Analisispengaruh Faktor Kekasaran Dengan Persamaan Hazen William Dan Darcy Weisbach Terhadap Kecepatan Aliran Dan Kehilangan Tenaga Pada Pipa Dengan Watercad Versi 8i

(1)

ANALISISPENGARUH FAKTOR KEKASARAN DENGAN

PERSAMAAN HAZEN WILLIAM DAN DARCY

WEISBACH TERHADAP KECEPATAN ALIRAN DAN

KEHILANGAN TENAGA PADA PIPA DENGAN

WATERCAD VERSI 8i

Disusun Oleh :

100404 078

LEO FERNANDO SITANGGANG

Disetujui Oleh :

Ir. SYAHRIZAL M.T.

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

digunakan untuk mengaliri fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialiri pipa biasanya berupa zat cair atau gas dan tekanan di dalamnya biasanya lebih besar atau lebih rendah dari tekanan atmosfer. Pipa memiliki berbagai jenis bahan atau material penyusun pipa itu sendiri, dimana setiap jenis pipa tersebut memiliki perbedaan kekasaran pada permukaannya yang berbeda-beda.

Data-data yang dipergunakan dalam penyusunan karya tulis ini berasal dari berbagai literatur kepustakaan yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas yaitu perbandingan besar kecepatan dan head loss pada setiap pipa dalam jaringan pipa, dimana pipa yang dibandingkan adalah pipa yang berbahan tembaga dan berbahan beton. Data-data tersebut dikumpulkan untuk menjadi objek studi Tugas Akhir ini yang akan dianalisa dengan metode Hardy-Cross dan software WaterCAD v8i menggunakan persamaan Darcy-Weisbach dan Hazen-William .

Data-data objek studi seperti layout jaringan pipa, debit, diameter, panjang pipa dan jenis pipa yang digunakan pada jaringan pipa dibagi menjadi 8 alternatif perhitungan, dimana masing-masing alternatif mempunyai kondisi tersendiri yang akan dibandingkan untuk menentukan perbedaan kecepatan aliran dan headloss masing-masing alternatif perhitungan.

Dari hasil perhitungan semua alternatif perhitungan yang dibandingkan diperoleh besar kecepatan aliran dan headloss masing-masing alternatif perhitungan

, dimana pipa copper atau tembaga lebih baik daripada pipa concrete atau beton bila digunakan pada sistem jaringan pipa karena headloss pada pipa tembaga lebih kecil sehingga air secara optimal dapat mengalir ke semua titik pada jaringan perpipaan.

(3)

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU).

Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada :

1. Kedua orang tua tercinta, yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi yang tidak ternilai.

2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air.

5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara,

(4)

kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.

7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis.

8. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

9. Kepada keluargaku tersayang Ranita Sitanggang, Ameliana Sitanggang, Dolly Sitanggang, Dolesman Sitanggang, Boris Sitanggang, Johanes, Alicia, Regina serta yang lainnya, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan, dan rasa sayangnya untuk penulis.

10.Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan : Darwinton, Mardi, Uke, Cila, Jernih, Elfridani, Grandson, Rano, Boston, Haposan, Fadlin, Ahmad Himawan, Cika, Sari, Ikhsan, Fander, Melli, Dilla, Rendy, Monica, Zefanya, Boby, Welman, Mangasi, Hopnagel, Anggi, Festus, Putra, Rebekka, Tohap, Alfian, dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.

Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha

(5)

Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.

Medan, 2015

Hormat Saya

(6)

ABSTRAK……….. i

KATA PENGANTAR………. iii

DAFTAR ISI……… vi

DAFTAR GAMBAR………... ix

DAFTAR TABEL……… x

DAFTAR NOTASI……….. xi

BAB I PENDAHULUAN……… 1

1.1.Latar Belakang………. 1

1.2.Perumusan Masalah……… 2

1.3.Tujuan………. 2

1.4.Manfaat………... 3

1.5.Pembatasan Masalah………... 3

1.6.Sistematika Penulisan………. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA………. 6

2.1. Uraian ……… 6

2.2. Dasar Teori………. 7

2.2.1. Metode Pendistribusian Air pada Pipa………..7

(7)

2.2.1.3. Sistem gabungan antara pemompaan dan

gravitasi……… 8

2.3. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ………... 8

2.4. Jenis Aliran Fluida ……….. 8

2.5. Energi dan Head ……….. 10

2.6. Kerugian Tinggi Tekan ( Head Loss)………. 11

2.6.1 Kerugian Tinggi Tekan Mayor (Major Losses)…… 12

2.6.1.1. Persamaan Hazen-Williams……….. 12

2.6.1.2. Persamaan Darcy-Weisbach……… 14

2.6.2. Kerugian Head Minor (Minor Losses)……… 17

2.7. Aliran Dalam Sistem Pipa... 17

2.7.1. Aliran Dalam Pipa Seri... 17

2.7.2. Aliran Dalam Pipa Paralel... 19

2.7.3. Aliran dalam jaringan Pipa……… 21

2.8. Pengenalan Tentang Software Watercad V8i……….. 23

BAB III METODOLOGI PENULISAN………...………. 27

3.1. Sumber dan Jenis Data……….. 27

3.2. Pengumpulan Data………. 27

3.3. Analisis Data……….. 27

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN………...……… 32

(8)

BAB V KESIMPULAN ……….. 77

5.1. Kesimpulan………. 77

DAFTAR PUSTAKA……….……….. 80

(9)

Gambar 2.1 : Diagram Moody ………... 17

Gambar 2.2 : Pipa Seri ……… 19

Gambar 2.3 : Pipa Paralel………..……….. 20

Gambar 2.4 : Jaringan Pipa ……..……… 23

Gambar 2.5 : Tampilan Penuh Ruang Kerja pada WaterCAD v8i ….. 25

Gambar 2.6 : Tampilan Menubar pada WaterCAD v8i……… 26

Gambar 2.7 : Tampilan Toolbar pada WaterCAD v8i ………. 26

Gambar 2.8 : Tampilan Layout Toolbar pada WaterCAD v8i……… 26

(10)

Tabel 2.1 : Nilai Viskositas Kinematik Air………... 10

Tabel 2.2 : Nilai Koefisien Hazen-William………..… 14

(11)

Q Debit aliran (m

Qn Debit Aliran pada pipa n (m /s)

A Luas penampang pipa (m /s)

V Laju aliran rata-rata dalam pipa (m/s) )

Vn Laju aliran rata-rata dalam pipa n (m/s)

D Diameter pipa (m)

L Panjang pipa (m)

Ln Panjang pipa n (m)

e Kekasaran relative (mm)

Re Bilangan Reynold

R Jari-jari hidrolis (m)

f Faktor gesekan pipa Darcy-Weisbach

ν Viskositas Kinematik (m2

/s)

Koefisien Hazen-William

Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (m)

W Berat Fluida (N)

(12)

Ek Energi Kinetik (Nm)

Ef Energi Tekanan (Nm)

γ Berat jenis air (kg/m2

g Percepatan gravitasi (m/s )

(13)

Dari hasil perhitungan semua alternatif perhitungan yang dibandingkan diperoleh besar kecepatan aliran dan headloss masing-masing alternatif perhitungan

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Meningkatnya jumlah penduduk di Indonesia secara tidak langsungmengakibatkanbertambahnya permintaan akan kebutuhan air bagi masyarakat. Dimana air merupakan faktor penting dalam kehidupan masyarakat.Untuk pengembangan sistem air bersih berbagai kegiatan pengembangan sarana telah dilakukanseiring dengan kebutuhan yang memenuhi syarat kualitas dan kuantitas. Secara kualitas air bisa dikatakan memenuhi syarat bila kondisi fisik air tersebut mempunyai kadar Kimia, bakteriologi yang kondisinya tidak dapat mengganggu kesehatan yang mengkonsumsinya. Dan secara kuantitas adalah penyediaan air bersih yang sesuai dengan kebutuhan penduduk masyarakat kota sesuai dengan perkembangan sosial yang ada.Apabila ada masalah dalam penyediaan air maka menyebabkan ketidaknyamanan dalam kehidupan masyarakat. Adapun masalah yang akan dihadapi dalam penyediaan kebutuhan air bersih yaitu sistem pendistribusian air bersih ke daerah tempattinggal penduduk, jumlah atau ketersediaan sumber air bersih dan cara pengolahan airbaku menjadi air bersih agar layak dikonsumsi masyarakat. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu jaringan distribusi air bersih yang baik dan efisien.

Dalam perencanaan sistem pendistrubusian air bersih ditentukan oleh kebutuhan air dan tekanan aliran yang diperlukan. Dimana dalam penyediaanair masih banyak menggunakan pipa karena murah dan baik untuk mencegah terjadinya pencemaran daripada menggunakan saluran terbuka.

(15)

Untuk mengatasi masalah pada pendistribusian air maka kita perlu mengetahui hal-hal apa saja yang berkaitan dengan sistem jaringan pipa seperti kehilangan tenaga pada sistem jaringan pipa yaitu kehilangan tinggi tekan mayor dan kehilangan tinggi tekan minor.Kehilangan energi yang berlebihan (terlalu besar) mengakibatkan penurunan energi tekanan pada air yang mengalir di sepanjang pipa secara drastis sehingga energi tekanan sisa di hilir saluran menjadi sangat kecil dan bahkan dapat menjadi negatif. Hal ini dapat menyebabkan sistem jaringan pipa tidak mampu mendistribusikan air ke semua titik dengan tekanan yang cukup.

1.2. Perumusan Masalah

Dalam penelitian ini penulis merumuskan masalah sebagai berikut:

1. Apakah terjadi perbedaan kecepatan aliran dan kehilangan tenaga pada masing- masing jenis pipa yang disebabkan dari faktor kekasaran pipa itu sendiri?

2. Apakah ada perbedaan antara perhitungan kecepatan aliran dan kehilangan tenaga pada pipa antara menggunakan metode Hardy- Cross dengan perhitungan menggunakan software WaterCAD V8i ?

1.3. Tujuan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Mengetahui arah aliran air pada masing-masing pipayang terdapat di dalam sistem jaringan pipa.

2. Mengetahui debit aliran air pada masing-masing pipa yang terdapat di dalam sistem jaringan pipa.

(16)

3. Mengetahui kecepatan aliran air pada masing-masing pipa yang terdapat di dalam sistem jaringan pipa.

4. Menghitung headloss (kehilangan tenaga) mayor pada masing-masing pipa selama melewati sistem jaringan pipa dengan persamaan Hazen-William.

