Simulasi dan Perbandingan Distribusi Aliran Air Bersih dengan Menggunakan Software Pipe Flow Expert pada Perumahan PT. INALUM Power Plant, Paritohan

DAFTAR PUSTAKA

[1] Jack B. Evett, Cheng Liu.1987. Fundamentals of Fluid Mechanics. McGraw Hill. New York.

[2] M. Orianto, W. A. Pratikto. 1989. Mekanika Fluida I. BPFE, Yogyakarta.

[3] John K. Vennard, Robert L. Street. 1982. Elementary Fluid Mechanics, Sixth Edition. California.

[4] Viktor L. Streeter, Arko Prijono. 1992. Mekanika Fluida Jilid I, Edisi Kedelapan. PT. Erlangga. Jakarta.

[5] M. Orianto, W. A. Pratikto. 1989. Mekanika Fluida I. BPFE, Yogyakarta

[6] Sularso, Haruo Tahara . 2000. Pompa dan Kompresor : Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan. PT Pradnya Paramitha. Jakarta.

[7] Viktor L. Streeter, Arko Prijono. 1992. Mekanika Fluida Jilid II, Edisi Kedelapan. PT. Erlangga. Jakarta.

[8] Ram Gupta. S. 1989. “Hydrology & Hydraulic Engineering Systems. Pearson. New Jersey

[9] Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. Mekanika Fluida jilid I. PT. Erlangga. Jakarta,2002.

[10] Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. Mekanika Fluida jilid II. PT. Erlangga. Jakarta,2002.

BAB III METODOLOGI

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

3.1.1.Tempat Penelitian

Tempat penulis melakukan penelitian adalah di perumahan PT. INALUM, Paritohan

3.1.2.Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan mulai 20 April 2016 – 04 Mei 2016

3.2. Prosedur Penelitian

Dalam melakukan penelitian tugas akhir ini metode yang penulis gunakan adalah metode survei. Dimana didalam hal ini penulis langsung melakukan survei ke PT. Inalum Paritohan dan pada perumahan nya untuk mengumpulkan data-data dalam menganalisa sistem pendistribusian aliran air bersih, dan kebutuhan air bersih total yang dibutuhkan di perumahan PT. Inalum Paritohan kemudian dalam perencanaan sistem pemipaan dibuat dengan menerapkan rumus rumus yang di dapat dari studi baik dalam kampus ataupun dalam buku – buku kepustakaan ,jurnal serta internet yang berhubungan dengan mata kuliah tersebut.

Dalam perencanaan sistem pemipaan ini dilakukan penghitungan head losses (kehilangan tekanan ) dengan perhitungan manual menggunakan rumus Hazzen Williams, dan menganalisa masing masing pipa dengan menggunakan metode hardy cross dengan menghitung loop nya. Lalu membandingkan hasil manual dengan hasil yang disimulasikan pada program Pipe Flow Expert.

3.3 Metode Analisa Dengan Menggunakan Pipe Flow Expert

- Diameter Pipa - Material Pipa - Panjang Pipa

- Data-data pendukung pipa : Valve, fitting, tee, reducer dan lain-lain - Nilai elevasi masing masing kompone n

- Sifat-sifat fluida : temperatur, densitas, massa jenis, viskositas, tekanan dll

Dengan menggunakan aplikasi Pipe Flow Expert data yang diperoleh kemudian dimasukkan sesuai dengan sistem pemipaan yang akan dianalisa dan kemudian akan didapat output berupa hasil perhitungan seperti terlihat pada gambar 3.1

Gambar 3.1 Proses Input Data

Gambar di atas merupakan proses input data, data-data seperti material pipa, panjang pipa, diameter pipa, kekerasan dinding pipa, dimasukkan sesuai dengan data-data yang dijumpai di lapangan.

2. Kalkulasi Data

Melakukan perhitungan terhadap jaringan pipa sehingga dapat diketahui hasil akhirnya. Kalkulasi dapat berjalan jika data masukan lengkap dan sesuai

Gambar 3.2 Proses Kalkulasi Data

3. Hasil akhir analisa aliran fluida

Menampilkan hasil dari kalkulasi data yang merupakan tujuan akhir dari simulasi yang dilakukan. Hasil keluaran dari software ini dalam format .

Skema alur pengerjaan skripsi :

Mulai

Survey

Analisa data

• Menghitung kebutuhan air pada perumahan • Membuat estimasi pada beban puncak • Melakukan simulasi pada jaringan pipa • Menghitung Head Losses pada jaringan

pipa dengan metode Pipe Flow Software

• Analisa di setiap pipa

Hasil

Kesimpulan

Selesai Ya Tidak

Study Literatur

Pengambilan Data

3.3 Perumahan

Adapun kompleks perumahan pada PT. INALUM Paritohan yang kami bahas ini berada di Kec. parmaksian Toba. Pada kompleks perumahan ini terdapat dua tipe rumah yang berbeda, yakni tipe rumah mewah dan tipe rumah biasa. Di perumahan ini juga terdapat beberapa asrama (Dormitory). Selain itu juga terdapat beberapa fasilitas penunjang yakni: kantor, klinik dan juga taman.

