Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan Bertekanan untuk Irigasi Padi Sawah di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat).

PERENCANAAN SISTEM JARINGAN PERPIPAAN
BERTEKANAN UNTUK IRIGASI PADI SAWAH DI BALAI
BESAR PENELITIAN TANAMAN PADI
(SUBANG, JAWA BARAT)

MOCHAMAD RIZKY RAMADHAN

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul Perencanaan
Sistem Jaringan Perpipaan Bertekanan untuk Irigasi Padi Sawah di Balai Besar
Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat) adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal dari atau dikutip dari
karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan

dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2015
Mochamad Rizky Ramadhan
NIM F44110036

ABSTRAK
MOCHAMAD RIZKY RAMADHAN. Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan
Bertekanan untuk Irigasi Padi Sawah di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi
(Subang, Jawa Barat). Dibimbing oleh BUDI INDRA SETIAWAN.
Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (BB Padi) merupakan lembaga
penelitian yang butuh presisi dan akurasi tinggi untuk memperkuat hasil analisis
penelitian di lembaga tersebut. Salah satu bidang penelitian tersebut adalah
kebutuhan air yang butuh infrastruktur berupa irigasi. Tujuan penelitian ini adalah
merencanakan sistem jaringan perpipaan bertekanan terpendam untuk irigasi padi
sawah yang dimulai dari penentuan diameter hingga analisis struktur. Penentuan
diameter dilakukan dengan menggabungkan persamaan Bernoulli dan DarcyColebrook-White, sedangkan analisis strukturnya mengikuti standar American
Water Works Association (AWWA) M41 untuk pipa berbahan ductile iron. Hasil
perencanaan menunjukkan bahwa air dari inlet tidak dapat mengalir secara

gravitasi, sehingga membutuhkan pompa untuk distribusi air dengan selisih head
antara inlet hingga outlet sebesar 2.73 m. Diameter pipa utama berturut-turut adalah
36, 30, 24, dan 18 in sedangkan pipa cabang diseragamkan yaitu 8 in. Gradien
hidrolik di sepanjang aliran bernilai positif dan melampaui tekanan operasi
minimum di setiap node, sehingga air dipastikan dapat mengalir ke seluruh pipa
baik utama maupun cabang. Hasil analisis struktur pipa akibat pembebanan
eksternal menunjukkan bahwa tekanan total masih di bawah tekanan tekuk
maksimum. Tekanan total juga masih di bawah tekanan defleksi maksimum. Oleh
karena itu, pipa rencana dapat menahan pembebanan dan aman dari faktor tekuk
dan defleksi cincin.
Kata kunci: Balai Besar Penelitian Tanaman Padi, ductile iron, gradien hidrolik,
irigasi, pipa bertekanan

ABSTRACT
MOCHAMAD RIZKY RAMADAN. Pressurised Pipeline Network System Design
for Paddy Irrigation in Indonesian Center for Rice Research (Subang, West
Java).Supervised by BUDI INDRA SETIAWAN.
Indonesian Center for Rice Research (ICRR) is a research institute that need
precision and high accuracy to strengthen the analysis of research at the institute.
One of those research is water balance analysis that need infrastructure such as

irrigation. The objective of this research was to design burried pressure pipeline
network system for paddy irrigation which starts from the determination of the
diameter to the structural analysis. Diameter determination is done by combining
the Bernoulli and Darcy-Colebrook-White equation, whereas the structure analysis
following the standard of American Water Works Association (AWWA) M41 for
pipes made of ductile iron. The results of design indicated that the water from the
inlet could not flow by gravity, thus requiring the pump with head difference
between the inlet to the outlet was 2.73 m. The main pipe diameters were

respectively 36, 30, 24, and 18 in the pipeline while the branch was uniformed with
8 in. Hydraulic gradient along the flow was positive and exceeded the minimum
operating pressure at each node, making sure the water can flow throughout both
the main and branch pipes. Results of the analysis of the structure of the pipeline
due to external loading indicated that the total pressure was still below the
maximum bending stress. Total pressure also remained under maximum pressure
deflection. Therefore, the pipe can withstand a design load and secure from
buckling factor and ring deflection.
Key words: ductile iron, hydraulic gradient, Indonesian Center for Rice Research,
irrigation, pressurized pipe

PERENCANAAN SISTEM JARINGAN PERPIPAAN
BERTEKANAN UNTUK IRIGASI PADI SAWAH DI BALAI
BESAR PENELITIAN TANAMAN PADI
(SUBANG, JAWA BARAT)

MOCHAMAD RIZKY RAMADHAN

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan
karunia-Nya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Pebruari 2015 ini adalah irigasi,
dengan judul Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan Bertekanan untuk Irigasi Padi
Sawah di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat).
Terima kasih diucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan,
M.Agr. selaku pembimbing. Terima kasih juga diucapkan kepada Bapak Ir.
Sudibyo TW Utomo, M.S. selaku pembimbing lapang. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada kedua orang tua tercinta Bapak Mochamad Hidayat, Ibu
Musriati, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih sayang yang telah diberikan.
Penghargaan juga diberikan kepada rekan-rekan satu tim penelitian, Dhanu
Prakoso, Achmad Fachrie Afifie, Fikri Surya Andika, Ahmad Sidik, dan
Muhammad Ridwan atas semangat, kerja keras, dan kerjasamanya selama
penelitian ini berlangsung.
Karya ilmiah ini jauh dari sempurna, tetapi diharapkan karya ilmiah ini
bermanfaat bagi akademisi dan bagi pembaca.
Bogor, Juli 2015

Mochamad Rizky Ramadhan

DAFTAR ISI
DAFTAR ISI

vii

DAFTAR TABEL

viii

DAFTAR GAMBAR

vii

DAFTAR LAMPIRAN

iix

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

1

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

Ruang Lingkup Penelitian

2

METODE PENELITIAN

3

Waktu dan Lokasi Penelitian

4

Alat dan Bahan

4

Analisis Data

4

HASIL DAN PEMBAHASAN

9

Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan

9

Material Pipa

9

Analisis Ketersediaan Head dari Inlet sampai Outlet untuk Menentukan Metode
Distribusi
10
Penentuan Tekanan Operasi Minimum di Node Terakhir

11

Pemilihan Pompa

13

Analisis Gradien Hidrolik untuk Menentukan Diameter dan Headloss Optimum
pada Pipa Utama
16
Mekaninsme Pengaliran di Petak Kuarter

22

Analisis Struktur Pipa

23

SIMPULAN DAN SARAN

26

Simpulan

26

Saran

27

DAFTAR PUSTAKA

28

LAMPIRAN

26

RIWAYAT HIDUP

72

DAFTAR TABEL
1 Hubungan antara kedalaman tutupan dengan impact factor
7
2 Komponen karaketeristik kekuatan pipa ductile iron
10
3 Perhitungan headloss mayor menggunakan persamaaan Darcy- ColebrookWhite
13
4 Perhitungan headloss minor
13
5 Pemilihan pompa untuk skala kecil
14
6 Data pengukuran suhu yang diambil pada tanggal 14 – 15 Juni 2015 untuk
menentukan nilai viskositas kinematik air
17
7 hasil perhitungan data sedimentasi
18
8 Hasil perhitungan dimensi dan headloss mayor pipa utama dengan persamaan
Darcy-Colebrook-White
20
9 Headloss minor pada pipa utama
21
10 Pengecekan tekanan operasi minimum node terhadap tekanan pipa utama 22
11 Hasil pengujian berat jenis tanah
24
12 Hasil perhitungan beban tanah
24
13 Pembebanan akibat kendaraan
25
14 Hasil perhitungan tekanan tekuk maksimum pada cincin
25
15 Hasil analisis tekanan maksimum pada cincin terhadap defleksi
25
16 Perbandingan tegangan-tegangan izin dengan tegangan yang bekerja pada pipa
26