5. Menghitung headloss (kehilangan tenaga) mayor pada masing-masing pipa selama melewati sistem jaringan pipa dengan persamaan Darcy Weisbach.

6. Membandingkan besar kecepatan aliran dan kehilangan tinggi tekan pada masing-masing pipa yang terdapat di dalam jaringan pipa antara metode analisa dan hasil simulasi menggunakan WaterCAD v8i.

1.4. Manfaat

Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat untuk :

1. Memperoleh informasi tentangpengaruh kekasaran pada kehilangan tenaga pada jaringan pipa.

2. Mengetahui cara penggunaan software WaterCAD v8i.

3. Menjadi referensi khususnya mahasiswa lainnya apabila akan mengambil topik bahasan yang sama khususnya jaringan pipa.

1.5. PEMBATASAN MASALAH

Masalah yang diangkat dalam skripsi ini terlalu luas jika diteliti secara meyeluruh. Agar penulisan skripsi lebih fokus dan tidak meluas dari pembahasan yang dimaksud, dalam skripsi ini penulis membatasinya pada ruang lingkup penulisan yakni :

(17)

1. Membandingkan pengaruh kekasaran dari dua jenis pipa yang berbahan material berbeda terhadap kecepatan aliran dan kehilangan tenaga pada sistem perpipaan dengan mengabaikan kehilangan tenaga minor ( akibat belokan, penyempitan pada pipa, perbesaran pipa, dll).

2. Tidak memperhitungkan adanya pengaruh kavitasi, suhu , ataupun faktor lainnya yang mempengaruhi pipa selain faktor kekasaran pada pipa itu sendiri.

1.6. SISTEMATIKA PENULISAN

Rencana sistematika penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari 5 ( lima ) bab, yang diuraikan sebagai berikut :

Bab I: Pendahuluan

Berisi latar belakang penulisan, tujuan dan manfaat, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan.

Bab II: Tinjau Pustaka

Berisi dasar teori, rumus, dan segala sesuatu yang digunakan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang diperoleh dari buku literatur, tulisan ilmiah, website / search engine, dan hasil penulisan sebelumnya.

Bab III: Metodologi Penulisan

Berisi metodologi penulisan Tugas Akhir berupa pengumpulan data dan metode analisisis data.

Bab IV: Analisis dan Perhitungan

Berisi perhitungan mengenai pengaruh faktor kekasaran terhadap kecepatan aliran dan kehilangan tenaga pada jaringan perpipaan dengan

(18)

membandingkan dua jenis pipa yang materialnyaberbeda menggunakan metode Hardy – Cross dan software WaterCAD V8i

Bab V: Kesimpulan dan Saran

Berisi kesimpulan dari hasil analisa dan saran berdasarkan kajian yang telah dikumpulkan pada Tugas Akhir ini.

(19)

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. URAIAN

Dalam menyusun skripsi ini, telah dilakukan tinjauan pustaka oleh penulis dan ternyata ada beberapa mahasiswa/I sebelumnya menulis dalam masalah yang hampir sama bahkan menyerupai dengan judul yang akan penulis buat. Oleh karena itu, untuk menghindari dari hal-hal yang tidak diinginkan seperti ”menduplikat” hasil karya orang lain, maka penulis perlu mempertegas perbedaan antara masing-masing judul dan masalah yang dibahas, yaitu sebagai berikut : “ Membandingkan Besar Kecepatan Aliran dan Kehilangan Tenaga antara Pipa Berbahan Tembaga dengan Berbahan Beton dengan Layout Jaringan Pipa serta Dimensi yang sama Menggunakan Metode Hardy-Cross dan juga Mensimulasikannya ke dalam Software WaterCAD V8i ” oleh LEO FERNANDO SITANGGANG/ NIM 100404078 .

Sedangkan judul skripsi penulis “Analisis Pengaruh Faktor Kekasaran Dengan Persamaan Hazen William Dan Darcy Weisbach Terhadap Kecepatan Aliran Dan Kehilangan Tenaga Pada Pipa Dengan Watercad Versi 8i“

Dari beberapa metode yang telah dikembangkan untuk analisis jaringan pipa, diantaranya adalah metode keseimbangan head. Metode keseimbangan head adalah metode yang paling awal digunakan untuk analisis jaringan pipa. Metode keseimbangan head dipakai untuk sistem pipa yang membeniuk loop tertutup. Dengan metode keseimbangan head laju aliran pipa diasumsikan ,memenuhi kebutuhan setiap jaring (loop), dan setiap percabangan laju aliran tersebut harus

(20)

memenuhi kriteria kontinuitas. Laju aliran berturut-turut disesuaikan dari satu loop dengan loop yang lain, sampai laju aliran tiap-tiap loop dicukupi dalam suatu toleransi kecil yang telah ditetapkan (Cross, 1936).

2.2. DASAR TEORI

2.2.1. Metode Pendistribusian Air pada Pipa

Di dalam pendistribusian air diperlukan cara untuk mengalirkan air agar air dapat mengalir dari sumber air ke semua pemakai air. Adapun metode pendistribusian air terdiri dari tiga tipe sistem yaitu Sistem Gravitasi, Sistem Pemompaan, dan Sistem Gabungan.

2.2.1.1 Sistem Gravitasi

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

2.2.1.2. Sistem Pemompaan

Metode ini menggunakan pompa dalam mendistribusikan air menuju lokasi pemakaian air. Pompa langsung dihubungkan dengan pipa yang menangani pendistribusian. Dalam pengoperasiannya pompa terjadwal untuk beroperasi sehingga dapat menghemat pemakaian energi. Keuntungan dari metode ini yaitu tekanan pada daerah distribusi dapat terjaga.

(21)

Metode ini merupakan gabungan antara metode gravitasi dan pemompaan yang biasa digunakan untuk daerah distribusi yang berbukit-bukit dan

pendistribusian air di gedung bertingkat.

2.3. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida

Penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang memungkinkan untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran sehingga pengukuran kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam menganalisa suatu aliran fluida. Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terhadap waktu yang dibutuhkan suatu partikel untuk bergerak sepanjang jarak yang telah ditentukan.

Kapasitas aliran (Q) untuk fluida yang inkompresibel (Ihwanda,2000). yaitu: Q = A . v ……….(2.1) Di mana:

Q= Kapasitas aliran = (m3/s), A = luas penampang aliran (m2), v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Untuk nilai kecepatan searah gaya gravitasi, maka kecepatan dihitung berdasarkan tinggi jatuh air atau √(2gh) , maka diperoleh persamaan:

Q = √(2gh)x 0,25 π D2

2.4. Jenis Aliran Fluida

…….………...(2.2)

Aliran fluida dapat dibedakan atas 3 jenis yaitu aliran laminar, aliran transisi, dan aliran turbulen. Jenis aliran ini didapat dari hasil eksperimen yang dilakukan oleh Osborne Reynold tahun 1883 yang mengklasifikasikan aliran menjadi 3 jenis. Jika air mengalir melalui sebuah pipa berdiameter d dengan kecepatan

(22)

rata-rata V maka dapat diketahui jenis aliran yang terjadi. Berdasarkan eksperimen tersebut maka didapatkan bilangan Reynold di mana bilangan ini tergantung pada kecepatan fluida, kerapatan, viskositas, dan diameter.

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

Aliran laminar Re < 2000 Aliran Turbulen Re > 4000

Aliran Transisi 2000 < Re < 4000

Bilangan Reynold (Re) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

µ . .

Re= ρDV ………(2.3)

Di mana: ρ = massa jenis fluida (kg/m3), d = diameter pipa (m), V = kecepatan aliran fluida (m/s), μ = viskositas dinamik fluida (Pa.s)

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

v V D.

Re= ………..……..(2.4)

(23)

Tabel 2.1. Nilai – nilai Viskositas Kinematik air, ν

Sumber: Kerry J.Howe ,dkk, John Wiley & Sons, Inc. (2012). Principles of Water Treatment

2.5. Energi dan Head

Energi biasanya didenefisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan tenaga yang dimiliki secara langsung pada suatu jarak tertentu. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N.m (Joule).

Setiap fluida yang sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah aliran fluida yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial, energi kinetik dan energi tekanan.

Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu aliran fluida karena adanya perbedaan ketinggian yang dimiliki fluida dengan tempat jatuhnya. Energi potensial (Ep) (Ihwanda,2000) dirumuskan sebagai:

z W

Ep= . _{………....(2.5)} Di mana: W = berat fluida (N), z = beda ketinggian (m)

(24)

Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik dirumuskan sebagai:

2 . 2 1 v m Ek = ………....(2.6) Di mana: m = massa fluida (kg), v = kecepatan aliran fluida (m/s2)

m = W/g , maka

g v W Ek 2 . 2 1 = ………...……...(2.7) Energi tekanan disebut juga dengan energi aliran yaitu jumlah kerja yang dibutuhkan untuk memaksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu dan berlawanan dengan tekanan fluida.

Besarnya energi yang disebabkan tekanan (Ef) dirumuskan sebagai:

γ W P Ef = .

………...…(2.8) Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas

dirumuskan sebagai: γ W P g v W Z W

E . .

2 1 . 2 + + = ………..…..(2.9) Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H) dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan dengan W

(berat fluida) dirumuskan sebagai:

P g v Z

H = + +

2 1

……….(2.10) 2.6. Kerugian Tinggi Tekan ( Head Loss)

Kerugian tinggi-tekan terdiri atas kerugian tinggi-tekan mayor dan minor, atau head losses mayor dan head losses minor. Head losses mayor disebabkan

(25)

karena kerugian gesek di dalam pipa-pipa, dan head losses minor disebabkan karena kerugian di dalam belokan-belokan, reduser, katup-katup, dan sebagainya.

Istilah head loss muncul sejak diawalinya percobaan-percobaan hidrolika abad ke sembilan belas, yang sama dengan energi persatuan berat fluida. Arti head loss sendiri adalah hilangnya energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan Head loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satun panjang yang bersesuaian.

2.6.1Kerugian Tinggi Tekan Mayor (Major Losses)

Bila fluida mengalir melalui suatu pipa dan tekanan fluida diukur pada dua tempat sepanjang pipa, akan dijumpai kenyataan bahwa tekanan berkurang dalam arah aliran. Penurunan tekanan ini disebabkan karena gesekan fluida pada dinding pipa. Penurunan tekanan (∆p) sepanjang pipa (L).