Berikut data mengenai jumlah rumah, asrama dan fasilitas lainnya yang terdapat di kompleks perumahan Inalum, Paritohan:

Tabel 3.1 Total Perumahan PT. INALUM Paritohan

No Tipe Perumahan Jumlah

1 Rumah 114

2 Asrama (Dormitory) 5

3 Kantor 1

4 Klinik 1

5 Taman Bermain 2

6 Car Washing 1

7 Club House 1

8 Workshop 1

9 Barbershop 1

10 Shop 1

Sumber : Data perumahan Inalum Paritohan

Pada kompleks perumahan ini terdapat 114 rumah, 5 asrama dan berbagai fasilitas lainnya, dimana untuk pemenuhan kebutuhan air bersih di perumahan ini bersumber dari sungai Simanimbo kemudian diolah di water treatment kemudian di pompakan ke reservoir B (Tangki B) , dari tangki langsung didistribusikan ke konsumen. Untuk lebih jelasnya tentang kompleks perumahan dan didalamnya berikut ini kami paparkan gambar denah perumahan Inalum, Paritohan :

BAB IV ANALISA DATA

4.1. Jumlah Pemakaian Air

Dalam analisa suatu sistem jaringan pipa yang dipergunakan untuk mendistribusikan air bersih pada suatu suatu bangunan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu kebutuhan air secara keseluruhan yang meliputi kebutuhan perumahan itu sendiri dan fasilitas-fasilitas lainnya yang terdapat pada perumahan tersebut.

Tabel 4.1 Pemakaian Air Rata-Rata per Hari No Jenis gedung Pemakaian

air rata-rata sehari (liter) Jangka waktu pemakain air rata-rata sehari (jam) Perbandingan luas lantai efektif/total (%) Keterangan

1 Perumahan mewah

250 8-10 42-45 Setiap penghuni

2 Rumah biasa 160-250 8-10 50-53 Setiap penghuni

3 Apartement 200-250 8-10 45-50 Mewah 250 liter

Menengah 180 liter

Bujangan 120 liter

4 Asrama 120 8 Bujangan

5 Rumah sakit Mewah > 1000 Menengah 500-1000

8-10 45-48 Setiap tempat

tidur pasien luar: 8 liter

160 liter

6 Gedung kantor 100 8 60-70 Setiap pegawai

7 Toserba (toko serba ada, department store)

3 7 55-60 Pemakain air

hanya untuk kakus, belum termasuk bagian restorannya

8 Restoran 30 5 Untuk penghuni

160 liter

9 Gedung perkumpulan

50-100 Setiap tamu

10 Taman Bermain

20 4 Setiap

Pengunjung

Sumber : Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing. Sofyan M. Noerbambang. Pradnyaparamitha. Jakarta.1996

4.1.1 Kebutuhan Air Bersih pada Perumahan

Dari hasil survey diperoleh jumlah rumah yang terdapat pada Komplek Perumahan Inalum Paritohan adalah sebanyak 114 rumah sehingga total kepala rumah tangga yang menetap adalah 114 kepala rumah tangga. Adapun jumlah anggota keluaga setiap rumah berkisar antara 5-7 orang.Dalam perencanaan ini diasumsikan setiap rumah berjumlah 6 orang yang terdiri dari 1 ayah, 1 ibu, 4 anak. Sehingga jumlah penduduk total yang terdapat pada kompleks ini adalah 114 x 6 orang = 684orang. Dimana kebutuhan rata-rata air bersih setiap orang perharinya 250 liter/hari.Sehingga berdasarkan hasil survey dan literatur yang ada maka kebutuhan air penduduk dapat dihitung, yaitu sebagai berikut :

Kebutuhan air penduduk perumahan Inalum

= Jumlah penduduk x Kebutuhan air rata-rata = 684 x 250 l/h.orang = 171000 l/hari.

4.1.2 Kebutuhan Air Bersih untuk Asrama Karyawan(Dormitory)

Berdasarkan hasil survey pada kompleks ini didapatkan 5 asrama karyawan yakni:

Dormitory E23, Dormitory NK, Dormitory F, Dormitory MO, Dormitory Driver Dengan rincian sebagai berikut:

Jumlah total penghuni Asrama (Dormitory) = 51 orang Rata-rata penghuni tiap Asrama (Dormitory) = 10 orang/asrama Kebutuhan air rata-rata perhari = 120 l/hari.orang Kebutuhan air per hari = 51 orang x120 l/hari.orang = 7200 l/hari

4.1.3 Kebutuhan Air Bersih untuk Kantor pada Kompleks Inalum Paritohan Berdasarkan hasil survey pada komplek Inalum Paritohan terdapat kantor Perusahaan INALUM yang terdiri dari Pass Office dan ADA & PGA Office

Jumlah pegawai seluruh = 65 orang

Pemakaian air rata-rata per hari = 100 l/hari.orang Kebutuhan air per hari =65 orang x 100 l/hari.orang =6500 l/hari.

Dengan demikian kebutuhan air total untuk kantor-kantor yang terdapat pada komplek perumahan ini sebesar = 6500 l/hari.