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6

Diagram alir penelitian
Ductile iron sebagai material utama pipa irigasi
Ilustrasi pemasangan ductile iron di lapangan
Beda elevasi antara muka air di inlet dengan elevasi sawah tertinggi
Pengukuran elevasi muka air di tempat perencanaan inlet
Analisis head di cabang pipa terakhir untuk menentukan tekanan
operasi
minimal
7 Penentuan tipe pompa berdasarkan korelasi antara debit terhadap total head
8 Pompa tenggelam tipe Flygt vertical pump untuk axial dan mixed flow
9 Diagram kedalaman untuk desain intake terbuka
10 Diagram headloss pada pompa
11 (a) Desain kolam penyaring sampah (b) Desain rumah pompa
12 Pengukuran suhu air untuk menentukan nilai viskositas kinematik
13 Ilustrasi HGL
14 Gradien hidrolik di sepanjang pipa utama
15 Mekanisme pengaliran pada petak kuarter
16 Mekanisme pengaliran dari pipa utama ke pipa cabang
17 Prisma tanah
18 Distribusi beban tekanan akibat kendaraan

3
10
10
11
11
12
14
15
15
16
16
17
19
21
23
24
24
25

19 (a) tekuk (b) defleksi

25

DAFTAR LAMPIRAN
1 Nilai-nilai desain untuk kondisi pipa terbaring standar
2 Tebal nominal untuk standar kelas tekan pipa ductile iron
3 Nilai kekasaran absolut pipa
4 Nilai koefisien headloss minor pada fitting pipa
5 Daftar pompa air Flygt Xylem, kapasitas dan ukuran
6 Perhitungan headloss mayor pipa cabang 19 B
7 Perhitungan headloss mayor pipa cabang 1 B
8 Perhitungan headloss minor pipa cabang 19 B
9 Perhitungan headloss minor pipa cabang 1 B
10 Dimensi pasar katup alfalfa
11 Gradien hidrolik pipa cabang 1B
12 Gradien hidrolik pipa cabang 9B
13 Gradien hidrolik pipa cabang 19
14 Gradien hidrolik pipa utama
15 Peta kontur hasil pemetaan topografi BB Padi
16 Peta lahan sawah eksisting BB Padi
17 Peta konsolidasi lahan BB Padi
18 Skema jaringan pipa irigasi
19 Posisi katup alfalfa relatif terhadap lahan dan pipa cabang
20 Desain 2D kolam penyaring sampah (inlet)
21 Desain 3D kolam penyaring sampah (inlet)
22 Desain 2D rumah pompa
23 Desain 3D rumah pompa
24 Desain 3D penyaring sampah render
25 Denah Tap 1
26 Potongan A-A denah Tap 1
27 Potongan B-B denah Tap 1
28 Denah 3D Tap 1
29 Detil denah 3D Tap 1
30 Denah pipa utama menuju pipa cabang (Tap 1-10)
31 Potongan A-A denah pipa utama menuju pipa cabang (Tap 1-10)
32 Potongan B-B denah pipa utama menuju pipa cabang (Tap 1-10)
33 Detil 3D pipa utama menuju pipa cabang
34 Denah katup alfalfa
35 Potongan A-A denah katup alfalfa
36 Potongan B-B denah katup alfalfa
37 Detil 3D katup alfalfa
38 Denah Tap 10 (perubahan diameter)
39 Potongan A-A denah Tap 10 (perubahan diameter)
40 Potongan B-B denah Tap 10 (perubahan diameter)
41 Detil 3D Tap 10 (perubahan diameter)

29
30
31
32
33
34
35
36
38
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (BB Padi) merupakan bagian dari
Badan Litbang Departemen Pertanian dengan visinya sebagai “Sumber IPTEK
tanaman padi terdepan, profesional, mandiri, dan mampu menghasilkan teknologi
padi sesuai dengan kebutuhan pengguna”. Dalam upaya mewujudkan visi tersebut,
BB Padi membutuhkan fasilitas struktur dan infrastruktur agar kegiatan penelitian
bisa berjalan dengan baik. Salah satu infrastruktur terpenting yang perlu tersedia
adalah sistem jaringan irigasi sebagai komponen utama penyedia kebutuhan air bagi
tanaman padi.
Sistem jaringan irigasi mempunyai ruang lingkup mulai dari pengembangan
sumber air, penyediaannya, penyaluran dari sumber ke daerah pertanian,
pembagian dan penjatahan air pada areal pertanian, serta penyaluran kelebihan air
irigasi secara teratur (Partowijoyo 1984). Irigasi berguna juga untuk mempermudah
dalam pengolahan tanah, mencegah pertumbuhan gulma, mencegah terjadinya
akumulasi garam, mengatur suhu tanah dan membantu dalam usaha sanitasi
(Hansen, et al 1986).
Hasil evaluasi jaringan irigasi di BB Padi menunjukkan bahwa jaringan
irigasi yang digunakan adalah sistem jaringan irigasi teknis dengan saluran terbuka.
Sistem irigasi ini mampu menyuplai kebutuhan air dalam skala besar. Hasil evaluasi
juga menunjukkan bahwa kondisi eksisting saluran dan bangunan irigasi di BB Padi
tidak terawat. Kerusakan saluran, bangunan, dan sedimentasi terjadi hampir di
sepanjang saluran irigasi maupun drainase. Selain kerusakan, banyak ditemukan
komponen bangunan bagi, sadap, dan pengatur yang hilang di sepanjang saluran
sekunder dan tersier. Sebagai lembaga penelitian yang membutuhkan presisi tinggi
dalam suplai kebutuhan air, hal ini sangat penting untuk dihindari menyangkut
tingkat akurasi dalam hasil analisis penelitian di lembaga tersebut.
Oleh karena itu, BB Padi perlu melakukan perbaikan dan modernisasi
jaringan irigasi seperti pada negara-negara maju, sehingga diperlukanlah sebuah
penelitian yang mencakup perencanaan infrastruktur irigasi mulai dari pemetaan
topografi, konsolidasi, analisis hidrologi, irigasi, drainase, dan struktur
bangunannya. Saluran dan bangunan irigasi yang akan didesain terintegrasi dengan
sistem perpipaan yang didesain untuk dua kondisi, yaitu tekanan rendah melalui
sistem gravitasi dan tekanan tinggi melalui sistem pemompaan. Sistem perpipaan
yang didesain diharapkan mampu untuk mengurangi kehilangan air akibat
rembesan dan evaporasi, mudah dikontrol, dipelihara, dan didistribusikan pada
daerah dengan kondisi topografi yang tidak seragam.
Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas sebagai objek penelitian ini meliputi :
1. Bagaimana merencanakan dan membuat layout jaringan perpipaan
berdasarkan pola konsolidasi lahan?
2. Bagaimana sistem distribusi air irigasi yang digunakan?