Dalam kajian ini digunakan persamaan Hazen-Williams dan Darcy-Weisbach

2.6.1.1. Persamaan Hazen-Williams hf = S .L , jadi dapat diturunkan sebagai berikut:

L R C A Q hf hw . * * * 849 . 0 85 . 1 63 . 0       = ………..(2.11) Dimana :

Q = 0.849 . Chw . A . R0.63. S0.54

dengan mensubstitusi A = 0.25 π D

……….……….(2.12)

Q = 0,27853 C.D

, jadi :

2,63

S 0,54……….. dengan :

(26)

Q = debit aliran pada pipa (m3 0.849 = konstanta,

/det),

Chw = koefisien kekasaran Hazen-Williams, A = Luas penampang aliran (m2

R = Jari-jari hidrolis (m) = ),

4 .

. . 25 .

0 2 D

D D P

= =

π π

S = kemiringan garis energi (m/m) = L h_f

hf = kehilangan tinggi tekan mayor (m), D= Diameter pipa (m),

L = panjang pipa (m)

Tabel 2.2 Harga Koefisien Kekasaran Pipa Hazen- William

(27)

2.6.1.2. Persamaan Darcy-Weisbach

Persamaan Darcy berlaku untuk aliran laminer atau turbulen. Faktor gesekan untuk laminer dapat dihitung secara analisis sedangkan untuk aliran turbulen harus ditentukan secara empiris.

g D

V L f h_F

2 .

.. . 2

= ………...……….……….(2.14)

Dimana:

hf = kerugian head karena gesekan (m)

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

L = panjang pipa (m)

V = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/det) g = percepatan gravitasi = 9,81 m/det2

Q = A.V

Diagram Moody memberikan faktor gesekan pipa. Faktor ini dapat ditentukan oleh bilangan Reynold dan kekasaran relatif dari pipa.Bila pipa semakin kasar, maka kemungkinan turbulent akan semakin besar. Kekasaran relatif dapat didefinisikan sebagai :

e/D………(2.15) dengan,e = absolute roughness atau kekasaran relatif,( tergantung oleh jenis bahan material pipa)

Berikut ini tabel dari nilai absolute roughness ,e , untuk setiap jenis bahan material pipa:

(28)

Tabel 2.3. Nilai absolute roughness ,e

Sumber : Houghtalen, Robert J (2010) D = diameter of pipe

sedangkan bilangan reynold didefinisikan sebagai:

v V D

R= .

dengan,

R = Reynolds number D = diameter

V = velocity

ν = kenimatic viscosity of fluid

NB: Faktor gesekan pada aliran turbulen • Tidak bisa dihitung secara analitis

(29)

• Tergantung pada bilangan Reynold dan kekasaran relative

• Harus ditentukan secara empiris (grafik, tabel, persamaan empiris) Gambar 2.1. Diagram Moody

Sumber: Bambang Triatmodjo, 2013

Untuk aliran laminar nilai f dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :

Re 64 =

Untuk aliran turbulen dapat digunakan persamaan Swamee-Jain yang dikembangkan untuk memperoleh faktor gesekan, f selain menggunakan diagram Moody dimana nilai Re dan e/d sudah diketahui :

2 Re 74 . 5 7 . 3 / log 25 . 0             ₊ = D e f ..………..(2.16)

(30)

2.6.2.Kerugian Head Minor (Minor Losses)

Ada berbagai macam kehilangan tinggi tekan minor sebagai berikut: 1. Kehilangan Tinggi Minor karena Pelebaran Pipa

2. Kehilangan Tinggi Minor karena Penyempitan Mendadak pada Pipa 3. Kehilangan Tinggi Minor karena Mulut

4. Kehilangan Tinggi Minor karena Belokan pada Pipa

5. Kehilangan Tinggi Minor karena Sambungan dan Katup pada Pipa

2.7. ALIRAN DALAM SISTEM PIPA

Sistem jaringan pipa berfungsi untuk mengalirkan zat cair dari satu tempat ke tempat lain. Aliran terjadi karena adanya perbedaan tinggi tekanan di kedua tempat, yang bisa terjadi karena adanya perbedaan elevasi muka air atau karena adanya tambahan energi dari pompa. Sistem jaringan pipa biasanya digunakan untuk mendistribusikan air di daerah perkotaan (air minum), mengalirkan minyak dari lokasi pengeboran ke lokasi pengolahan dan lain lain.

Sistem distribusi jaringan pipa pada daerah perkotaan atau kawasan industri yang besar bisa sangat komplek. Pada bab ini akan dibahas sistem jaringan pipa yang sederhana, yang dapat dibagi menjadi tiga, yaitu :

1. Aliran dalam pipa seri 2. Aliran dalam pipa paralel 3. Aliran dalam jaringan pipa

2.7.1 Aliran Dalam Pipa Seri

Bila dua buah pipa atau lebih yang mempunyai diameter atau kekasaran berbeda dihubungkan sehingga zat cair dapat mengalir dalam pipa yang satu ke pipa lainnya, maka pipa-pipa tersebut dikatakan dihubungkan secara seri. Gambar

(31)

8-1. menunjukkan suatu sistem yang terdiri dari dua buah reservoir yang dihubungkan dengan dua buah pipa yang dihubungkan secara seri.

Persoalan pada pipa seri pada umumnya adalah menentukan besarnya debit aliran Q bila karakteristik masing-masing pipa, yaitu : panjang : L1, L2; diameter : D1,

D2; koefisien gesekan f1, f2

Gambar 2.2. Pipa Seri

dan beda tinggi elevasi muka air pada kedua reservoir diketahui atau menentukan perbedaan elevasi muka air H bila debit dan karakteristik pipa diketahui.

Persamaan yang digunakan untuk menyelesaikan aliran dalam pipa seri adalah : Persamaan Kontinuitas :

2 1 Q Q

Q= = _...(2.17)

Persamaan Bernoulli di titik (1) dan titik (2) :

d e f f

c h h h h

H = + ₁+ ₂ + +

...(2.18)

Dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach dan persamaan kehilangan energi sekunder, maka persamaan (3-2) menjadi :

H v

g f

L v

D g f

L v D g v v g v g = × + × × × + × × × + − × + × 0 5

2 2 2 2 2

1 2 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 , ( ) …….…….(2.19)

(32)

v Q D 1 1 4 1 2 =

× ×π v

Q D 2 1 4 2 2 =

× ×π

2.7.2 Aliran Dalam Pipa Paralel

Kombinasi dari dua atau lebih pipa seperti ditunjukkan pada Gambar 8-3 sehingga aliran terbagi ke masing-masing pipa dan kemudian bergabung kembali, disebut sebagai susunan pipa paralel. Pada susunan pipa seri, debit aliran pada semua pipa adalah sama dan kehilangan energi merupakan penjumlahan dari kehilangan energi pada semua pipa, sedangkan dalam pipa paralel, kehilangan energi pada setiap pipa adalah sama dan debit aliran merupakan penjumlahan dari debit pada setiap pipa.

Gambar 2.3. Pipa Paralel

Dalam perhitungan tinggi kecepatan biasanya diabaikan, sehingga garis energi berimpit dengan garis tekan.

Dari Gambar 2.3 di atas, persamaan untuk menyelesaikan pipa paralel adalah :

      + − + = = = = B B A A fAB f f f z p z p h h h h γ γ 3 2 1 …………...(2.20) 3 2

1 Q Q

Q= + + ………..(2.21)

dimana zA, zB

Terdapat dua persoalan pada pipa paralel, yaitu :

adalah elevasi titik A dan B, dan Q adalah debit pada pipa utama

(33)

2) Diketahui Q, dicari distribusi debit pada setiap pipa dan besarnya kehilangan energi

Pada kedua persoalan di atas, diameter pipa, sifat zat cair dan kekasaran pipa diketahui.

Persoalan pertama, sesungguhnya merupakan persoalan pipa sederhana untuk menentukan debit, karena kehilangan energi sama dengan penurunan garis gradien hidrolik. Debit pada setiap pipa dijumlahkan untuk mendapatkan debit total.

Persoalan kedua lebih rumit, karena baik kehilangan energi maupun besarnya debit untuk pipa yang manapun tidak diketahui. Untuk itu bisa digunakan langkah berikut untuk menyelesaikan masalah yang kedua.

1) Misalnya debit pada pipa 1 adalah Q 2)

h_f₁ = h_f₂⇒ h1 2_f/₁ =h1 2_f/₂

8 ₁ ₁ 8

1 5 1

2 2 2

2 2 5 2 2 × × × × = × × × × f L

g D Q

f L

g D Q

π π atau

Q f f L L D D Q 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 5 2 1 =                  / / / Q f f L L D D Q 3 1 3 1 2 1 3 1 2 3 1 5 2 1 =                  / / /

3) Q= Q₁+Q₂ +Q₃, sehingga Q Q Q₁, ₂, ₃ dapat dihitung 4) Hitung kehilangan energi

(34)

2.7.3. Aliran dalam jaringan Pipa

Suatu jaringan pipa terbentuk dari pipa-pipa yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga aliran keluar pada suatu titik bisa berasal dari beberapa jalur pipa. Sistem jaringan pipa banyak dijumpai pada jaringan suplai air bersih kota. Suatu jaringan kota sering rumit dan diperlukan suatu desain sistem distribusi yang efisien dan efektif sehingga kriteria besarnya tekanan dan debit pada setiap titik dalam jaringan dapat dipenuhi.

Analisis jaringan suatu kota cukup rumit dan memerlukan perhitungan yang besar, dalam banyak hal perhitungan dengan bantuan kalkulator tidak mampu, sehingga diperlukan bantuan komputer. Perangkat lunak untuk membantu kecepatan dan ketelitian perhitungan banyak tersedia di pasar dari yang sederhana sampai yang sangat rumit dan berharga mahal. Ada beberapa metoda untuk menyelesaikan perhitungan sistem jaringan pipa, diantaranya adalah metoda Hardy Cross dan metoda Matriks. Dalam skripsi ini perhitungan sistem jaringan pipa akan diselesaikan menggunakan metoda Hardy Cross.

Gambar 2.4. Jaringan Pipa

Pada jaringan pipa yang kompleks pemakaian persamaan Hazen williams sangat mempermudah dibandingkan dengan persamaan lain. Perhitungan jaringan pipa menjadi rumit karena umumnya arah aliran dalam pipa tidak bisa ditentukan

(35)

dan terdapat persyaratan yang harus dipenuhi pada sebuah lokasi serta proses interasi penentuan head loss pada tiap pipa. Sebuah jaringan yang terdiri dari beberapa pipa mungkin membentuk beberapa loop dan sebuah pipa mungkin dipakai secara bersama-sama oleh dua loop. Seperti Hukum Kirchoff pada rangkaian listrik, maka pada jaringan pipa terdapat dua syarat yang harus dipenuhi 1. Aliran netto ke sebuah titik pertemuan harus sama dengan nol atau laju aliran ke arah titik pertemuan harus sama dengan laju aliran dari titik pertemuan yang sama

2. Head loss netto di seputar sebuah loop harus sama dengan nol. Metode iterasi untuk perhitungan loop jaringan pipa disebut metode Hardy-Cross. Metode ini memberikan nilai koreksi kapasitas aliran pada tiap pipa dari perbandingan head loss yang diasumsikan sebelumnya.