4.1.4 Kebutuhan Air Bersih untuk Klinik

Pada komplek perumahan ini terdapat sebuah rumah sakit dan berdasarkan hasi survey rumah sakit ini dikategorikan sebagai rumah sakit umum dan diperoleh data-data sebagai berikut :

 Kebutuhan air rata-rata per hari untuk pasien =200 l/hari  Jumlah staff dan pegawai = 7 orang

Pemakaian air rata-rata/hari = 120 l/hari.orang Kebutuhan air/ hari =7 orang x 120 l/hari.orang = 840 l/hari

Berdasarkan data diatas maka kebutuhan air untuk klinik pada komplek ini adalah = 200 l/hari + 840 l/hari = 1040 l/hari 4.1.5 Kebutuhan Air Bersih untuk Club house

Total Jumlah pengunjung = 150 orang/2 minggu Pemakaian rata-rata pengunjung = 100 l/pengunjung Kebutuhan air pengunjung = 150 x 100 l/pengunjung = 15000 l/2 minggu

Berdasarkan data diatas makan kebutuhan air untuk Club House adalah 535.5 liter/hari.

4.1.6 Kebutuhan Air untuk Workshop

Gedung Workshop pada umumnya digunakan setiap dua minggu sekali dengan rata-rata pengunjung 150 orang.

Total Jumlah pengunjung = 150 orang/2 minggu Pemakaian rata-rata pengunjung = 100 l/pengunjung Kebutuhan air pengunjung = 150 x 100 l/pengunjung = 15000 l/2 minggu

Berdasarkan data diatas makan kebutuhan air untukWorkshop adalah 535.5 liter/hari. 4.1.7 Kebutuhan Air Bersih untuk Shop dan Barbershop

Perkiraan untuk jumlah pengunjung untuk Shop dan Barber Shop dalam sehari sekitar 30 orang/hari dan total penjaga di shop dan barbershop 4 orang

Pemakain rata-rata pengunjung = 5untuk l/pengunjung Kebutuhan air pengunjung 30 x 5 l/pengunjung = 150 untuk l/hari Pemakain rata-rata penjaga/pegawai = 200untuk l/orang Kebutuhan air pengunjung = 5 x 200 l/pengunjung = 1000 untuk l/hari

Berdasarkan data diatas makan kebutuhan air shop dan barber shop adalah adalah 150 l/hari + 1000 l/hari = 1150 l/hari

4.1.8 Kebutuhan air bersih untuk Taman bermain

Didalam kompleks perumahan Inalum, Paritohan terdapat 2 buah taman dengan perkiraan pengunjung untuk setiap taman adalah 50 orang/hari sehingga total pengunjung untuk kedua taman adalah 100 orang/hari

Total Jumlah pengunjung = 100 orang/hari Pemakaian rata-rata pengunjung = 20l/pengunjung

Total kebutuhan air untuk semua pengunjung di taman bermain adalah 100 x 20 l/pengunjung = 2000 l/hari , atau setiap taman bermain membutuhkan air bersih 1000

4.1.9 Kebutuhan Air Bersih untuk Car Washing (Cuci mobil)

Car washing digunakan para karyawan/pegawai Inalum untuk mencuci mobil perusaan yang digunakan untuk aktivitas kerja

Total Jumlah mobil yang dicuci = 5 mobil/hari Pemakaian rata-rata pengunjung = 750 l/mobil

Total kebutuhan air untuk semua pengunjung di taman bermain adalah 5 x 750 l/mobil = 3750 liter/hari

Berikut adalah total kebutuhan untuk seluruh Perumahan dan fasilitas yang ada di dalam komplek perumahan PT. INALUM Power Plant Paritohan adalah sebagai berikut:

Tabel 4.2 Kebutuhan Total Perumahan PT. INALUM Power Plant

No

Fasilitas Jumlah

fasilitas (Unit) Kebutuhan Fasilitas/Unit (liter) Total Kebutuhan (liter)

1 Rumah 114 1500 171000

2 Asrama Karyawan 5 1440 7200

3 Kantor 1 6500 6500

4 Klinik 1 1040 1040

5 Club House 1 1071 1071

6 Workshop 1 1071 1071

7 Shop dan Barbershop 1 1150 1150

8 Taman Bermain 2 1000 2000

9 Car Washing 1 3750 3750

Total 194.782

4.2 Kapasitas Aliran Pipa

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

pipa dan besarnya kapasitas aliran fluida yang keluar dari jaringan pipa tersebut dengan cara menaksir.

Untuk mengatasi losses berupa kebocoran yang terjadi selama pendistribusian air, maka kapasitas total tersebut harus ditambahkan sebesar 10%- 20%.

Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa setelah dilebihkan 10% =

Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa + (10% x Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa)

Dalam perencanaan ini diambil faktor sebesar 10%, sehingga kapasitas total air bersih yang didistribusikan pada kompleks perumahan Inalumadalah :

= 10% (194.782 liter/hari) + 194.782 liter/hari = 214.260,2 l/hari

Maka , Total kapasitas air yang di distribusikan pada perumahan Inalum dalam 24 jam adalah 214,2602 m3/hari

4.3 Estimasi Beban Puncak

Dari hasil survei yang telah kami lakukan , berikut data data kapasitas air yang digunakan pada tiap jam nya.