2

3. Bagaimana cara menentukan jumlah debit yang mengalir di pipa utama dan
di tiap pipa cabang?
4. Bagaimana cara menentukan dimensi dan material pipa, serta headloss yang
terjadi pada pipa utama maupun cabang?
5. Apakah struktur pipa mampu menahan beban eksternal?
Tujuan Penelitian
Tujuan dilaksanakannya penelitian ini meliputi :
1. Menghitung ketersediaan head dari inlet hingga outlet untuk menentukan
metode distribusi air dengan sistem perpipaan
2. Menghitung debit, headloss tiap cabang dan pipa utama serta menentukan
diameter optimumnya
3. Menghitung tekanan operasi minimum di node pipa cabang terakhir dan
pipa utama melalui analisis dengan gradien hidrolik
4. Menghitung kekuatan struktur pipa dan membandingkannya dengan
tekanan-tekanan izinnya
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Memberikan informasi bagi Balai Besar Penelitian Tanaman Padi mengenai
kondisi sistem jaringan irigasi eksisting
2. Sebagai masukan bagi Balai Besar Penelitian Tanaman Padi untuk
melakukan perbaikan guna meningkatkan akurasi penelitian serta mampu
menyetarakan diri dengan lembaga penelitian di negara lain melalui
modernisasi sistem jaringan irigasi dan desain teknis sistem perpipaan jika
kelak hendak diterapkan
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dibatasi hanya untuk perencanaan sistem jaringan pipa irigasi
saja karena data dan poin-poin analisis yang digunakan terbilang banyak. Selain itu,
penelitian ini dilakukan dalam satu kelompok tim sehingga perlu untuk memahami
empat unsur utama lainnya yang mendukung rancangan sistem ini. Penelitian ini
tidak membahas:
1.
2.
3.
4.

Pemetaan topografi dan analisis pola aliran lahan BB Padi
Perencanaan dan perancangan konsolidasi lahan BB Padi
Analisis keseimbangan dan kebutuhan air padi sawah di lahan BB Padi
Perencanaan dan perancangan sistem dan saluran drainase

3

METODE PENELITIAN
Berikut merupakan alur penelitian yang digunakan untuk merencanakan dan
merancang sistem jaringan pipa irigasi di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi.
Mulai

Pengambilan Data

Inlet

Tinggi
muka air

Metode
distribusi

Suhu air

Kantor BB Padi

Jalan usaha tani

Iklim

Sampel
tanah

Kebutuhan air tiap
petak kuarter

Berat jenis tanah

Pengolahan data
 Persamaan Bernoulli
 Persamaan Darcy-Colebrook-White
Perhitungan pembebanan
 Tanah
 Kendaraan

Analisis data









Tipe pompa
Debit
Diameter pipa
Material pipa
Tekanan operasi minimal di outlet cabang terakhir
Gradien hidrolik pipa cabang
Gradien hidrolik pipa utama

Analisis struktur
 Tegangan tekuk cincin
 Defleksi cincin
Tidak
aman
Cek tegangan
izin

Aman
Selesai

Gambar 1 Diagram alir penelitian

4

Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan selama 5 bulan, dimulai pada bulan Pebruari
2015 sampai Juni 2015. Lokasi pengambilan data dilakukan di Balai Besar
Penelitian Tanaman Padi (BB Padi) Sukamandi, Subang, Jawa Barat. Lokasi
pengujian berat jenis tanah dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah,
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Pengolahan
dan analisis data dilakukan di kampus Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat penelitian yang digunakan adalah meteran, penggaris, theodolite,
kompas, GPS, patok top soil 30 cm (interval 5 cm), piknometer 50 mL atau 100
mL, termometer, timbangan digital dengan ketelitian ±0.05 g, saringan nomor 6,
laptop yang terinstal software Ms. Word, Ms. Excell yang terpasang ekstensi Solver,
ArcGIS Desktop 10.0, Surfer 9 dan AutoCAD 2014. Bahan penelitian yang
digunakan antara lain baterai GPS, sampel tanah terganggu, dan aquades.
Analisis Data
Perencanaan sistem jaringan pipa irigasi dibagi menjadi dua tahap, yaitu
perencanaan pipa utama dan cabang. Kedua perencanaan pipa dilakukan dengan
metode analisis yang sama namun dengan hasil yang berbeda. Analisis head di inlet
dan outlet dilakukan pertama kali untuk menentukan metode distribusi yang
digunakan, dengan pompa atau gravitasi. Pengukuran tinggi muka air di inlet dan
suhu air dilakukan bersamaan pada tanggal 14 – 15 Juni 2015. Total head pada
suatu titik (keran/outlet/valve) dianalisis menggunakan persamaan Bernoulli.
P1 v1 2
P2 v2 2
+
+z1 = +
+z +Hl……… 1
γ 2g
γ 2g 2
Keterangan : H = total head (m)
� = tekanan (m)
� = berat jenis air (kg ms-1)
v = kecepatan aliran (ms-1)
z = elevasi terhadap datum (m)
Hl = kehilangan head akibat gesekan dan komponen perpipaan (m)
Kehilangan energi yang dianalisis terjadi akibat dua faktor, yaitu karena
gesekan dan komponen pipa (katup, sambungan, belokan, perubahan diameter, dll)
atau mayor dan minor. Nilai kecepatan aliran tidak dapat ditentukan karena
merupakan variabel yang belum diketahui dan perlu dianalisis. Penentuan headloss
akibat gesekan dilakukan menggunakan persamaan Darcy-Colebrook-White pada
persamaan (2). Persamaan ini juga mendasari teori Quantity Balance dalam analisis
debit yang mengalir pada setiap cabang pipa. Diameter dan friction headloss
merupakan variabel yang diiterasi untuk dicari nilai yang paling optimum dengan
program Solver bawaan dari Microsoft Excel. Analisis yang dilakukan diasumsikan
tidak memperhitungkan korelasi antara tekanan terhadap debit, sehingga tekanan

5

tidak ikut diiterasi. Nilai headloss pada beberapa kasus ditentukan agar mendapat
nilai headloss yang diinginkan. Panjang pipa sudah ditentukan pada tahap
perancangan konsolidasi lahan.

v=

4Q
2

πD

= -2√2gD

K
Hf
2.51ϑ
Log
+
………(2)
3.7D
L
Hf
D√2gD ]
[
L

μ T =2.414 x 10-5 x 10247.8/(T Kelvin
μ
ϑ = ………... 4
ρ

-140)

.........(3)

atau

ϑ =
Keterangan:

Q
D
Hf
L
g
K
�

T
�

40 x 10-6
………(5)
20+T

= debit (m3 s-1)
= 3.14
= diameter dalam (m)
= headloss akibat gesekan (m)
= panjang pipa (m)
= percepatan gravitasi, 9.81 (m s-2)
= koefisien keakasaran absolut (m)
= viskositas absolut (kg m-1s-1)
= densitas (kg m-3)

= temperatur (oC)
= viskositas kinematik (m2 s-1)

Untuk mulai melakukan pengukuran sedimen yang dapat diendapkan pada bak
pengendap, dilakukan tahapan perhitungan melalui persamaan-persamaan berikut:
V total = p x l x t.........(6)
V sedimen = 1/3 x V total.........(7)
Qs = 0,0864 x c x Q.........(8)
Qs’ = 0,2 x Qs.........(9)
T
Keterangan:

p
l
t
Vtotal
Vsedimen
c

= V sedimen / Qs’..........(10)
= panjang saluran (m)
= lebar saluran (m)
= tinggi saluran (m)
= volume bak pengendap (m3)
= kapasitas volume yang mengendap (m3)
= konsentrasi sedimen yang melayang (kg m-3)

6

= debit aliran (m3 det-1)
= debit sedimen yang masuk (kg s-1)
= laju pengendapan sedimen (kg hari-1)