Metode Hardy Cross digunakan untuk jaringan pipa loop tertutup. Laju aliran keluar sistem secara umum diasumsikan untuk setiap percabangan, pengasumsian ini menentukan laju aliran yang seragam dalam saluran pipa yang dapat menyederhanakan analisis. Dengan mengetahui laju keluaran pada percabangan, metode Hardy Cross didasarkan dengan prosedursecara iterasi pada awal perhitungan laju aliran dalam pipa. Pada setiap percabangan laju aliran tersebut harus memenuhi kriteria kontinuitas. Setiap pipa dari sistem jaringan terdapat hubungan antara kehilangan tenaga dan debit.

Langkah perhitungan dengan metode Hardy-Cross adalah sebagai berikut : 1. Mengasumsikan besar dan arah kapasitas aliran pada tiap pipa dengan

berpedoman pada syarat 1, yaitu total aliran pada tiap titik pertemuan mempunyai jurnlah aljabar sama dengan nol.

(36)

2. Membuat tabel perhitungan untuk analisa tiap loop tertutup. 3. Menghitung head loss dalam setiap pipa

4. Menentukan arah aliran dan head loss, yaitu positif untuk arah aliran yang searah jarum jam dan negatif untuk arah aliran yang berlawanan dengan jarum jam

5. Menghitung jumlah aljabar head loss pada setiap loop

6. Menghitung total head loss per laju aliran, hf /Q untuk setiap pipa dan menentukan jumlah aljabar dari perbandingan tersebut untuk tiap loop. 7. Menentukan koreksi aliran untuk tiap loop dengan rumus

Q h h Q

f f

/ * 85 .

1 Σ

Σ =

∆ ...(2.22)

Koreksi ini diberikan pada setiap pipa dalam loop dengan ketentuan ditambahkan untuk aliran yang searah jarum jam dan di kurangkan untuk aliran yang berlawanan dengan jarum jam. Untuk pipa yang digunakan secara bersama dengan loop lain, koreksi aliran untuk pipa tersebut adalah harga total dari koreksi-koreksi untuk kedua loop.

8. Mengulangi langkah 1 sampai dengan langkah ke 7 sampai nilai koreksi aliran sekecil mungkin.

2.8. PENGENALAN TENTANG SOFTWARE WATERCAD V8I

Beberapa program komputer di bidang rekayasa dan perencanaan sistem jaringan distribusi air bersih diantaranya adalah program Loops, Wadiso, Epanet 1.1, Epanet 2.0, WaterCAD, dan WaterNet. Dalam studi ini digunakan program WaterCAD versi 8 i dikarenakan program ini tergolong baru dan belum banyak

(37)

diketahui dalam fungsinya untuk menganalisis perbedaan kecepatan aliran dan mayor loss pada masing masing pipa .

Berikut ini pengenalan singkat tentang software WaterCAD v8i: Gambar 2.5. Tampilan Penuh Ruang Kerja pada WaterCAD v8i

Gambar 2.6. Tampilan Menubar pada WaterCAD v8i

(38)

Gambar 2.8. Layout Toolbars pada WaterCAD v8i

Keterangan : Layout toolbar ini berfungsi mendefinisikan objek seperti reservoir, pipa, tank, junction, pompa pada jaringan pipa sehingga dapat disimulasikan layaknya sistem jaringan pipa sebenarnya.

(39)

Keterangan : Background layers berfungsi menampilkan peta layout jaringan pipa yang bersumber dari aplikasi lain seperti AutoCAD sehingga dapat diplot kedalam WaterCAD untuk dijadikan acuan gambar skema jaringan pipa.

(40)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Sumber dan Jenis Data

Data-data yang dipergunakan dalam penyusunan karya tulis ini berasal dari berbagai literatur kepustakaan yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas yaitu perbandingan besar kecepatan dan head loss pada setiap pipa dalam jaringan pipa, dimana pipa yang dibandingkan adalah pipa yang berbahan tembaga dan berbahan beton. Beberapa jenis referensi utama yang digunakan adalah buku pelajaran teknik sipil, jurnal imiah edisi cetak maupun edisi online, dan artikel ilmiah yang bersumber dari internet. Jenis data yang diperoleh variatif.

3.2 Pengumpulan Data

Metode penelitian bersifat studi literatur. Informasi didapatkan dari berbagai literatur dan disusun berdasarkan hasil studi dari informasi yang diperoleh. Penulisan diupayakan saling terkait antar satu sama lain dan sesuai dengan topik yang dibahas.

3.3 Analisis Data

Data yang terkumpul diseleksi dan diurutkan sesuai dengan topik kajian. Kemudian dilakukan penyusunan karya tulis berdasarkan data yang telah dipersiapkan secara logis dan sistematis. Teknik analisis data bersifat deskriptif argumentatif.

Untuk mencapai tujuan yang diharapkan maka diperlukan suatu langkah pengerjaan secara sistematis. Adapun langkah-langkah pengerjaan studi sebagai berikut:

(41)

2. Melakukan pengumpulan data-data sekunder seperti data teknis dan data pendukung lainnya yang digunakan dalam menganalisa masing – masing jenis pipa.

3. Menganalisa data dengan dua metode perhitungan, yaitu:

a) Perhitungan jaringan menggunakan Metode Hardy-Cross b) Perhitungan jaringan menggunakan WaterCAD v8i A. Perhitungan jaringan menggunakan Metode Hardy-Cross

Untuk perhitungan pada masing-masing jenis pipa pada Metode Hardy-Cross diperlukan tahapan-tahapan sebagai berikut:

1. Mengasumsikan besar dan arah kapasitas aliran pada tiap pipa dengan berpedoman pada syarat 1, yaitu total aliran pada tiap titik pertemuan mempunyai jurnlah aljabar sama dengan nol.

2. Membuat tabel perhitungan untuk analisa tiap loop tertutup. 3. Menghitung head loss dalam setiap pipa

4. Menentukan arah aliran dan head loss, yaitu positif untuk arah aliran yang searah jarum jam dan negatif untuk arah aliran yang berlawanan dengan jarum jam

5. Menghitung jumlah aljabar head loss pada setiap loop

6. Menghitung total head loss per laju aliran, hr /Q untuk setiap pipa dan menentukan jumlah a;jabar dari perbandingan tersebut untuk tiap loop. 7. Menentukan koreksi aliran untuk tiap loop dengan rumus

Q h

h Q

f f / Σ

Σ =

∆ ...(2.22)

Koreksi ini diberikan pada setiap pipa dalam loop dengan ketentuan ditambahkan untuk aliran yang searah jarum jam dan di kurangkan untuk

(42)

aliran yang berlawanan dengan jarum jam. Untuk pipa yang digunakan secara bersama dengan loop lain, koreksi aliran untuk pipa tersebut adalah harga total dari koreksi-koreksi untuk kedua loop.

8. Mengulangi langkah 1 sampai dengan langkah ke 7 sampai nilai koreksi aliran sekecil mungkin.

B. Perhitungan jaringan menggunakan WaterCAD v8i

Untuk simulasi pada masing-masing jenis pipa pada WaterCAD ver 8 i diperlukan tahapan-tahapan sebagai berikut:

a. Membuka dan memberi nama file baru untuk masing-masing pipa dalam format WaterCAD (xxx.wtg).

b. Mengisi tahap pembuatan file baru dengan cara:

• Memilih Satuan yang digunakan dalam sistem operasi program.

Satuan yang disediakan oleh WaterCAD ver 8 I yaitu Satuan US dan Satuan Internasional (SI).

• Memilih rumus kehilangan tinggi tekan. Program WaterCAD ver 8 I menyediakan beberapa pilihan rumus kehilangan tinggi tekan diantaranya: Darcy-Weisbach,Hazen-Williams dan Manning.

• Penggambaran pipa dapat secara Schematic (skema) dan Schalatic (sebenarnya sesuai dengan skala).

c. Menggambar elemen elemen dalam perpipaan dengan memodelkan atau memberi notasikan komponen seperti reservoir, titik simpul, dan pipa.

d. Melakukan simulasi sistem jaringan distribusi air bersih serta menganalisa hasil yang diperoleh (report) dan apabila hasil yang didapat tidak sesuai maka

(43)

dapat dilakukan perbaikan pada komponen sistem jaringan distriusi air bersih hingga didapatkan hasil yang sesuai.

Komponen-komponen perpipaan mempunyai beberapa kata kunci dalam pemrogramannya, yaitu:

a) Presure Pipe, data pipa, nomer titik, titik simpul awal dan akhir, panjang, diameter, koefisien kekasaran serta bahan pipa.

b) Pressure Junction, titik simpul, nomer titik, elevasi debit kebutuhan. c) Reservoir, data sumber, elevasi, diasumsikan konstan.

d) Compute, melakukan proses simulasi.

(44)

(45)

BAB IV

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1. Deskripsi Data

Dalam bab ini akan menyajikan hasil penulisan. Setelah semua data yang diperlukan dalam analisa perhitungan dalam penulisan ini terkumpul dari berbagai sumber studi pustaka yang ada, maka dilakukan pengolahan data. Data yang digunakan sebagai objek studi dalam penulisan ini ada empat (4) yaitu: skala/ukuran layout jaringan pipa , dimensi pipa, panjang pipa, dan debit yang tersedia serta debitkeluaran pada tiap titik yang ditentukan. Keempat data diperoleh berdasarkan studi pustaka yang dilakukan penulis.

Berikut ini data – data serta layout peta jaringan pipa yang merupakan objek studi untuk digunakan sebagai bahan analisa tugas akhir ini, yaitu:

Bahan pipa : Copper dan Concrete

Panjang dan diameter pipa : Tercantum pada layout jaringan pipa di bawah Kekasaran relatif pipa (e) : 0.0015 mm ( copper ) dan 0.36 mm ( concrete ) Fluida yang bekerja : air

Jumlah loop : 2 loop Jumlah pipa : 7 buah pipa Jumlah sumber air masuk : 1 sumber Jumlah titik air keluar : 4 keluaran

(46)

Gambar 4.1. Layout Peta Jaringan Pipa

Keterangan gambar :

R1 = Reservoir ( elevasi = 200 m ) J1 = Titik 1

J2 = Titik 2 J3 = Titik 3 J4 = Titik 4 J5 = Titik 5

Data yang diperlukan untuk analisa perhitungan adalah sebagai berikut : Q1 = 150 L/s

Q2 = 20 L/s Q3 = 60 L/s Q4 = 35 L/s Q5 = 35 L/s

Q1 = Debit yang tersedia berasal dari Reservoir (L/s)

(47)

Debit keluaran untuk perhitungan yaitu debit Q2, Q3, Q4, Q5, dimana Q1 merupakan penjumlahan dari debit Q2, Q3, Q4, Q5 sehingga Debit masuk harus sama dengan debit keluar.