Tabel4.3 Estimasi Pemakaian per hari

Jam Rumah Asrama Kantor Fasilitas lainnya

Total Kebutuhan (liter)

00:00-01:00 1710 72 0 100.82 1882.82

01:00-02:00 1710 72 0 100.82 1882.82

02:00:03-00 1710 72 0 100.82 1882.82

03:00-04:00 3420 72 0 100.82 3592.82

04:00-05:00 8550 216 0 100.82 8866.82

05:00-06:00 11970 432 65 604.92 13071.92

09:00-10:00 3420 144 585 705.74 4854.74

10:00-11:00 3420 72 650 604.92 4746.92

11:00-12:00 3420 72 585 604.92 4681.92

12:00-13:00 8550 288 455 403.28 9696.28

13:00-14:00 5130 144 780 705.74 6759.74

14:00-15:00 3420 144 650 705.74 4919.74

15:00-16:00 10260 144 585 604.92 11593.92

16:00-17:00 11970 360 455 604.92 13389.92

17:00-18:00 23940 1296 520 705.74 26461.74

18:00-19:00 10260 792 0 403.28 11455.28

19:00-20:00 8550 360 0 302.46 9212.46

20:00-21:00 5130 288 0 201.64 5619.64

21:00-22:00 3420 216 0 201.64 3837.64

22:00-23:00 1710 144 0 201.64 2055.64

23:00-24:00 1710 144 0 100.82 1954.82

Total 171000 7200 6500 10082 194.782

Dari data diatas kita dapat melihat bahwa beban puncaknya berada pada jam 17.00 – 18.00 Wib. Qpuncak = 26461,74liter/ jam

= 26,46174 m3/jam = 0,0074m3/s

Gambar 4.1 Estimasi Beban Puncak

Dari grafik diatas bahwa kebutuhan maksimal terjadi pada jam 17.00 – 18.00 Wib. dimana kapasitas air nya sebesar 0,0074 m3/s

Kebutuhan air jam puncak diartikan sebagai pemakaian air tertinggi pada jam-jam tertentu selamaperiode satu hari, besarnya 1,56 kali kebutuhan harian rata-rata.Kebutuhan air jam puncak (Qpeak),

Dengan rumus : Qpeak = (C1) (Qrata− rata) Maka : Qpeak = (1,56 ) (0,0074m3/s)

= 0.012 m3/s

Adapun pendistribusian aliran air bersih pada perumahan Inalum ini dapat dilihat pada gambar 4.2. Berikut gambar dari peta aliran pendistribusian perumahan Inalum :

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009

kapasitas (m3/s)

Gambar 4.3 Kontur Wilayah Perumahan INALUM

Keterangan Gambar : 1. Elevasi 929.9 mdpl 2. Elevasi 923.5 mdpl 3. Elevasi 927.8 mdpl 4. Elevasi 923.5 mdpl 5. Elevasi 925.81 mdpl 6. Elevasi 923 mdpl 7. Elevasi 923.5 mdpl 8. Elevasi 918 mdpl 9. Elevasi 916 mdpl 10.Elevasi 914.2 mdpl 11.Elevasi 920.5 mdpl 12.Elevasi 920 mdpl 13.Elevasi 911.04 mdpl 14.Elevasi 914.89 mdpl 15.Elevasi 910.42 mdpl 16.Elevasi 910.42 mdpl 17.Elevasi 908.48 mdpl

4.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida

Setelah menentukan besarnya kapasitas aliran fluida yang mengalir dalam pipa – pipa pada suatu jaringan pipa dengan cara menaksirnya, maka persoalan di atas belum dapat dianggap selesai begitu saja. Langkah selanjutnya ialah dengan mencari harga kerugian head(head loses) perpanjang pipa untuk memperoleh kesetimbangan aliran fluida pada setiap pipa

Head loses(kerugianhead) yang terjadi dapat dihitung dengan menggunakan rumus 2.18 :

Yaitu : ℎ� = 10,666 �1,85 �1,85_�4,85 �

Misalnya untuk pipa no.1 pada loop I diperoleh :

Q = laju aliran ( ditaksir dari Q beban puncak yang telah diperoleh sebesar 0,014849466 m3/detik , diasumsikan nilai Q

=0.007621562m3/detik

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

= 150 ( untuk pipa PVC ) 0.146329 m (6 inchi, PVC ANSI schedule 80)

L = Panjang Pipa = 50 m

D = Diameter pipa = 0,1524 m Sehingga diperoleh :

ℎ� = 10,666 (0,007621562) 1,85

(150)1,85_(0,1016)4,85 50 � = 0.055655366m

Perhitungan secara manual :