Q
Qs
Qs’

Kombinasi diameter yang dianalisis harus mengikuti 3 batasan utama, yaitu
konservasi massa di node, konservasi energi di pipa, dan tekanan minimum di node.
Ketersediaan diameter di pasar juga harus dipertimbangkan dalam analisis. Secara
matematis, batasan tersebut dijabarkan dalam persamaan berikut.
a-1

(Konservasi massa) QT = Qa + ∑ QLi ………(11)
i=1

NT

m

(Konservasi energi) ∆H = ∑ hfi + ∑ hmi ………(12)
i=1

i=1

(Tekanan minimum) Hj ≥ Hmin
j ……… 13
: QT
Qa
QLi
Di
∆H
NT
m
hfi
hmi
Hj
Hjmin

Keterangan

= debit total di seri pertama pipa (m3 s-1)
= debit di pipa (m3 s-1)
= debit di lateral atau cabang di ujung pipa i (m3 s-1)
= diameter pipa i (m)
= perbedaan head (m)
= jumlah pipa dalam seri
= jumlah fitting yang menyebabkan headloss minor
= kehilangan head akibat gesekan di pipa i (m)
= kehilangan head minor akibat fitting (m)
= piezometric head di pipa j (m)
= tekanan minimum yang dibutuhkan node j (m)

Prosedur analisis kekuatan struktur pipa diawali dengan melakukan
pengujian berat jenis tanah. Pengujian berat jenis tanah dilakukan di Laboratorium
Fisika dan Mekanika Tanah, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan pada
tanggal 17-19 Juni 2015. Prosedur perhitungan nilai berat jenis tanah mengikuti
persamaan berikut.
o

ma T C =

Berat jenis air pada T o C
'o

Berat jenis air pada T C
Gs T o C/T o C =

o

x(m'a (T' C)-mf )+mf ………(14)

ms
………(15)
ms +(ma -mb )

Keterangan: ma’(T’oC) = berat piknometer dan air destilasi pada kalibrasi dengan
suhu T’oC (g)
mf
= berat piknometer kosong (g)
ms
= berat tanah kering oven di dalam piknometer (g)
ma
= berat piknometer dan air pada T oC (g)
mb
= berat tanah, air, dan piknometer pada T oC (g)

7

Nilai berat jenis tanah kemudian dimasukkan ke dalam persamaan (16) untuk
menentukan tekanan tanah. Persamaan yang digunakan sebagai berikut.
Ps = γs x h………(16)
Keterangan:

= tekanan tanah (lb ft-2)
= berat jenis tanah (lb ft-3)
= kedalaman tanah di atas pipa (ft)

Ps
��
h

Setelah tekanan tanah ditentukan, maka ditentukan tekanan akibat beban
kendaraan yang melintas di atas pipa yang terkubur. Persamaan yang digunakan
adalah sebagai berikut.
Untuk Do -t < 2.67h x 12
Do -t
12
3
2.67h

0.48PL If

WL =

2

[

2.67h
-0.5] ………(17)
Do -t
12

Untuk Do -t ≥ 2.67h x 12
WL =

0.64PL If
………(18)
h

Pw =
Keterangan:

WL
PL
If
h
Do
t
Pw

WL
………(19)
Do
12

= beban kendaraan per linier (lb ft-1)
= beban kendaraan di permukaan (lb)
= impact factor (Tabel 1)
= tinggi permukaan tanah di atas pipa teratas (ft)
= diameter luar pipa (in)
= tebal dinding pipa (in)
= tekanan di atas pipa akibat beban kendaraan (lb/ft2)

Tabel 1 Hubungan antara kedalaman tutupan dengan impact factora
Impact factor
Kedalaman tutupan
< 1’0”
1.3
1’1” – 2’0”
1.2
2’0” -2’11”
1.1
≥ 3’0”
1.0
a

Sumber: Anderson (2005)

Kebutuhan tebal dinding pipa dalam masa pembebanan eksternal
bergantung pada 2 pertimbangan desain, yaitu tegangan tekuk dan defleksi cincin.
Desain tegangan tekuk cincin ditentukan melalui persamaan berikut.

8

f

Pbs =
3

Do
t

Do
-1
t

Kb [

………(20)
Kx
8E
3 +0.732
Do
E'
]
t -1

t = tn -service allowance-casting tollerance………(21)
P = Ps +Pw +Pv ……… 22
Tekanan total pipa terkubur, P, harus lebih kecil dari tekanan tekuk maksimum
cincin, Pbs, dengan ketentuan sebagai berikut.
P ≤ Pbs x 144………(23)
Keterangan : Pbs
f
Do
t
tn
Kb
Kx
E
E’
Pv
P

= tekanan maksimum tegangan tekuk cincin (psi)
= desain maksimum tegangan tekuk cincin (48000 psi)
= diameter luar pipa (in)
= ketebalan dinding bersih (in)
= ketebalan nominal (in) (Lampiran 2)
= koefisien momen tekuk (Lampiran 1)
= koefisien defleksi (Lampiran 1)
= modulus elastisitas (24 x 106 psi)
= modulus reaksi tanah (psi) (Lampiran 1)
= tekanan vakum internal (lb ft-2)
= tekanan desain (lb ft-2)

Nilai service allowance diambil sebesar 0.08 in menurut (AWWA, 2002). Nilai
casting tollerance dapat dilihat pada Lampiran 2. Desain untuk defleksi cincin
dilakukan sesuai dengan persamaan berikut.

Prd =

∆x
D
12Kx

8E
Do
-1
( t1

3 +0.732E'

………(24)

)

t1 = tn -casting tollerance………(25)
Tekanan total pipa terkubur, P, harus lebih kecil dari tekanan izin defleksi cincin,
Prd, dengan ketentuan sebagai berikut.
P ≤ Prd x 144………(26)
Keterangan:

Prd

∆�
�

t1

= tekanan izin defleksi cincin (psi)
= persentase defleksi, 5 % tanpa pelapisan, 3 % untuk
pelapisan dengan campuran mortar-semen
= ketebalan minimum saat diproduksi (in)

