. Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. (2003). Mekanika Fluida jilid II. PT. Erlangga. Jakarta.

3. D. Halliday, R. Resnick. (1995). Fisika. PT. Erlangga, Jakarta.

4. http : //id.Wikipedia.org/Wiki/Tekanan_atmosfer

5. http ://kamustermokimia.com/cari3.php?kunci=78

6. Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi.

7. Larry W. Mays. (1999). Water Distribution Sistem Handbook. McGraw Hill, New York.

8. M. Syamsir Yudha. (2001). Perencanaan Program Komputer sebagai Sistem pendukung (Supporting System) pada Proses Desain (Design Process) Pompa Sentrifugal. Medan.

9. Sofyan M. Noerbambang. (2000). Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plumbing. PT Pradnya Paramitha, Jakarta.

10. Suhendra C. F. Saragih. (2008). Perancangan Sistem Distribusi Air Bersih. Medan.

11. Sularso, Haruo Tahara. (2000). Pompa dan Kompressor: Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan. PT. Pradnya Paramitha, Jakarta.

12. Austin H. Church, Zulkifli Harahap, (1990). Pompa dan Blower Sentrifugal. PT. Erlangga, Jakarta. p.: 128-143.

13. Reuben M. Olson. Steven J. Wright. (1989). Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik. Edisi Kelima. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.p.: 360.

14. Viktor L. Streeter, Arko Prijono. (1992). Mekanika Fluida Jilid I dan Jilid II. Edisi delapan. PT. Erlangga, Jakarta. p.: 202-407.

15. M. Orianto, W.A. Pratikto. (1989). Mekanika Fluida I. BPFE, Yogyakarta. p.: 6-80.