Gambar 4.4 Loop I Iterasi 1

Loop I

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head

Loss Head Loss (hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

1 90 0.1524 0.007 0.00095 0.0856 12.2273

2 145 0.1524 -0.005 0.00051 -0.0740 14.7995

3 190 0.1016 -0.003 0.00142 -0.2693 89.7646

4 110 0.1524 0.007 0.00095 0.1046 14.9445

Gambar 4.5 Loop II Iterasi 1 Loop II

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

3 190 0.1016 0.003 0.00142 0.2693 89.7646

9 170 0.1016 0.003 0.00142 0.2409 80.3157

10 90 0.1016 0.003 0.00142 0.1276 42.5201

11 280 0.1016 -0.002 0.00067 -0.1874 93.7199

12 90 0.1016 -0.002 0.00067 -0.0602 30.1243

Gambar 4.6 Loop III Iterasi 1 Loop III

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

13 70 0.0762 -0.001 0.00075 -0.0525 52.4625

14 120 0.0762 -0.001 0.00075 -0.0899 89.9358

15 170 0.1016 0.002 0.00067 0.1138 56.9014

16 110 0.0762 -0.001 0.00075 -0.0824 82.4411

Gambar 4.7 Loop IV Iterasi 1 Loop IV

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

8 180 0.1016 0.004 0.00241 0.4344 108.5980

9 170 0.1016 -0.003 0.00142 -0.2409 80.3157

10 90 0.1016 -0.003 0.00142 -0.1276 42.5201

15 170 0.1016 -0.002 0.00067 -0.1138 56.9014

17 260 0.1016 0.002 0.00067 0.1741 87.0256

Gambar 4.8 Loop V Iterasi 1

Loop V

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

5 70 0.0762 0.002 0.00270 0.1891 94.5637

6 170 0.0762 0.002 0.00270 0.4593 229.6548

7 60 0.0762 0.002 0.00270 0.1621 81.0546

8 180 0.1016 -0.004 0.00241 -0.4344 108.5980

Gambar 4.9 Loop VI Iterasi 1 Loop VI

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

17 260 0.1016 -0.002 0.00067 -0.1741 87.0256

18 175 0.0762 0.003 0.00572 1.0011 333.6893

19 168 0.0762 0.0012 0.00105 0.1764 147.0160

20 110 0.0762 -0.001 0.00075 -0.0824 82.4411

Gambar 4.10 Loop VII Iterasi 1

Loop VII

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

19 168 0.0762 -0.0012 0.00105 -0.1764 147.0160

21 112 0.0762 -0.0012 0.00105 -0.1176 98.0106

22 81 0.0762 0.0018 0.00222 0.1801 100.0502

23 181 0.0762 0.0008 0.00050 0.0898 112.2164

Gambar 4.11 Loop VIII Iterasi 1 Loop VIII

Pipa

Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran

(Q₀) Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x l

23 181 0.0762 -0.0008 0.00050 -0.0898 112.2164

24 215 0.0762 0.001 0.00075 0.1611 161.1349

25 190 0.0762 -0.001 0.00075 -0.1424 142.3983

26 116 0.0762 0.001 0.00075 0.0869 86.9379

0.0159 502.6874

Dari perhitungan iterasi I di atas, diperoleh koreksi kapasitas jaringan untuk setiap loop, Dengan menggunakan persamaan ini :

∆�= − ∑hl n∑(hl

Q)

Dimana untuk harga n diambil sebesar 1,85 untuk persamaan Hazen – Williams. Maka diperoleh koreksi loop nya yaitu :

Loop ∑hl ∑hl/Q ΔQ

1 -0.1531 131.7359 0.00062815

2 0.3901 336.4444 -0.00062677

3 -0.1110 281.7408 0.00021303

4 0.1261 375.3607 -0.00018164

5 0.3762 513.8712 -0.00039568

6 0.9210 650.1720 -0.00076570

7 -0.0242 457.2931 0.00002857

8 0.0159 502.6874 -0.00001710

Selanjutnya dapat dicari koreksi kapasitas pada setiap loop nya, kemudian setelah koreksi kapasitas ditemukan kemudian dilakukan penjumlahan kapasitas tiap pipa dengan koreksi kapasitas tiap loop sehingga diperoleh laju aliran yang baru.

Diperoleh hasilnya sebagai berikut : Loop 1

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

1 0.007 0.00062815 0.0076

2 -0.005 0.00062815 -0.0044

3 -0.003 0.00125492 -0.0017

4 0.007 0.00062815 0.0076

Loop 2

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

10 0.003 -0.00044513 0.0026

11 -0.002 -0.00062677 -0.0026

12 -0.002 -0.00062677 -0.0026

Loop 3

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

13 -0.001 0.00021303 -0.0008

14 -0.001 0.00021303 -0.0008

15 0.002 0.00039467 0.0024

16 -0.001 0.00021303 -0.0008

Loop 4

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

8 0.004 0.000214040 0.0042

9 -0.003 0.000445130 -0.0026

10 -0.003 0.000445130 -0.0026

15 -0.002 -0.000394670 -0.0024

17 0.002 0.000584060 0.0026

Loop 5

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

5 0.002 -0.00039568 0.0016

Loop 6

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

17 -0.002 -0.00058406 -0.0026

18 0.003 -0.0007657 0.0022

19 0.0012 -0.00079427 0.0004

20 -0.001 -0.0007657 -0.0018

Loop 7

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

19 -0.0012 0.00079427 -0.0004

21 -0.0012 0.00002857 -0.0012

22 0.0018 0.00002857 0.0018

23 0.0008 0.00004567 0.0008

Loop 8

Pipa Laju Aliran (Q₀) m³/s

Koreksi Kapasitas

(∆Q) Laju Aliran (Q) m³/s no mula-mula m³/s akhir

23 -0.0008 -0.00004567 -0.00085

24 0.001 -0.0000171 0.00098

25 -0.001 -0.0000171 -0.00102

26 0.001 -0.0000171 0.00098

Dari table diatas kita dapat lihat bahwa koreksi kapasitas laju aliran belum mendekati atau sama dengan nol, maka kita akan melanjutkan keiterasi selanjut