9

HASIL DAN PEMBAHASAN
Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan
Perencanaan sistem jaringan irigasi perpipaan diawali dengan membuat
desain rencana. Desain didapat dari hasil konsolidasi dan telah disesuaikan dengan
lahan, saluran drainase, jalan usaha tani, dan struktur lain di BB Padi baik alami
atau buatan. Pemilihan sistem jaringan perpipaan sebagai struktur bangunan
pembawa air irigasi dipengaruhi oleh banyak faktor dan pertimbangan. Jika dilihat
dari sisi keuntungan, jaringan perpipaan dapat mengeliminasi kehilangan air akibat
rembesan dan evaporasi, menghindari tumbuhnya rumput di badan saluran,
meringankan distribusi air pada lahan tidak rata, mengurangi pemeliharaan, dan
mengontrol air irigasi dengan baik. Akan tetapi, sistem perpipaan juga memiliki
kekurangan, antara lain biaya awal yang mahal dan rentan mengalami kerusakan
akibat tindak kejahatan (Robinson, 1983).
Jaringan perpipaan direncanakan terdiri atas 4 buah komponen utama, yaitu
inlet, outlet, pipa utama, dan cabang. Inlet diletakkan di bagian Barat BB Padi yang
menyadap air dari saluran sekunder. Inlet yang dirancang berupa reservoir untuk
menampung air sebelum didistribusikan oleh pipa utama. Pipa utama didesain
dengan membagi BB Padi menjadi dua bagian, utara dan selatan, yang telah
disesuaikan dengan kontur rencana hasil gali dan timbun. Panjang seluruh pipa
utama adalah 4880 m. Pipa utama dan pipa cabang disusun secara seri. Pada pipa
utama, terdapat 19 seri dan percabangan. Percabangan pada pipa utama dibagi
menjadi dua arah, yaitu arah pengaliran utara dan selatan. Pipa cabang berjumlah
34 buah dengan panjang keseluruhan mencapai 16910 m. Outlet yang dirancang
difungsikan untuk membuang kelebihan air irigasi, sehingga dapat langsung
diarahkan menuju danau di taman burung.
Peta kontur hasil pemetaan topografi BB Padi dapat dilihat pada Lampiran
15. Selanjutnya, kontur hasil perataan BB Padi setelah dilakukan perhitungan gali
timbun dapat dilihat pada Lampiran 16. Berikutnya, hasil konsolidasi lahan BB Padi
dapat dilihat di Lampiran 17. Terakhir, sistem jaringan perpipaan dapat dilihat pada
Lampiran 18. Peta-peta tersebut sangat dibutuhkan untuk melakukan desain,
terutama untuk menentukan posisi kedalaman pipa di bawah tanah, mengetahui
panjang segmen pipa, dan daerah pengairan setiap cabang pipa. Oleh karena itu,
desain sistem jaringan perpipaan merupakan tahap awal yang penting untuk
dilakukan pertama kali.
Material Pipa
Ductile cast iron (besi tuang daktil atau ulet) adalah material plastis yang
dapat ditempa, berbahan dasar besi karbon yang kuat dengan sebagian besar fraksi
karbon merupakan grafit speroidal. Ductile iron memiliki nilai kekasaran absolut
sebesar 0.002591 m (Lampiran 3). Perkembangan teknologi yang pesat dari sistem
perpipaan dengan bahan ductile iron menawarkan banyak keuntungan. Teknologi
sambungan “tekan-masuk” yang mudah, aman, dan cepat dalam pemasangan serta
daya tahan yang kuat. Ductile iron juga mampu menahan kedua pembebanan baik
internal maupun eksternal dengan baik dengan biaya pemasangan serta perawatan
yang murah. Pemilihan material ini juga turut didasari beberapa faktor utama,

10

antara lain waktu operasi dapat mencapai 100 tahun, laju kerusakan rendah,
materialnya berasal dari sisa sisa besi (ramah lingkungan), transpor air yang
higienis, kuat, karakteristik superior, tahan api, dll. Secara lebih jelas, komponen
karaketeristik kekuatan material terpilih dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Komponen karaketeristik kekuatan pipa ductile iron
Karakteristik
Dimensi
Nilai
Kuat tekan
MPa
550
Modulus elastisitas
MPa
160,000-170,000
Kuat ledak
MPa
300
Rentang tegangan
MPa
135

Gambar 2 Ductile iron sebagai material utama pipa irigasi

Gambar 3 Ilustrasi pemasangan ductile iron di lapangan
Analisis Ketersediaan Head dari Inlet sampai Outlet untuk Menentukan
Metode Distribusi
Kontur hasil perataan pada Lampiran 16 menjadi dasar pertimbangan selisih
total head antara inlet dengan outlet. Data pengukuran elevasi muka air di saluran
sekunder (rencana penempatan inlet) dipadukan dengan data topografi hasil
perataan. Gambar 5 menunjukkan dokumentasi dari proses pengukuran elevasi
muka air di inlet. Pemaduan data topografi dengan elevasi muka air dilakukan
karena kedalaman aliran, y, merupakan unsur persamaan Bernoulli yang harus
diperhitungkan dalam perhitungan total head.

11

Hasil pemetaan topografi dan pengukuran elevasi muka air di inlet
menunjukkan bahwa piezometric head pada inlet sebesar 26.56 m dpl. Elevasi
sawah tertinggi yang perlu diairi berada pada elevasi 29.29 m dpl sehingga terdapat
kekurangan head sebesar 2.73 m seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Hal ini belum
termasuk kehilangan head akibat gesekan dan fitting pipa di sepanjang aliran.
Selain itu, titik elevasi sawah tertinggi bukan berada pada node terakhir, sehingga
dibutuhkan tambahan head untuk mengalirkan air hingga ke petak sawah terakhir.
Metode distribusi dengan cara gravitasi tidak mungkin dapat diterapkan pada
kondisi ini. Hal ini disebabkan air tidak mungkin dapat mengalir dari tempat yang
rendah ke tempat yang tinggi. Oleh karena itu, perlu adanya infrastruktur lain untuk
meningkatkan head di hulu sehingga air dapat mengalir. Infrastruktur yang dapat
digunakan adalah pompa air.

Gambar 4 Beda elevasi antara muka air di inlet dengan elevasi sawah tertinggi

Gambar 5 Pengukuran elevasi muka air di tempat perencanaan inlet
Penentuan Tekanan Operasi Minimum di Node Terakhir
Hydraulic Grade Line (HGL) menunjukkan elevasi dari pressure head di
sepanjang pipa. Pada pipa seragam, nilai dari velocity head konstan dan Energy
Grade Line (EGL) paralel dengan HGL. HGL disebut juga piezometric head yang
menunjukkan posisi muka air. Untuk semua pipa seri, HGL awal dan akhir harus
diketahui untuk melakukan analisis head di sepanjang pipa. Pada titik awal, absis
0, HGL adalah piezometric head masukan (entry). Absis nol dalam pipa utama
adalah pompa dan dalam pipa cabang nilainya dirunut dari outlet terakhir pada
cabang tersebut. Pada titik akhir, absis sama dengan panjang pipa, HGL akan
minimum pada titik ini yang merupakan elevasi outlet terakhir ditambah pressure
head yang dibutuhkan (Saldarriaga et al. 2011). Penentuan tekanan operasi
minimum dihitung menggunakan persamaan Bernoulli dan persamaan Darcy-

12

Colebrook-White. Penyajian secara visual dilakukan dengan menampilkan gradien
hidrolik seperti pada Gambar 6 dan lebih jelas di Lampiran 13.
HGL pada Gambar 6 berbentuk kurva parabolik. Hal ini sesuai dengan hasil
penelitian yang dikemukakan oleh Saldarriaga, bahwa untuk setiap pipa seri, biaya
desain minimum selalu berbentuk kuadratik. Salah satu penyebab kurva kuadratik
adalah adanya node atau outlet di sepanjang pipa yang menyadap debit aliran.
Akibat penyadapan ini, maka debit di pipa seri akan berkurang begitupun
kecepatannya. Kecepatan merupakan fungsi dari headloss, baik mayor maupun
minor, sehingga di awal node terlihat bahwa penurunan head lebih besar dibanding
node yang relatif diletakkan diakhir.