P-1 = Panjang pipa 1 = 400 meter P-2 = Panjang pipa 2 = 300 meter P-3 = Panjang pipa 3 = 400 meter P-4 = Panjang pipa 4 = 300 meter P-5 = Panjang pipa 5 = 400 meter P-6 = Panjang pipa 6 = 300 meter P-7 = Panjang pipa 7 = 400 meter D-1 = Diameter pipa 1 = 12 inci D-2 = Diameter pipa 2 = 10 inci D-3 = Diameter pipa 3 = 10 inci D-4 = Diameter pipa 4 = 12 inci D-5 = Diameter pipa 5 = 10 inci D-6 = Diameter pipa 6 = 10 inci D-7 = Diameter pipa 7 = 8 inci

Permasalahan yang akan dibahas adalah membandingkan besar kecepatan aliran dan head loss masing-masing pipa dalam suatu jaringan pipa yaitu dengan membandingakan analisa perhitungan dengan menggunakan metode Hardy Cross dan WaterCAD V8i

Berikut ini 8 alternatif perhitungan jaringan pipa yang akan dianalisis dan dibandingkan sebagai acuan atau bahan dalam mencari perbedaan kecepatan aliran dan headloss antara pipa copper dengan beton di dalam suatu jaringan pipa :

(48)

1) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan copper menggunakan metode Hardy-Cross ( Perhitungan head loss dengan persamaan Darcy – Weisbach ).

2) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan copper dengan metode Hardy-Cross ( Perhitungan head loss dengan persamaan Hazen-William ).

3) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan concrete dengan metode Hardy-Cross ( Perhitungan head loss dengan persamaan Darcy – Weisbach ).

4) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan concrete dengan metode Hardy-Cross ( Perhitungan head loss dengan persamaan Hazen-William).

5) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan copper dengan WaterCAD V8i ( Perhitungan head loss dengan persamaan Darcy – Weisbach ).

6) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan copper dengan WaterCAD V8i ( Perhitungan head loss dengan persamaan Hazen-William).

7) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan concrete dengan WaterCAD V8i ( Perhitungan head loss dengan persamaan Darcy – Weisbach ).

8) Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan concrete dengan WaterCAD V8i ( Perhitungan head loss dengan persamaan Hazen-William).

(49)

4.2. Analisa Perhitungan

Dari delapan alternatif yang akan dianalisa di atas , maka akan dijabarkan pembahasan untuk masing-masing alternatif perhitungan di atas seperti dibawah ini:

Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada masing – masing pipa untuk pipa berbahan copper menggunakan metode Hardy-Cross (dengan catatan perhitungan head loss persamaan yang digunakan persamaan Darcy – Weisbach ).

Alternatif pertama

Penyelesaian:

Iterasi percobaan pertama

Dengan mengasumsikan kapasitas aliran pada pipa 1 sampai dengan pipa 7 dengan berpedoman pada langkah pertama dalam perhitungan jaringan pipa dengan metode Hardy-Cross yang sudah diterangkan pada bab sebelumnya, yaitu jumlah aljabar kapasitas pada tiap titik pertemuan adalah sama dengan nol. Untuk lebih jelasnya lihat pada gambar di bawah ini:

(50)

Pada pipa 1,4 150 = 75 + 75 Pada pipa 1,2,5 75 = 30 + 40 Pada pipa 3,4 , 75 = 40 + 35 Pada pipa2,3,7 30+40 = 35 + 35 Pada pipa 5,6 45 = 20 + 25 Pada pipa 6,7 25+35 =60

Menghitung head loss pada tiap pipa, yaitu : 1. Pada pipa 1

Data Pada Pipa 1: ( Dapat dilihat dari gambar ) Q1

= 75 L/s

= 400 m

Pipa copper , nilai e = 0.0015 mm ( Dari Tabel 2.3 ) = 12 inci = 30 cm = 0.3 meter

ν = 1.003 * 10-6 m2/s ( Untuk temperature 200 •

C , lihat tabel 2.1)

a. Mencari nilai Re

Mencari nilai Re dan e/D untuk memperoleh nilai faktor gesekan , f :

v D V1* 1

Re= , dengan

2 1 4 1 1 1 1 D Q A Q V π =

= , maka persamaannya menjadi :

v v D Q * 3 . 0 * 10 * 75 * 4 * 1 * 1 * 4 Re 3 π π − =

= = 317357.8127

10 * 003 , 1 * 3 . 0 * 10 * 75 * 4 6 3 = − − π

Re > 4000, jadi aliran pada pipa adalah aliran turbulen b. Mencari nilai e/D

(51)

Jadi dengan diperolehnya nilai Re1 dan e/D1 2 74 . 5 7 . 3 / log 25 . 0             + = R N D e f

, maka nilai f untuk pipa 1 dapat diketahui melalui diagram Moody , untuk mendapatkan besar nilai f yang lebih akuratnya digunakan persamaan 2.16 seperti di bawah ini:

0143 . 0 317357.812 74 . 5 7 . 3 10 * 5 log 25 . 0 2 6 1 =             + = − f

Sehingga Headloss dapat dihitung sebagai berikut:

g D V L f h_F 2 . .. . 2 = 2 1 4 1 1 1 1 D Q A Q V π =

= , substitusi ke persamaan diatas, jadi:

5 1 2 2 1 1 1 * * * * * 8 D g Q L f h_f π = m

h_f 1.093

3 . 0 * 14 . 3 * 81 . 9 ) 10 * 75 ( * 400 * 0143 . 0 * 8 5 2 2 3

1 = =

−

2. Pada pipa 2

Data Pada Pipa 2: ( Dapat dilihat dari gambar ) Q2

= 30 L/s

= 400 m

Pipa copper , nilai e = 0.0015 mm ( Dari Tabel 2.3 ) = 10 inci = 25 cm = 0.25 meter

ν = 1.003 * 10-6 m2/s ( nilai ν air untuk temperature 200 •

C , lihat tabel 2.1) Mencari nilai Re dan e/D untuk memperoleh nilai faktor gesekan , f :

(52)

a. Mencari nilai Re

v D V2* 2

Re= , dengan

2 2 4 2 2 2 2 D Q A Q V π =

= , maka persamaannya menjadi :

v D Q * * * 4 Re π

= = 152331.7501

10 * 003 , 1 * 25 . 0 * 10 * 30 * 4 6 3 = − − π

Re > 4000, jadi aliran pada pipa adalah aliran turbulen b. Mencari nilai e/D

e/D2

Jadi dengan diperolehnya nilai Re = 0.0015/250 = 0.000006

2 dan e/D2

2 74 . 5 7 . 3 / log 25 . 0             + = R N D e f

, maka nilai f untuk pipa 2 dapat diketahui melalui diagram Moody , untuk lebih akuratnya kita bisa menggunakan dari persamaan 2.16 seperti di bawah ini:

0164 . 0 152331.750 74 . 5 7 . 3 10 * 6 log 25 . 0 2 6 1 =             + = − f

Sehingga Headloss dapat dihitung sebagai berikut:

g D V L f h_F 2 . .. . 2 = 2 2 4 2 2 2 2 D Q A Q

V = = _π , substitusi ke persamaan diatas, jadi:

5 2 2 * * * * * 8 D g Q L f hf π = m

hf 0.375

25 . 0 * 14 . 3 * 81 . 9 ) 10 * 30 ( * 300 * 0164 . 0 * 8 5 2 2 3

2 = =

(53)

Dengan mempermudah perhitungan digunakan program excel untuk perhitungan selanjutnya untuk pipa 3, 4, 5, 6, 7 sebagai berikut:

RE1 = 317357.8127 RE2 = 152331.7501 RE3 = 203109.0002 RE4 = 317357.8127 RE5 = 228497.6252 RE6 = 126943.1251 RE7 = 222150.4689

E/D1 = 0.000005

E/D2 = 0.000006

E/D3 = 0.000006

E/D4 = 0.000005

E/D5 = 0.000006

E/D6 = 0.000006

E/D7 = 0.0000075

F1 = 0.01428479

F2 = 0.016436813 F3 = 0.015541242

F4 = 0.01428479

F5 = 0.015196556 F6 = 0.017046833 F7 = 0.015292623 HF1 = 1.093992348 M HF2 = 0.375876777 M HF3 = 0.842422228 M HF4 = 0.820494261 M HF5 = 1.042543828 M HF6 = 0.270712987 M HF7 = 1.936833283 M

(54)

LOOP1

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN PERTAMA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 75 1.093992348 0.014586565

2 0.25 300 30 0.375876777 0.012529226

3 0.25 400 -40 -0.842422228 0.021060556

4 0.3 300 -75 -0.820494261 0.010939923

E -0.193047363 0.05911627

∆ Q 1.63

LOOP2

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN PERTAMA

Q(L/S) HF (M) _HF/Q

5 _0.25 400 45 _1.042543828 0.023167641

6 _0.25 300 25 _0.270712987 0.010828519

7 0.2 400 -35 -1.936833283 0.055338094

2 0.25 300 -30 -0.375876777 0.012529226

E -0.999453245 0.10186348

∆ Q 4.90

karena ∆Q belum mendekati 0 jadi, perlu diiterasi ulang lagi dengan mengasumsikan kapasitas aliran dengan debit yang baru, salah satu cara agar memperoleh hasil ∆Q yang mendekati 0 adalah dengan menambahkan besar ∆Q pada iterasi percobaan pertama ke dalam Q yang diasumsikan lagi pada percobaan iterasi yang kedua, sehingga diperoleh besar Q untuk percobaan iterasi yang kedua . Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

(55)

Iterasi percobaan kedua

Gambar 4.3. Asumsi Kapasitas aliran untuk iterasi percobaan kedua.