Berikut nilai Q yang telah di peroleh setelah 5 kali iterasi : Loop1 Pipa Panjang (l) Diameter (d) Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

1 90 0.1524 0.0060 0.00072 0.0647 10.7494

2 145 0.1524 -0.0060 0.00071 -0.1032 17.2422

3 190 0.1016 -0.0045 0.00305 -0.5793 127.6264

4 110 0.1524 0.0060 0.00072 0.0790 13.1382

-0.5387 168.7561

Loop 2

Pipa Panjang (l)

Diameter (d)

Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x l

3 190 0.1016 0.0045 0.00305 0.5793 127.6264

9 170 0.1016 0.0045 0.00305 0.5185 114.2192

10 90 0.1016 0.0045 0.00305 0.2745 60.4690

11 280 0.1016 -0.0014 0.00037 -0.1028 71.1276

12 90 0.1016 -0.0014 0.00037 -0.0331 22.8624

1.2364 396.3045

Loop 3 Pipa Panjang (l) Diameter (d) Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x l

16 110 0.0762 -0.0009 0.00056 -0.0619 72.2757

0.0916 280.3601

Loop 4 Pipa Panjang (l) Diameter (d) Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

8 180 0.1016 0.0029 0.00136 0.2456 83.5741

9 170 0.1016 -0.0045 0.00305 -0.5185 114.2192

10 90 0.1016 -0.0045 0.00305 -0.2745 60.4690

15 170 0.1016 -0.0031 0.00153 -0.2605 83.2446

17 260 0.1016 0.0010 0.00018 0.0459 47.1570

-0.7620 388.6638

Loop 5 Pipa Panjang (l) Diameter (d) Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) Hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

5 70 0.0762 0.0021 0.00289 0.2025 97.5720

6 170 0.0762 0.0021 0.00289 0.4917 236.9606

7 60 0.0762 0.0021 0.00289 0.1735 83.6331

8 180 0.1016 -0.0029 0.00136 -0.2456 83.5741

0.6221 501.7399

Loop 6 Pipa Panjang (l) Diameter (d) Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

17 260 0.1016 -0.0010 0.00018 -0.0459 47.1570

18 175 0.0762 0.0030 0.001537 0.2690 88.4312

19 168 0.0762 0.0017 0.00194 0.3258 194.8898

20 110 0.0762 -0.0010 0.00069 -0.0762 79.5146

0.4727 409.9927

Loop 7 Pipa Panjang (l) Diameter (d) Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) Hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

19 168 0.0762 -0.0017 0.00194 -0.3258 194.8898

21 112 0.0762 -0.0016 0.00185 -0.2073 127.1715

22 81 0.0762 0.0014 0.00134 0.1086 79.3188

23 181 0.0762 0.0003 0.00006 0.0116 43.8707

-0.4129 445.2508

Loop 8 Pipa Panjang (l) Diameter (d) Laju Aliran (Q₀)

Unit head Loss

Head Loss

(hl) hl/Q

no (m) (m) (m³/s) Hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x l

23 181 0.0762 -0.0003 0.00006 -0.0116 43.8707

24 215 0.0762 0.0011 0.00090 0.1937 175.3722

25 190 0.0762 -0.0009 0.00061 -0.1160 129.6169

26 116 0.0762 0.0011 0.00090 0.1045 94.6194

Nomor Pipa

Head Loss (hlf) m

1 0.0647

2 0.1032

3 0.5793

4 0.0790

5 0.2025

6 0.4917

7 0.1735

8 0.2456

9 0.5185

10 0.2745

11 0.1028

12 0.0331

13 0.0394

14 0.0675

15 0.2605

16 0.0619

17 0.0459

18 0.2690

19 0.3258

20 0.0762

21 0.2073

22 0.1086

23 0.0116

24 0.1937

25 0.1160

26 0.1045

TOTAL 4.7566

4.5Perhitungan Head loss Minor (Hlm)

Kerugian akibat penggunaan komponen atau alat kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses). dengan menggunakan persamaan :

��� = ��� 2

(n) (v) (g) minor (hlm)

no Sambungan Minor losses

(K)