Gambar 6 Analisis head di cabang pipa terakhir untuk menentukan tekanan
operasi minimal
Wu (1975) menyatakan “Pada bagian tengah pipa seri HGL optimum
memiliki selisih 15% dengan total kehilangan head yang mengacu pada HGL garis
lurus”. Kriteria Wu untuk desain sistem irigasi hanya dapat diaplikasikan pada pipa
dengan debit sadap dan jarak antar node yang sama. Hasil analisis menunjukkan
bahwa selisih HGL adalah 0.14 m atau 17% dari total kehilangan head. Persentase
ini dapat diubah dengan mengubah diameter pipa. Akan tetapi, pemilihan diameter
yang lebih kecil dari 6 in tidak mungkin dapat dilakukan karena diameter minimum
katup alfalfa adalah 6 in . Oleh karena itu, diameter 6 in tetap dipilih sebagai
diameter pipa cabang. Kriteria diameter katup alfalfa yang tersedia di pasar dapat
dilihat pada Lampiran 19.
Debit yang keluar di setiap outlet disesuaikan dengan debit yang dibutuhkan
oleh tiap petak kuarter. Diameter pipa ditentukan di awal pada pipa cabang dan
disesuaikan dengan diameter katup alfalfa yang tersedia di pasar. Nilai headloss
mayor didapat dengan melakukan iterasi pada persamaan Darcy-Colebrook-White
seperti ditunjukkan pada Tabel 3. Nilai headloss total sebesar 0.69 m. Kecepatan
seperti yang telah dijelaskan sebelumnya akan menurun hingga ke katup terakhir
sehingga menyebabkan penurunan headloss. Kim (2008) menyatakan “Ketika

13

angka Reynold lebih kecil dari 0.8 x 106, efek sedimentasi pada pipa sirkular lebih
besar dibanding pipa persegi”. Walaupun aliran dalam pipa turbulen (angka
Reynold > 2500), namun efek sedimentasi masih rentan terjadi, sehingga perlu
dilakukan perawatan rutin pada pipa saat kelak dioperasikan.
Headloos minor seperti ditunjukkan pada Tabel 4 bernilai jauh lebih kecil
dibandingkan headloss mayor. Total headloss minor yang terjadi pada sistem
sebesar 0.106 m, hanya 15 % dibandingkan headloss mayor yang terjadi. Kejadian
yang sama juga terjadi pada headloss minor ketika nilai headloss pada outlet di
awal pipa cabang lebih besar dibandingkan outlet di ujung pipa. Pada outlet 4 dan
5, headloss minor sudah sulit teridentifikasi (Gambar 6). Setelah dirunut dari outlet
5 hingga outlet 1, didapatkan piezometric head (initial point) sebesar 3.7 m. Head
inilah yang kemudian harus mampu diberikan oleh pipa utama di node terakhir.
Nilai koefisien headloss minor dapat dilihat di Lampiran 4.

Tabel 3 Perhitungan headloss mayor menggunakan persamaaan Darcy- ColebrookWhite
Headloss
Debit
Panjang Diameter
Kecepatan
Angka
mayor
Outlet
(m3 s-1)
Pipa (m)
(m)
(m s-1)
Reynold
(m)
1
0.0080
0
0.152
0.00
0.44
78636
2
0.0076
66
0.152
0.18
0.41
74373
3
0.0068
107
0.152
0.23
0.37
67108
4
0.0054
146
0.152
0.20
0.30
53302
5
0.0044
94
0.152
0.09
0.24
43345
Tabel 4 Perhitungan headloss minor
Outlet Tipea
1
2
3
4
5
a

(a)
(b)
(a)
(b)
(a)
(b)
(a)
(b)
(a)
(b)

Jumlah Koefisien
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Kecepatan (m s-1)

0.2
3
0.2
3
0.2
3
0.2
3
0.2
3

0.44
0.44
0.41
0.41
0.37
0.37
0.30
0.30
0.24
0.24

Headloss
minor (m)
0.002
0.029
0.002
0.026
0.001
0.021
0.001
0.013
0.001
0.009

(a) Flanged tee line flow dan (b) Alfalfa valve

Pemilihan Pompa
Pemilihan pompa mengacu pada kriteria Food and Agriculture Organization
of The United Nations (FAO) oleh Kay dan Natcho (1992). Pemilihan pompa
diawali dengan penentuan tipe pompa yang mengacu pada grafik di dalam Gambar
7. Untuk debit sebesar 483 l s-1 dapat dipilih pompa jenis axial atau mixed flow.

14

Pompa yang dipilih adalah pompa tipe axial flow karena memiliki head yang lebih
kecil namun cukup untuk mengalirkan air hingga ke petak terakhir dibandingkan
tipe mixed flow dengan head yang sangat besar. Head yang terlalu besar dapat
meningkatkan tekanan internal pompa dan memperbesar headloss.

Gambar 7 Penentuan tipe pompa berdasarkan korelasi antara debit terhadap total
head
Total head pompa aksial dengan debit 483 l s-1 sebesar 8.75 m (Gambar 7).
Penentuan head dilakukan kembali untuk memastikan head pompa aktual yang
akan dipilih sesuai dengan standar yang juga dikeluarkan oleh FAO. Pompa yang
dipilih harus memiliki head di atas 10 m untuk distribusi menggunakan pipa sesuai
dengan persyaratan yang dicantumkan di dalam Tabel 5.
Tabel 5 Pemilihan pompa untuk skala kecila
Sistem Irigasi
Head (m)
Debit
Tipe pompa
Irigasi permukaan
- Distribusi saluran terbuka
5
Berapapun Axialb atau mixed
- Distribusi pipa
10
Berapapun Axialb atau mixed
- Sumur dalam
>20
Berapapun Mixed atau centrifugal
Sistem curah
2-60
Berapapun Centrifugal
Sistem tetes
10-20
Berapapun Centrifugal
a

Sumber: Kay dan Natcho (1992)
Tipe pompa ideal, biasanya jarang tersedia untuk pertanian skala kecil

b

Pencarian distributor pompa perlu dilakukan untuk mengetahui kapasitas
debit dan head aktual dari jenis pompa yang akan dipilih setelah kebutuhan head
pompa diketahui. Pompa terpilih merupakan pompa tenggelam tipe Flygt vertical
pump LL 3300 dengan kapasitas maksimum sebesar 540 l s-1 dan rentang head
antara 3 dan 15 m (Gambar 8). Pompa tenggelam sangatlah efisien, kapasitas yang
besar, hanya butuh sedikit perawatan, dan secara umum sangat ekonomis untuk
sumur dengan kedalaman lebih dari 24 m. Produk pompa terpilih dapat dilihat pada
Lampiran 5.

15

Gambar 8 Pompa tenggelam (submersible) tipe Flygt vertical pump untuk axial
dan mixed flow
Ketinggian air di dalam tangki atau rumah pompa ditentukan berdasarkan
grafik pada Gambar 9. Grafik tersebut merupakan bawaan untuk pompa tipe LL
3300. Hasil plot nilai debit terhadap nilai kritis (garis terbawah) menunjukkan
bahwa kedalaman minimal pompa terhadap dasar tangki adalah 1.01 m.

Gambar 9 Diagram kedalaman untuk desain intake terbuka
Headloss pertama yang dianalisis adalah headloss yang terjadi pada pompa.
Pada pompa tenggelam, kavitasi dapat diredam karena kecilnya headloss minor
(tidak ada belokan dan pipa isap). Selain itu, pemanasan pada pompa dapat pula
diredam karena adanya self cooling (Nalluri & Featherstone, 1995). Headloss pada
sistem pompa propeller nilainya relatif kecil. Eror dalam memprediksi total head
dapat menghasilkan sebuah perubahan yang signifikan dalam menentukan
kebutuhan daya. Untuk seluruh bagian instalasi, headloss yang terjadi pada
komponen pompa harus diakumulasi berdasarkan rencana debit yang digunakan
(friction headloss dalam pipa yang pendek diabaikan). Headloss digambarkan
sebagai fungsi debit pada komponen sistem yang didesain oleh Flygt sebagai brand
pompa seperti terlihat pada Gambar 10. Headloss pompa keluaran Flygt memiliki
keunikan dengan penentuan headloss yang dibuat di dalam satu grafik. Kehilangan
head di pompa akan menjadi initial headloss dan mengurangi total diynamic head
yang tersedia. Kehilangan head sebesar 0.01 m dengan fitting tipe E4, koefisien
sebesar 0.35 dan diameter keluaran pompa sebesar 800 mm.