Q1 = 77 L/s

Q2 = 27 L/s

Q3 = 38 L/s

Q4 = 73 L/s

Q5 = 50 L/s

Q6 = 30 L/s

Q7 = 30 L/s

Dari asumsi debit aliran yang baru untuk iterasi kedua yang ada diatas , sehingga diperoleh hasil iterasi kedua sebagai berikut:

RE1 = 325820.7 RE2 = 137098.6 RE3 = 192953.6 RE4 = 308894.9 RE5 = 253886.3 RE6 = 152331.8 RE7 = 190414.7 E/D1 = 0.000005 E/D2 = 0.000006 E/D3 = 0.000006 E/D4 = 0.000005 E/D5 = 0.000006 E/D6 = 0.000006 E/D7 = 7.5E-06

F1 = 0.014216

F2 = 0.016785

F3 = 0.015695

Q disamping adalah Q asumsi iterasi pertama + ∆Q pada iterasi pertama, yang akan digunakan untuk perhitungan iterasi kedua

(56)

LOOP1

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KEDUA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 77 1.147584 0.014904

2 0.25 300 27 0.310912 0.011515

3 0.25 400 -38 -0.76782 0.020206

4 0.3 300 -73 -0.78118 0.010701

E -0.0905 0.057326

∆Q 0.79

LOOP2

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KEDUA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

5 0.25 400 50 1.261838 0.025237

6 _0.25 300 30 _0.375877 0.012529

7 _0.2 400 -30 _-1.46543 0.048848

2 0.25 300 -27 -0.31091 0.011515

E -0.13863 0.098129

∆Q 0.70

karena ∆Q belum mendekati 0 jadi, perlu diiterasi ulang lagi dengan mengasumsikan kapasitas aliran dengan besar yang baru, salah satu cara agar memperoleh hasil ∆Q yang mendekati 0 adalah dengan menambahkan besar ∆Q pada iterasi percobaan kedua ke dalam Q yang diasumsukan lagi pada percobaan

F4 = 0.014356

F5 = 0.014898

F6 = 0.016437

F7 = 0.015749

HF1 = 1.147584 HF2 = 0.310912 HF3 = 0.767819 HF4 = 0.781178 HF5 = 1.261838 HF6 = 0.375877 HF7 = 1.465429

(57)

iterasi yang ketiga, sehingga diperoleh besar Q untuk percobaan iterasi yang ketiga . Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Iterasi percobaan ketiga

Gambar 4.4. Asumsi Kapasitas aliran untuk iterasi percobaan ketiga.

Q1 = 78 L/s

Q2 = 27 L/s

Q3 = 37 L/s

Q4 = 72 L/s

Q5 = 51 L/s

Q6 = 31 L/s

Q7 = 29 L/s

Dari asumsi debit aliran yang baru untuk iterasi ketiga, sehingga diperoleh hasil iterasi ketiga sebagai berikut:

RE1 = 330052.1

RE2 = 137098.6

RE3 = 187875.8

RE4 = 304663.5

RE5 = 258964

RE6 = 157409.5

RE7 = 184067.5

E/D1 = 0.000005

E/D2 = 0.000006

E/D3 = 0.000006

E/D4 = 0.000005

E/D5 = 0.000006

(58)

E/D7 = 7.5E-06

F1 = 0.014183

F2 = 0.016785

F3 = 0.015776

F4 = 0.014392

F5 = 0.014843

F6 = 0.016331

F7 = 0.015852

HF1 = 1.174817

HF2 = 0.310912

HF3 = 0.731696

HF4 = 0.761851

HF5 = 1.30797

HF6 = 0.398762

HF7 = 1.378339

LOOP1

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 78 1.174817 0.015062

2 0.25 300 27 0.310912 0.011515

3 0.25 400 -37 -0.7317 0.019776

4 0.3 300 -72 -0.76185 0.010581

E -0.00782 0.056934

∆Q 0.068

LOOP2

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

5 _0.25 400 51 _1.30797 0.025646

6 0.25 300 31 0.398762 0.012863

7 _0.2 400 -29 _-1.37834 0.047529

2 0.25 300 -27 -0.31091 0.011515

E 0.017481 0.097554

(59)

Setelah melakukan iterasi ketiga diperoleh besar ∆Q yang mendekati 0 , sehingga debit masing-masing pipa yang diasumsikan adalah debit sebenarnya pada masing-masing pipa sehingga diperoleh juga besar kecepatan aliran dan headloss masing-masing pipa seperti yang ada pada perhitungan excel di atas.

Untuk mempermudah perhitungan selanjutnya maka perhitungan untuk persoalan alternatif 2, 3 dan 4 dapat dikerjakan dengan excel tercantum pada lampiran Tugas Akhir ini, dimana setelah dilakukan menggukan excel hasil yang didapat juga setelah melakukan percobaan iterasi 3 maka rekapitulasi hasil perhitungannya adalah sebagai berikut:

Q1 = 78 D1 = 0.3 M 300 MM L1 = 400 Q2 = 27 D2 = 0.25 M 250 MM L2 = 300 Q3 = 37 D3 = 0.25 M 250 MM L3 = 400 Q4 = 72 D4 = 0.3 M 300 MM L4 = 300 Q5 = 51 D5 = 0.25 M 250 MM L5 = 400 Q6 = 31 D6 = 0.25 M 250 MM L6 = 300 Q7 = 29 D7 = 0.2 M 200 MM L7 = 400

Hasil perhitungan percobaan iterasi 3 untuk alternatif 2

Hasil untuk Alternatif 2

HAZEN WILLIAM

C = 135

HF1 = 1.522963

HF2 = 0.389632

HF3 = 0.930559

HF4 = 0.98501

HF5 = 1.684906

HF6 = 0.503096

(60)

LOOP1

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 ₇₈ 1.522963 0.019525

2 0.25 300 ₂₇ 0.389632 0.014431

3 0.25 400 _-37 -0.93056 0.02515

4 0.3 300 -72 -0.98501 0.013681

E -0.00297 0.072787

∆Q 0.022085

LOOP2

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

5 0.25 400 51 1.684906 0.033037

6 0.25 300 ₃₀ 0.503096 0.01677

7 0.2 400 _-40 -1.75599 0.0439

2 0.25 300 -27 -0.38963 0.014431

E 0.042377 0.108138

∆Q -0.21183

Hasil perhitungan percobaan iterasi 3 untuk alternatif 3

Hasil untuk alternatif 3

E = 0.36

DARCY WEISBACH

RE1 = 330052.1

RE2 = 137098.6

RE3 = 187875.8

RE4 = 304663.5

RE5 = 258964

RE6 = 157409.5

RE7 = 184067.5

E/D1 = 0.0012

E/D2 = 0.00144

E/D3 = 0.00144

E/D4 = 0.0012

(61)

E/D6 = 0.00144

E/D7 = 0.0018

F1 = 0.021461

F2 = 0.02325

F3 = 0.022847

F4 = 0.021526

F5 = 0.022527

F6 = 0.023061

F7 = 0.02399

HF1 = 1.777682

HF2 = 0.430655

HF3 = 1.059617

HF4 = 1.139485

HF5 = 1.985011

HF6 = 0.563097

HF7 = 2.085894

LOOP1

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 78 1.777682 0.022791

2 0.25 300 27 0.430655 0.01595

3 0.25 400 -37 -1.05962 0.028638

4 0.3 300 -72 -1.13948 0.015826

E 0.009235 0.083205

∆Q -0.05

LOOP2

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

5 0.25 400 51 1.985011 0.038922

6 _0.25 300 31 _{0.563097 0.018164}

7 _0.2 400 -29 _{-2.08589 0.071927}

2 0.25 300 -27 -0.43065 0.01595

E 0.031559 0.144964

(62)

Hasil perhitungan percobaan iterasi 3 untuk alternatif 4

Hasil untuk alternatif 4 HAZEN WILLIAM

C = 120

HF1 = 1.893746

HF2 = 0.484493

HF3 = 1.157114

HF4 = 1.224822

HF5 = 2.095115

HF6 = 0.625581

HF7 = 2.183509

LOOP1

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 _{78 1.893746 0.024279}

2 0.25 300 _{27 0.484493 0.017944}

3 0.25 400 -37 -1.15711 0.031273

4 0.3 300 _-72 -1.22482 0.017011

E -0.0037 0.090508

∆Q 0.022085

LOOP2

PIPA DIAMETER

(M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KETIGA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

5 0.25 400 _{51 2.095115 0.041081}

6 0.25 300 _{31 0.625581} 0.02018

7 0.2 400 -29 -2.18351 0.075293

2 0.25 300 -27 -0.48449 0.017944

E 0.052694 0.154498

(63)

Setelah didapat hasil perhitungan jaringan dari alternatif 1, 2, 3, 4 dengan metode Hardy-Cross, maka untuk alternatif 5, 6, 7, 8 perhitungan jaringan pipa akan dianalisis menggunakan software WaterCAD v 8i.

Di bawah ini perhitungan jaringan pipa untuk persoalan pada alternatif 5.

Menghitung besar kecepatan aliran dan headloss pada setiap pipa dalam jaringan pipa dengan pipa berbahan copper menggunakan WaterCAD V8i ( Perhitungan head loss menggunakan persamaan Darcy – Weisbach ). Alternatif kelima

Di dalam perhitungan jaringan pipa menggunakan software WaterCAD ini diperlukan data-data yang akan di input berdasarkan data objek studi yang sudah dikumpulkan untuk mencari besar kecepatan dan headloss masing-masing pipa sebagai berikut :

Q2 = 20 L/s Q3 = 60 L/s Q4 = 35 L/s Q5 = 35 L/s

Q1 = Debit yang tersedia berasal dari Reservoir (L/s)

Q2, Q3, Q4, Q5 = Debit yang diperlukan pada masing-masing titik (L/s) P-1 = Panjang pipa 1 = 400 meter

P-2 = Panjang pipa 2 = 300 meter P-3 = Panjang pipa 3 = 400 meter P-4 = Panjang pipa 4 = 300 meter P-5 = Panjang pipa 5 = 400 meter P-6 = Panjang pipa 6 = 300 meter

(64)

P-7 = Panjang pipa 7 = 400 meter D-1 = Diameter pipa 1 = 12 inci D-2 = Diameter pipa 2 = 10 inci D-3 = Diameter pipa 3 = 10 inci D-4 = Diameter pipa 4 = 12 inci D-5 = Diameter pipa 5 = 10 inci D-6 = Diameter pipa 6 = 10 inci D-7 = Diameter pipa 7 = 8 inci

Skema gambar AutoCAD dari layout jaringan yang akan dianalisis juga termasuk data yang diperlukan sebelum menginput data, dimana gambar ini nantinya akan di plot ke WaterCAD v8i .