m/s m/s2 m

1 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.4699 9.81 0.01125

Elbow 45ᵒ 0.2 1 0.4699 9.81 0.00225

2 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.2268 9.81 0.00052

3 Tee Branch Flow, Flanged

1 1 0.1135 9.81 0.00066

4 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.4699 9.81 0.00225

5 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.3831 9.81 0.00748

Elbow 90ᵒ 0.3 1 0.3831 9.81 0.00224

6 Elbow 45ᵒ 0.2 1 0.3831 9.81 0.00150

7 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.3831 9.81 0.00748

8 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.6492 9.81 0.00430

9 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.1947 9.81 0.00193

Elbow 45ᵒ 0.2 1 0.1947 9.81 0.00039

10 Elbow 45ᵒ 0.2 1 0.1947 9.81 0.00039

11 Elbow 90ᵒ 0.3 1 0.3969 9.81 0.00241

12 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.3969 9.81 0.00803

13 Elbow 45ᵒ 0.2 2 0.2447 9.81 0.00122

Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.2447 9.81 0.00305

14 Elbow 90ᵒ 0.3 1 0.2447 9.81 0.00092

15 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.1527 9.81 0.00024

Elbow 45ᵒ 0.2 1 0.1527 9.81 0.00024

16 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.2447 9.81 0.00305

Elbow 45ᵒ 0.2 1 0.2447 9.81 0.00061

17 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.3986 9.81 0.00810

18 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.5714 9.81 0.00333

19 Sambungan T (Branched Flow)

1 1 0.0230 9.81 0.00003

20 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.4719 9.81 0.00227

21 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.2675 9.81 0.00073

22 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.5944 9.81 0.00360

23 Tee Branch Flow, Flanged

26 Sambungan T (Line Flow) 0.2 1 0.2510 9.81 0.00064

Elbow 45ᵒ 0.2 2 0.2510 9.81 0.00128

27 Katup Pintu terbuka penuh

0.15 1 0.3919 9.81 0.00117

TOTAL 0.0922

Maka Head Loss Total

= ∆Hf pipa air +Hf pipa induk + ��� = 4.7566 m + 0.0434 m + 0.0922 m = 4.89 m

4.6 Perhitungan Head Loss Dengan Menggunaakan Program Pipe Flow

Expert

Dari data-data yang diperoleh seperti panjang pipa, diameter pipa, material pipa, kapasitas aliran, dan jumlah komponen sistem pemipaan kemudian data-data tersebut dimasukkan ke dalam program untuk disimulasikan sehingga didapat hasil analisa.

Kapasitas total kebutuhan air pada jam puncak yang sudah didapat akan dibagi berdasarkan jumlah unit bangunan / gedung. Sehingga didapat kapasitas kebutuhan air bersih tiap-tiap unit. Adapun data-data yang akan dimasukkan ke dalam simulasi adalah sebagai berikut :

Tabel 4.3 Kapasitas Aliran Air Pada Beban Puncak No Unit jumlah Kapasitas puncak Konstanta

( C ) Jam Puncak

Kapasitas Total (m³/s)

Kapasitas Total (m³/jam)

Kapasitas per Unit (m³/s) (Liter) m³/jam

1 Rumah 114 23940 23.94 1.56 37.3464 0.010374000 0.000091000 2 Asrama 5 2008.8 2.0088 1.56 3.133728 0.000870480 0.000174096

washing

6 Workshop 1 53.55 0.05355 1.56 0.083538 0.000023205 0.000023205 7 Club House 1 53.55 0.05355 1.56 0.083538 0.000023205 0.000023205 8 Shop dan

Barbershop 1 115 0.115 1.56 0.1794 0.000049833 0.000049833 9 Taman

bermain 2 2 0.002 1.56 0.00312 0.000000867 0.000000433

Total 127 29015.7 29.0157 45.264492 0.01257347 0.001593653

Tabel 4.4 Kebutuhan Total Air Per Loop

No Loop Loop 1 Loop 2 Loop 3 Loop 4 Loop 5 Loop 6 Loop 7 Loop 8 Total

Rumah 8 24 18 19 0 5 16 24 114

Asrama 1 0 0 0 1 2 0 1 5

Kantor 1 1

Klinik 1 1

Car Washing 1 1

Workshop 1 1

Club House 1 1

Shop dan Barber Shop

1 1

Taman Bermain 1 1 2

Q Total (m³/s) 0.0009 02096 0.0024 40880 0.0017 03 0.0017 29 0.0011 72301 0.0008 26397 0.0015 05833 0.0024 23096 0.01270 2603

Q Total (m³/jam) 3.2475 456

8.7871 68

6.1308 6.2244 4.2202 836

2.9750 292

5.421 8.7231 456

45.7293 72

Adapun jaringan pemipaan pada simulasi pipe flow expert adalah sebagai berikut :

Gambar 4.12 Jaringan Distribusi pada Pipe Flow Expert 4.6.1 Hasil Perhitungan dengan SoftwarePipe Flow Expert

Setelah memasukkan semua data-data yang dibutuhkan maka simulasi menggunakan program Pipe Flow Expert akan didapatkan total head loss pada jaringan pemipaan seperti pada gambar 4.22 berikut :

4.7 Pembahasan Hasil Perhitungan

4.7.1 Perhitungan Head Loss Menggunakan Simulasi

Perhitungan head loss dengan simulasi digambarkan dalam suatu grafik dengan 10 (sepuluh) titik sampel perbandingan. Adapun grafik perbandingan dengan titik sampel adalah sebagai berikut :

Gambar 4.14 Grafik Perhitungan Head Loss dengan Simulasi

Pipa P1 P4 P7 P10 P13 P16 P19 P22 P25 P27

Head Loss 0.101 0.136 0.091 0.152 0.087 0.206 0.127 0.252 0.020 0.048

4.7.2 PerbandinganHead LossManualdanSimulasi

Setelah melakukanperhitungansecaramanualmaupunsecarasimulasi, makadidapatperbandingan hasilkerugiantiappipasecaramanualdan secara simulasi.