16

Gambar 10 Diagram headloss pada pompa
Sumber air berasal dari saluran sekunder yang menyadap saluran primer
Tarum Timur. Penyadapan di inlet dilakukan dengan terlebih dahulu menyaring
sampah yang terbawa aliran dengan kapasitas desain kolam penyaringan sampah
sebesar 547 l s-1 (Gambar 11) dan dihubungkan dengan rumah pompa pada
kapasitas yang sama. Desain rumah pompa berbentuk silindris dan mengacu pada
ketentuan desain yang telah ditentukan oleh Flygt sebagai produsen. Detil desain
dapat dilihat pada Lampiran 20, 21, 22, 23, dan 24.

(a)

(b)

Gambar 11 (a) Desain kolam penyaring sampah (b) Desain rumah pompa
Analisis Gradien Hidrolik untuk Menentukan Diameter dan Headloss
Optimum pada Pipa Utama
Debit yang mengalir di setiap jaringan pipa dapat dianalisis dengan beberapa
metode seperti head balance atau Hardy Cross, quantity balance, Newton Raphson,
dan teori linier. Metode yang umum digunakan adalah head balance untuk sistem
loop dan quantity balance untuk sistem tanpa loop. Sambungan antara jaringan pipa
utama dan cabang tidak didesain dengan loop, sehingga digunakan metode quantity
balance untuk analisis debit. Metode ini mengacu pada persamaan (2), (11), dan
(12).
Debit yang masuk ke setiap node telah ditentukan sebelumnya sehingga
debit sisa yang tetap mengalir pada pipa utama dapat ditentukan melalui selisih
debit awal dan debit yang masuk ke node dengan mengikuti kaidah konservasi
massa. Nilai viskositas kinematik ditentukan dengan mengukur rata-rata suhu air
selama 24 jam di lokasi rencana inlet seperti terlihat pada Tabel 6. Nilai viskositas
merepresentasikan tahanan gerakan air terhadap laju aliran. Dengan tingginya nilai

17

viskositas maka akan memperlambat gerak fluida di dalam aliran. Viskositas
terbesar terjadi pada temperatur terendah saat pengukuran, yaitu 24 oC dengan nilai
9.09 x 10-7 m2 s-1.Dokumentasi penelitian dapat dilihat pada Gambar 12.
Tabel 6 Data pengukuran suhu yang diambil pada tanggal 14 – 15 Juni 2015 untuk
menentukan nilai viskositas kinematik air
Waktu
Suhu (oC)
Viskositas kinematik (m2 s-1)
12:00 AM
25.5
8.79E-07
3:00 AM
24
9.09E-07
6:00 AM
24
9.09E-07
9:00 AM
28
8.33E-07
12:00 PM
30
8.00E-07
3:00 PM
32
7.69E-07
6:00 PM
27.5
8.42E-07
9:00 PM
26
8.70E-07
Rata-rata
27.13
8.49E-07

Gambar 12 Pengukuran suhu air untuk menentukan nilai viskositas kinematik
Viskositas pada air irigasi, sangat dipengaruhi oleh temperatur air. Viskositas
akan naik seiring dengan turunnya temperatur. Viskositas pada aliran terdiri dari
dua macam, yaitu dinamik dan kinematik. Viskositas dinamik merupakan konstanta
yang juga bergantung pada temperatur sedangkan viskositas kinematik bergantung
pada komponen viskositas dinamik, densitas, dan juga temperatur air. Densitas air
akan turun seiring dengan naiknya temperatur seperti terlihat pada hubungan antara
persamaan (4) dan (5).
Kekeruhan akibat sedimen tidak mempengaruhi nilai viskositas. Kekeruhan
diakibatkan karena butir partikel solid yang terbawa aliran air irigasi sehingga
analisisinya ditentukan berdasarkan jumlah sedimen terangkut dan potensi
pengendapannya di badan saluran. Kasus kekeruhan air dapat ditimbulkan karena
adanya bahan anorganik maupun organik yang terkandung dalam air. Terjadinya

18

kekeruhan dalam ekosistem perairan maupun aliran air juga sangat berhubungan
dengan kedalaman, kecepatan arus, tipe substrat dasar, dan temperatur perairan.
Dengan demikian, kekeruhan dapat mengurangi laju aliran karena banyaknya
partikel tersuspensi.
Secara geologi sedimen didefinisikan sebagai bagian-bagian material yang
dapat diendapkan oleh air ataupun angin. Pengendapan ini apabila terjadi terusmenerus dalam jangka waktu yang panjang tentu akan mengganggu aliran air pada
saluran. Untuk menanggulangi masalah ini, salah satu cara yang dapat dilakukan
yaitu dengan membuat suatu bak pengendapan. Bak pengendapan ini bertujuan
untuk mengendapkan sedimen agar tidak masuk dalam saluran. Partikel melayang
yang berukuran cukup besar dan sebagian dari muatan dasar akan mengendap
membentuk delta di bagian hulu bak pengendap, partikel yang lebih kecil akan tetap
melayang terangkut oleh aliran dan akan mengendap lebih jauh di bagian hilirnya,
sedangkan untuk partikel-partikel yang lebih kecil lagi dapat tetap melayang dan
sebagian dimungkinkan akan melewati bak pengendapan bersama dengan aliran
yang melalui alur buangan atau pelimpah.
Untuk mulai melakukan pengukuran sedimen yang dapat diendapkan pada
bak pengendap, terlebih dahulu dilakukan perhitungan volume atau kapasitas total
dari bak pengendap tersebut. Bak pengendap akan dirancang dengan ukuran
panjang 11.2 m, lebar 1.25 m dan kedalaman sekitar 1.43 m, dengan debit aliran
(Q) yang mengalir sebesar 0,483 m3/det dan konsentrasi sedimen yang melayang
(c) sebesar 0,155 kg/m3. Berdasarkan data tersebut didapatkan data hasil
perhitungan seperti pada tabel 7.
Tabel 7 hasil perhitungan data sedimentasia
p
(m)
11,
2

l
(m)
1,2
5

t
(m)

Vtotal
(m3)

Vsedimen
(m3)

Cb
(kg/m3)

Q
(m /det)

Qs
(kg/det)

Qs'
(kg/hari)

T
(hari)

1,43

20,02

6,67

0,155

0,483

0,0065

112,32

200

3

a

Arti simbol dapat dilihat dari persamaan (6) sampai (10)
Sumber: Juniarso dalam jurnal desain dan konstruksi (2005) data pengukuran saluran induk di
Ciramajaya, Garut

b

Dengan berat jenis sedimen sebesar 3.38 g/cm3 untuk jenis tanah sandy loam,
maka berat sedimen untuk satu pertiga volume total adalah 22.545,6 kg. Ini berarti
bak pengendapan tersebut dapat di bersihkan karena telah mencapai kapasitasnya
pada waktu 200 hari atau setiap 6 bulan. Akan tetapi, berhubung panen padi ratarata memerlukan waktu selama 100 hari, maka agar mempermudah proses
pengerukan sedimen maka perlu dilakukan setiap 100 hari sekali. Peletakan rumah
pompa, bangunan pengendap sedimentasi, dan penyaring sampah dapat dilihat pada
Lampiran 18.
Kebutuhan air maksimum untuk padi sawah BB Padi sebesar 1.46 l/det/ha.
Nilai ini kemudian dikalikan dengan luasan lahan yang menjadi daerah aliran pipa
cabang sehingga debit setiap pipa cabang dapat diketahui. Selain itu, untuk
menunjukkan elevasi pressure head di sepanjang pipa, atau tinggi muka air pada
setiap titik di sepanjang pipa dapat diketahui melalui HGL yang terbentuk. Ilustrasi
HGL lebih jelas dapat terlihat pada Gambar 13.