Berikut ini prosedur perhitungan jaringan pipa pada alternatif 5 : 1. Membuka aplikasi WaterCAD v8i

(65)

3. Pada menubars pilih tools > option.

4. Pada jendela menu option pilih tab Units , setelah itu ubah default units system for new project menjadi SI , agar semua satuan dalam jaringan pipa menggunakan satuan System International.

(66)

5. Pada jendela menu option pilih lagi tab Drawing, lalu drawing scale dan annotation multipliers diubah seperti di bawah ini .(NB : skala harus disamakan dengan skala skema jaringan pipa yang ada pada gambar AutoCAD).

(67)

6. Pada toolbars pilih calculation option atau menubars pilih analysis > calculation option

Di bawah ini jendela Calculation Option:

7. Pada jendela calculation option pilih Steady State/EPS Solver > Base calculation option.

(68)

Pada jendela base calculation option ini dapat dilihat friction method adalah Hazen-William , maka diganti menjadi Darcy-Weisbach sesuai dengan kondisi pada alternatif 5 yang akan dianalisis.

8. Setelah prosedur di atas selesai, lalu pilih pada menubars view > Prototype, ( prosedur ini untuk mendefinisikan material pipa yang akan dgunakan)

(69)

Pada jendela prototype klik kanan pipe lalu pilih new

Setelah itu akan muncul tulisan “Pipe prototype-1” seperti di bawah ini:

Setelah itu double click pipe prototype-1 untuk mengubah atau mendefinisikan dimensi dan material pipa yang akan digunakan.

Cara mengubah material adalah klik symbol yang sudah ditandai pada gambar di bawah seperti berikut:

(70)

Setelah itu double klik material library > materiallibrary.xml > pilih material pipa yang akan digunakan .( pada kondisi alternatif 5 menggunakan pipa berbahan copper ) .Lalu pilih copper dan bisa dilihat disamping kanan dari jendela engineering libraries diberikan informasi nilai dari koefisien Hazen-William,CHW,

dan kekasaran relatif, e dari material pipa copper.

Setelah selesai mendefenisikan material pipa lalu tutup jendela engineering libraries lalu simpan file dengan nama file copper darcy.

9. Langkah selanjutnya menyediakan layout jaringan pipa yang sudah ada ditentukan pada objek studi untuk selanjutnya di plot ke WaterCAD.

(71)

Agar bisa diplot ke WaterCAD v8i maka gambar diatas file extension harus diubah dari jaringan pipa.dwg menjadi jaringan pipa.dxf.

Cara mengubah file extensionnya :

1) Buka file jaringan pipa.dwg 2) Setelah itu save as filenya

3) Lalu pada jendela file save as ada tulisan files of type , pada kotak isiannya diganti menjadi jaringan pipa.dxf sperti gambar di bawah ini:

10. Setelah file extension diubah , file waterCAD yang diberi nama file copper Darcy kembali dibuka lalu plot skema jaringan pipa tadi.

(72)

Langkah-langkah memplot layout jaringan pipa ke WaterCAD v8i adalah sebagai berikut:

1) Pada jendela Background Layer , klik kanan background layer > file > new .

2) Setelah itu akan muncul jendela “ select background “ seperti dibawah ini:

3) Lalu cari file jaringan pipa yang sebelumnya sudah diubah file extensionnya, lalu klik open. Setelah itu muncul jendela DXF properties > klik ok.

(73)

4) Setelah itu, gambar sudah terplot ke ruang kerja waterCAD seperti di bawah ini:

11. Klik reservoir pada layout toolbar , lalu letakkan pada gambar jaringan pipa. Untuk memasukkan elevasi reservoir double klik symbol reservoir yang sudah diletakkan pada skema jaringan pipa lalu ganti elevasinya

(74)

12. Untuk junction, dapat dilakukan hal yang sama seperti meletakkan reservoir

13. Untuk meletakkan pipa caranya klik tarik garis dari titik ke titik selanjutnya mengikuti gambar jaringan pipa . Setelah selesai menarik garis lalu klik kanan > done , untuk mengakhiri penggambaran pipa.

(75)

14. Data – data jaringan pipa diinput, seprti diameter pipa dan water demand pada titik 2, 3, 4, dan 5.

A. Langkah input diameter pipa :

1) Pilih view > flex table > pipe table ( klik pada toolbar )

2) Karena diameter pipa pada data dalam satuan inci, maka satuan diganti caranya pada jendela flex table klik kanan kolom diameter > unit and formating… maka akan muncul jendela set field option- diameter lalu pada kolom units mm diganti menjadi in .

(76)

B. Langkah input water demand sebagai berikut:

1) Klik pada toolbar , lalu lalu pilih initialize demand for all element pada jendela demand control center.

2) Input data debit pada titik 2, 3, 4, 5 yang merupakan debit yang diterima pada titik tersebut.

15. Setelah semua data selesai di input, klik validate pada toolbar , ini perlu dilakukan untuk mengetahui apakah jaringan pipa yang direncanakan merupakan

(77)

suatu kesatuan sistem agar saat dianalisis oleh waterCAD dapat memberikan report mengenai hasil dari rangkaian sistem jaringan yang direncanakan.

Bila validate tidak mengalami masalah, akan muncul pemberitahuan seperti di bawah ini.

16. Setelah itu lalu klik coumpute yang ada pada toolbar , lalu akan muncul seperti gambar di bawah.

(78)

17. Untuk melihat hasil atau report dari perhitungan klik flex table pada toolbar. Dari report bisa dilihat hasil dari report perhitungan dengan software WaterCAD adalah debit pada masing pipa, headloass pada masing-masing pipa dan kecepatan pada masing-masing-masing-masing pipa.

(79)

Dengan prosedur yang sama seperti perhitungan pada alternatif 5 , maka alternatif 6, 7, dan 8 dapat diselesaikan.

(80)

(81)

(82)

(83)

Berikut ini tabel rekapitulasi dari seluruh perhitungan untuk setiap alternatif : REKAPITULASI SELURUH HASIL DARI ALTERNATIF ALTERNATIF

(84)

Sebagai tambahan untuk bahan perbandingan dari hasil perhitungan masing-masing alternatif di atas maka pada tugas akhir ini ditambahkan dua hal terkait mengetahui pengaruh kekasaran terhadap kecepatan aliran dan headloss pada jaringan pipa, yaitu:

1. Menambahkankan dua jenis material pipa yaitu galvanized iron dan steel menggunakan WaterCAD v8i.

2. Mengubah ukuran diameter pipa bertujuan mengetahui perbedaaan hasil perhitungannya dengan hasil perhitungan alternatif di atas.

Berikut ini tabel rekapitulasi hasil perhitungan jaringan pipa untuk pipa galvanized iron dan steel menggunakan WaterCAD v8i:

(85)

Berikut ini tabel rekapitulasi hasil perhitungan jaringan pipa dengan ukuran diameter berbeda:

(86)

(87)

4.3. Pembahasan

Sesuai dengan hasil analisis perhitungan untuk masing-masing alternatif perhitungan jaringan pipa di atas, diperoleh bahwa perhitungan menggunakan metode Hardy-Cross dan WaterCAD memberikan hasil yang tidak berbeda jauh secara signifikan. Hasil pembahasan analisis terhadap masing-masing alternatif perhitungan jaringan pipa dapat disimpulkan sebagai berikut :

1) Hasil perhitungan untuk setiap alternatif perhitungan jaringan pipa menunjukkan debit yang relatif sama pada setiap pipa sebagai contoh debit pada pipa 1 untuk alternatif 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,dan 8. Diakibatkan debit yang relatif sama itu maka kecepatan aliran pada setiap pipa juga sama karena kecepatan aliran tergantung pada debit dan luas penampang pipa, dimana luas penampang untuk setiap alternatif perhitungan jaringan pipa adalah sama.

(88)

2) Hasil perhitungan untuk setiap alternatif perhitungan jaringan pipa juga menunjukkan perbedaan antara alternatif 1 sampai 8, yaitu headloss pada setiap pipa yang terdapat dalam jaringan pipa untuk masing-masing alternatif perhitungan jaringan pipa berbeda.

Berikut ini hal-hal yang membuat headloss pada setiap pipa yang terdapat dalam jaringan pipa berbeda untuk alternatif 1 sampai 8 :

• Besar koefisien kekasaran Hazen-William ( CHW ) yang didapat pada studi

pustaka dengan koefisien kekasaran Hazen- William( CHW

• Kekasaran relatif atau absolute roughness ( e ) yang didapat pada studi pustaka dengan kekasaran relatif maupun absolute roughness ( e ) yang sudah ada ditentukan di dalam software WaterCAD pada pipa copper dan concrete berbeda-beda.

) yang sudah ada ditentukan pada software WaterCAD pada pipa copper dan concrete berbeda-beda.

• Karena perhitungan Head loss mayor tergantung oleh panjang pipa ( L ), maka hal ini juga termasuk faktor yang menyebabkan perbedaan headloss antara setiap alternatif walaupun sangat kecil. Ini disebabkan saat proses penggambaran layout pipa pada aplikasi WaterCAD v8i tidak sesuai dengan ukuran sebenarnya dikarenakan kurang teliti saat penggambaran layout jaringan pipa pada workspace WaterCAD v8i.

• Setelah dilakukan simulasi pada jaringan pipa untuk jenis pipa galvanized dan steel dapat disimpulkan pipa copper masih lebih baik daripada kedua pipa tersebut karena headloss yang terjadi dalam jaringan pipa untuk pipa copper masih yang paling kecil diantara semua pipa yang dibandingkan.

(89)

• Setelah dilakukan perhitungan jaringan pipa untuk diameter yang lebih besar diperoleh hasil perhitungan yaitu kecepatan aliran dan headloss pada pada pipa semakin kecil dan berbanding terbalik dengan debit pada pipa yang semakin besar.

(90)

BAB V KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis dapat menarik kesimpulan antara lain :

1. Dalam perhitungan jaringan pipa didapatkan beberapa hasil perhitungan antara lain arah aliran setiap pipa , debit aliran setiap pipa, kecepatan aliran setiap pipa, dan headloss setiap pipa.

2. Dalam perhitungan jaringan pipa dari masing-masing alternatif perhitungan, hasil analisa diperoleh adanya perbedaan hasil antara pipa tembaga dan pipa beton akibat pengaruh faktor kekasaran masing-masing jenis pipa tersebut. Sebagai bahan perbandingan dapat ditinjau pada saluran pipa 1 ( P1 ) adalah:

a) Perbandingan antara pipa berbahan tembaga dan pipa berbahan beton pada dari hasil perhitungan alternatif 1 dan 3 (dimana kedua alternatif ini menggunakan metode Hardy-Cross) :

• Pada saluran pipa 1 pada alternatif 1 (menggunakan pipa tembaga) diperoleh debit Q = 78 L/s , kecepatan aliran V = 1,107 m/s, headloss hf = 1,175 m.

• Pada saluran pipa 1 pada alternatif 3 (menggunakan pipa beton) diperoleh debit Q = 78 L/s , kecepatan aliran V = 1,107 m/s, headloss hf = 1,778 m.

(91)

b) Perbandingan antara pipa berbahan tembaga dan pipa berbahan beton yaitu pada alternatif 5 dan 7 (dimana kedua alternatif ini disimulasikan dengan WaterCAD v8i) :

• Pada saluran pipa 1 pada alternatif 5 (menggunakan pipa tembaga) diperoleh debit Q = 78.06 L/s , kecepatan aliran V = 1.070 m/s, headloss hf = 1,088 m.

• Pada saluran pipa 1 pada alternatif 7 (menggunakan pipa beton) diperoleh debit Q = 77.93 L/s , kecepatan aliran V = 1.068 m/s, headloss hf = 1,429 m.

3. Dengan membandingkan proses pengerjaan perhitungan jaringan pipa antara menggunakan analisa perhitungan menggunakan metode Hardy- Crosss dengan WaterCAD v8i disimpulkan bahwa software ini lebih mudah dan akurat ditinjau dari waktu pengerjaan perhitungan jaringan pipa dan keakuratan hasil perhitungan,apabila dibandingkan dengan metode Hardy-Cross yang memerlukan beberapa kali percobaan iterasi untuk mengasumsikan debit kebutuhan pada tiap pipa dan keakuratan hasil perhitungan lebih rendah daripada hasil perhitungan menggunakan WaterCAD.

4. Dari hasil perhitungan semua alternatif dapat juga disimpulkan bahwa pipa copper sangat baik digunakan pada suatu jaringan pipa karena headlossnya lebih kecil dibandingkan dengan jenis pipa lain. Ini disebabkan oleh faktor kekasaran pipa copper yang kecil.

5. Diameter pipa mempengaruhi besar debit, kecepatan aliran dan headloss pada pipa. Dimana bila diameter semakin besar maka debit pada pipa

(92)

semakin besar, tetapi kecepatan aliran dan headloss pada pipa semakin kecil atau sebaliknya.

(93)

DAFTAR PUSTAKA

Bentley Systems, Incorporated, 2011, Building a Network with Fire

Flow

Brater, E. F & King, H. W, 1963, Handbook of Hydraulics,McGraw-Hill Inc, Unites States of America.

Elgamal, Mohamed, 2014, Water Pipe

Network

Houghtalen, J.P., dkk, 2010, Fundamental of Hydraulic

Engineering Systems, Pearson Education, New Jersey

Howe, Kerry J., dkk , 2012, Principles of Water Treatment,John Wiley & Sons Inc, New Jersey.

Jonas M. K. Dake, 1985, Hidrolika Teknik, Terjemahan Tachyan, E. P & Pangaribuan, Y.P Erlangga, Jakarta.

Nurcholis, Lutfi, 2008, Perhitungan Laju Aliran Fluida Pada

Jaringan Pipa, Traksi, Volume 7, No.1.

(94)

LAMPIRAN

PERHITUNGAN UNTUK ALTERNATIF 1:

Percobaan iterasi pertama:

Q1 = 75 D1 = 0.3 M 300 MM L1 = 400 Q2 = 30 D2 = 0.25 M 250 MM L2 = 300 Q3 = 40 D3 = 0.25 M 250 MM L3 = 400 Q4 = 75 D4 = 0.3 M 300 MM L4 = 300 Q5 = 45 D5 = 0.25 M 250 MM L5 = 400 Q6 = 25 D6 = 0.25 M 250 MM L6 = 300 Q7 = 35 D7 = 0.2 M 200 MM L7 = 400

E = 0.0015 DARCY WEISBACH RE1 = 317357.8127 RE2 = 152331.7501 RE3 = 203109.0002 RE4 = 317357.8127 RE5 = 228497.6252 RE6 = 126943.1251 RE7 = 222150.4689 E/D1 = 0.000005 E/D2 = 0.000006 E/D3 = 0.000006 E/D4 = 0.000005 E/D5 = 0.000006 E/D6 = 0.000006 E/D7 = 0.0000075 F1 = 0.01428479 F2 = 0.016436813 F3 = 0.015541242 F4 = 0.01428479 F5 = 0.015196556 F6 = 0.017046833 F7 = 0.015292623 HF1 = 1.093992348

(95)

HF2 = 0.375876777 HF3 = 0.842422228 HF4 = 0.820494261 HF5 = 1.042543828 HF6 = 0.270712987 HF7 = 1.936833283

LOOP1

PIPA DIAMETER (M) PANJANG (M) PERCOBAAN PERTAMA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 75 1.093992348 0.014586565 2 0.25 300 30 0.375876777 0.012529226 3 0.25 400 -40 -0.842422228 0.021060556 4 0.3 300 -75 -0.820494261 0.010939923 E -0.193047363 0.05911627 ∆Q 1.765164252

LOOP2

PIPA DIAMETER (M) PANJANG (M) PERCOBAAN PERTAMA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

5 0.25 400 45 1.042543828 0.023167641 6 0.25 300 25 0.270712987 0.010828519 7 0.2 400 -35 -1.936833283 0.055338094 2 0.25 300 -30 -0.375876777 0.012529226 E -0.999453245 0.10186348 ∆Q 5.303618122

(96)

Percobaan iterasi kedua:

Q1 = 77 D1 = 0.3 M 300 MM L1 = 400 Q2 = 27 D2 = 0.25 M 250 MM L2 = 300 Q3 = 38 D3 = 0.25 M 250 MM L3 = 400 Q4 = 73 D4 = 0.3 M 300 MM L4 = 300 Q5 = 50 D5 = 0.25 M 250 MM L5 = 400 Q6 = 30 D6 = 0.25 M 250 MM L6 = 300 Q7 = 30 D7 = 0.2 M 200 MM L7 = 400

DARCY WEISBACH RE1 = 325820.6878 RE2 = 137098.5751 RE3 = 192953.5501 RE4 = 308894.9377 RE5 = 253886.2502 RE6 = 152331.7501 RE7 = 190414.6876 E/D1 = 0.000005 E/D2 = 0.000006 E/D3 = 0.000006 E/D4 = 0.000005 E/D5 = 0.000006 E/D6 = 0.000006 E/D7 = 0.0000075 F1 = 0.014216254 F2 = 0.016785113 F3 = 0.015695225 F4 = 0.014355731 F5 = 0.014898392 F6 = 0.016436813 F7 = 0.015748819 HF1 = 1.147584096 HF2 = 0.310911784 HF3 = 0.767818994 HF4 = 0.78117834 HF5 = 1.261837788 HF6 = 0.375876777 HF7 = 1.465428613

(97)

LOOP1

PIPA DIAMETER (M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KEDUA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 77 1.147584 0.014904 2 0.25 300 27 0.310912 0.011515 3 0.25 400 -38 -0.76782 0.020206 4 0.3 300 -73 -0.78118 0.010701 E -0.0905 0.057326

∆Q 0.853363

LOOP2

PIPA DIAMETER (M)

PANJANG (M)

PERCOBAAN KEDUA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

5 0.25 400 50 1.261838 0.025237 6 0.25 300 30 0.375877 0.012529 7 0.2 400 -30 -1.46543 0.048848 2 0.25 300 -27 -0.31091 0.011515 E -0.13863 0.098129

(98)

Percobaan iterasi ketiga:

DARCY WEISBACH RE1 = 330052.13 RE2 = 137098.58 RE3 = 187875.83 RE4 = 304663.5 RE5 = 258963.98 RE6 = 157409.48 RE7 = 184067.53 E/D1 = 0.000005 E/D2 = 0.000006 E/D3 = 0.000006 E/D4 = 0.000005 E/D5 = 0.000006 E/D6 = 0.000006 E/D7 = 0.0000075 F1 = 0.0141828 F2 = 0.0167851 F3 = 0.0157762 F4 = 0.0143922 F5 = 0.0148434 F6 = 0.0163307 F7 = 0.0158521 HF1 = 1.1748175 HF2 = 0.3109118 HF3 = 0.7316964 HF4 = 0.7618507 HF5 = 1.3079697 HF6 = 0.398762 HF7 = 1.3783386

(99)

LOOP1

PIPA DIAMETER (M) PANJANG (M) PERCOBAAN KETIGA Q(L/S) HF (M) HF/Q 1 0.3 400 78 1.174817 0.015062 2 0.25 300 27 0.310912 0.011515 3 0.25 400 -37 -0.7317 0.019776 4 0.3 300 -72 -0.76185 0.010581 E -0.00782 0.056934 ∆Q 0.074224

LOOP2

PIPA DIAMETER (M) PANJANG (M) PERCOBAAN KETIGA Q(L/S) HF (M) HF/Q 5 0.25 400 51 1.30797 0.025646 6 0.25 300 31 0.398762 0.012863 7 0.2 400 -29 -1.37834 0.047529 2 0.25 300 -27 -0.31091 0.011515 E 0.017481 0.097554 ∆Q -0.09686

(100)

PERHITUNGAN UNTUK ALTERNATIF 2:

Percobaan iterasi pertama:

HAZEN WILLIAM C = 135

HF1 = 1.416374 HF2 = 0.473485 HF3 = 1.074934 HF4 = 1.06228 HF5 = 1.336639 HF6 = 0.337926 HF7 = 2.486637

LOOP1

PIPA DIAMETER (M) PANJANG (M) PERCOBAAN PERTAMA

Q(L/S) HF (M) HF/Q

1 0.3 400 75 1.416373539 0.018884981 2 0.25 300 30 0.473485196 0.01578284 3 0.25 400 -40 -1.07493401 0.02687335 4 0.3 300 -75 -1.062280154 0.014163735

E -0.24735543 0.075704906 ∆Q 1.766142312

(1)

Hasil report dari aplikasi WaterCAD v8i untuk pipa Galvanized Iron dan Steel

(2)

(3)

Hasil report dari aplikasi WaterCAD v8i untuk ukuran diameter pipa yang berbeda seperti pada gambar dibawah:

(4)

(5)

(6)

Analisispengaruh Faktor Kekasaran Dengan Persamaan Hazen William Dan Darcy Weisbach Terhadap Kecepatan Aliran Dan Kehilangan Tenaga Pada Pipa Dengan Watercad Versi 8i