19

Jumlah node atau cabang yang terjadi di sepanjang pipa utama berjumlah 19
buah (1 node terdiri dari penyadapan arah utara dan selatan). Analisis dilakukan
dari inlet menuju outlet. Penentuan sisa tekan di node terakhir merupakan langkah
awal dari analisis. Sisa tekan ditentukan untuk menjaga headloss pada rentang yang
diinginkan. Hal ini dilakukan sebagai langkah awal dalam menentukan diameter
pipa dan menyediakan head yang cukup di node terakhir. Sisa tekan di node 19
telah dianalisis sebelumnya, yaitu sebesar 3.7 m sehingga total headloss
direncanakan sebesar 5.6 m pada pipa utama. Hasil perhitungan dimensi dan
headloss mayor ditunjukkan pada Tabel 8.
Diameter pipa utama dari inlet menuju node 1 direncakan sebesar 0.803 m.
Nilai ini merupakan hasil trial and error serta iterasi menggunakan program
Solver. Objective cell adalah nilai eror (selisih antara kecepatan dan ruas kanan
persamaan (2)) yang di set minimal, sedangkan nilai yang diiterasi adalah diameter.
Headloss ditentukan di awal perhitungan dan disesuaikan dengan headloss rencana,
hasilya diameter iterasi akan didapatkan. Diameter pipa untuk besaran 0.803 m
tidak tersedia di pasar sehingga perlu diperbesar menjadi 0.914 m. Hasil analisis di
sepanjang pipa seri menunjukkan bahwa HGL seluruhnya berada di atas pipa
bahkan di atas tanah dengan total dynamic head mencapai 12 m seperti terlihat pada
Gambar 14. Pada saat terjadi perubahan diameter, parameter aliran yang berubah
adalah kecepatan dan headloss. Akibat penyadapan di setiap tap atau percabangan,
maka debit akan berkurang. Namun, hal ini tidak akan menyebabkan penurunan
kedalaman normal aliran. Tabel 8 menunjukkan, bahwa untuk setiap perubahan
debit, parameter kedalaman normal aliran tetap konstan sehingga yang mengalami
perubahan hanyalah kecepatan saja. Oleh karena itu, kondisi aliran akan tetap terisi
penuh dan analisis saluran tertutup tetap dapat digunakan (diasumsikan hanya
gradien hidrolik sebagai parameter saluran tertutup dan tidak mempertimbangkan
korelasi tekanan-debit). Kali ini, nilai headloss yang diiterasi untuk mendapatkan
nilai headloss aktual berdasarkan diameter terpilih. Semakin besar diameter pipa
menyebabkan semakin kecilnya nilai kecepatan aliran dan headloss. Hasil
perhitungan pada Tabel 8 kemudian dibuat secara visual dengan menyajikan
gradien hidrolik dari inlet sampai node 19 pada Gambar 14 dan lebih jelas di
Lampiran 14.

Gambar 13 Ilustrasi HGL

20

Hasil perhitungan dimensi dan headloss mayor pipa utama dengan
persamaan Darcy-Colebrook-White
Diameter Diameter
Headloss
Angka
Debit
Panjang
Kecepatan
iterasi
pasar
mayor
Reynold
Node
3 -1
-1
(m s )
(m)
(m)
(m s )
(m)
(m)

Tabel 8

Inlet
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

0.483
0.483
0.461
0.436
0.409
0.377
0.346
0.315
0.285
0.255
0.224
0.195
0.165
0.137
0.127
0.118
0.092
0.064
0.035
0.008

-

-

0.803
0.715
0.752
0.788
0.719
0.719
0.719
0.719
0.657
0.592
0.592
0.592
0.592
0.459
0.459
0.459
0.459
0.459
0.459

0.914
0.762
0.762
0.762
0.762
0.762
0.762
0.762
0.762
0.610
0.610
0.610
0.610
0.457
0.457
0.457
0.457
0.457
0.457

404
201
200
201
201
201
203
201
200
200
200
200
174
147
174
200
201
200
470

0.317
0.411
0.373
0.334
0.294
0.251
0.213
0.176
0.143
0.372
0.289
0.217
0.136
0.362
0.369
0.369
0.223
0.109
0.079

0.736
1.060
1.012
0.956
0.896
0.828
0.758
0.692
0.625
0.873
0.769
0.667
0.566
0.834
0.774
0.721
0.559
0.391
0.215

7.93E+05
9.52E+05
9.08E+05
8.59E+05
8.05E+05
7.44E+05
6.81E+05
6.21E+05
5.61E+05
6.27E+05
5.53E+05
4.79E+05
4.07E+05
4.50E+05
4.17E+05
3.88E+05
3.01E+05
2.10E+05
1.16E+05

Gambar 14 menunjukkan bahwa sisa tekan di setiap node bernilai positif
sehingga air dapat mengalir ke seluruh outlet di petak kuarter pada pipa cabang.
Tekanan tertinggi berada pada node 1 karena letaknya yang dekat dengan pompa
dan terjauh di node 19 karena letaknya di ujung pipa terakhir. Setiap node disadap
dengan menggunakan 2 flanged long radius 90o elbow dengan arah yang
berlawanan. Perubahan diameter dilakukan ketika gradien hidrolik aktual melebihi
gradien hidrolik rencana. Dengan memperkecil diameter pipa, maka headloss yang
terjadi akan semakin besar sehingga semakin menurunkan gradien hidrolik pada
level rencana. Perubahan diameter terjadi pada node 1, 11, dan 15.
Tabel 9 menunjukkan hasil perhitungan headloss minor. Besarnya headloss
minor jauh lebih kecil jika dibandingkan headloss mayor bahkan pada sudden
contraction. Tabel 9 juga menunjukkan bahwa headloss minor terbesar terjadi
setelah perubahan diameter. Semakin menuju hilir, maka headloss minor yang
terjadi semakin kecil nilainya. Hal ini disebabkan oleh kecepatan aliran yang
semakin berkurang di bagian hilir walaupun diameter pipa senantiasa dikontrol
perubahan diameternya. Total headloss minor hanya sebesar 0.281 m dan hanya 5.6
% dari total headloss mayor, sehingga pada gradien hidrolik besarnya tidak terlalu
terlihat secara visual.

21

Pipa utama dan cabang terakhir telah dianalisis kebutuhan debit dan
tekanannya. Untuk memastikan bahwa air tetap mengalir di seluruh sistem, maka
perlu dilakukan pengecekan ketersediaan tekanan operasi di setiap node.
Pengecekan dilakukan dengan mengambil tiga node yang dianggap mewakili
keseluruhan node. Hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 10.

Gambar 14 Gradien hidrolik di sepanjang pipa utama
Hasil analisis pada Tabel 10 menunjukkan bahwa t