Perhitunganheadlossdenganmanual dansimulasidigambarkandalam suatugrafikdengan10(sepuluh)titik sampelperbandingan.Adapungrafik

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

P1 P4 P7 P10 P13 P16 P19 P22 P25 P27

HL Simulasi

Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Head Loss Manual dan Simulasi Tabel4.5 Perhitungan TotalHead LossManualdan Simulasi

Pipa P1 P4 P7 P10 P13 P16 P19 P22 P25 P27

HL

Manual 0.124 0.140 0.113 0.170 0.095 0.243 0.134 0.295 0.046 0.048 HL

Simulasi 0.101 0.136 0.091 0.152 0.087 0.206 0.127 0.252 0.020 0.048

4.7.3 PerbandinganTotalHead Loss Manualdan Simulasi

Setelahmelakukan perhitungan secara manualmaupun secara simulasi makadidapatperbandinganhasil totalheadlossessecaramanualdansecara simulasisebagaiberikut.

Tabel4.9 PerbandinganPerhitunganTotalHead Loss Manualdan Simulasi

Perhitungan TotalHead loss

Manual(m) _4.89

Simulasi(m) 4.7841

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

P1 P4 P7 P10 P13 P16 P19 P22 P25 P27

HL Simulasi

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pembahasan dari perancangan yang diperoleh adalah sebagai berikut :

1. Jaringan pipa didesain dari reservoir sampai ke konsumen dengan menggunakan Ukuran dan bahan pipa berikut :

• Diameter : 3 inchi , 4 inchi , 6 inchi • Bahan : Pipa PVC

Kemudian Analisa hasil perancangan pendistribusian digunakan dengan metode Pipe Flow Expert Software.

2. Kapasitas air bersih pada saat beban puncak pada kompleks perumahan PT. INALUM, Paritohan adalah sebesar 0,012702603 m3/detik

3. Volume reservoir yang digunakan yaitu sebesar 50 m3 berbentuk Balok dengan dimensi :

Panjang : 3 meter Lebar : 3 meter Tinggi : 5 meter

Elevasi reservoir dibuat setinggi 5.4 m meter

4. Total kerugian head losses berdasarkan perhitungan manual dan simulasi pada program adalah :

Total head loss manual : 4.89 Total head loss simulasi : 4.7841

% Perbedaan : 2.21%

5.2 Saran

2. Hendaknya ada mahasiswa berikutnya yang melakukan pengembangan perancangan pendistribusian yang lain.

Untuk analisa selanjutnya hendaknya mahasiswa melakukan analisa dengan menggunakan program software yang lain, agar dapat diketahui perbandingannya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi Fluida

Fluida dapat didefinisikan sebagai zat yang berubah bentuk secara kontiniu bila terkena tegangan geser. Fluida mempunyai molekul yang terpisah jauh, gaya antar molekul kecil dari pada benda padat dan molekul-molekulnya lebih bebas bergerak, dengan demikian fluida lebih mudah terdeformasi.

2.2 Sifat-Sifat Fluida

Prinsip dasar ini menyangkut konsep-konsep penting aliran fluida, karena sifat-sifat fluida inilah yang mempengaruhi statika maupun dinamika dari fluida atau objek yang ada pada fluida tersebut.

2.2.1 Massa jenis (Density)

Massa jenis sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (rho), didefinisikan sebagai massa fluida per satuan volume. Massa jenis menurut [1] biasanya digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida.

... (2.1) Keterangan:

ρ = massa jenis, kg/m3 m = massa, kg

V = volume, m3

Harga kerapatan suatu fluida berbeda dengan fluida lainnya, untuk cairan pengaruh tekanan dan temperatur sangat kecil terhadap harga kerapatan.

V

m

=

Gambar 2.1. Grafik kerapatan air sebagai fungsi Temperatur

2.2.2 Volume jenis (Specific volume)

Volume jenis menurut [1], Ʋ adalah volume per satuan massa dan oleh karena itu merupakan kebalikan dari massa jenis (kerapatan).

... (2.2)

Keterangan:

υ = volume jenis, m3/kg V = volume, m3

m = massa, kg

Sifat ini tidak biasa digunakan dalam mekanika fluida, tetapi digunakan dalam termodinamika.

2.2.3 Berat jenis (Specific Weight)

Berat jenis dari sebuah fluida menurut [1], dilambangkan dengan

huruf yunani γ (gamma), didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume.

Berat jenis berhubungan dengan kerapatan melalui persamaan:

ρ

υ

= = 1

m V

Keterangan:

� = berat jenis, N/m3

� = massa jenis (kerapatan), kg/m3

� = percepatan gravitasi, m/s2

Seperti halnya kerapatan yang digunakan untuk mengkarakteristikan massa sebuah sistem fluida, berat jenis digunakan untuk mengkarakteristikan berat dari sistem tersebut.

2.2.4 Gravitasi jenis (Specific Gravity)

Gravitasi jenis sebuah fluida, dilambangkan sebagai SG.Didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan fluida tersebut dengan kerapatan air pada temperatur tertentu.Biasanya temperatur tersebut adalah 4°C, dan pada temperatur ini kerapatan air adalah 1000kg/m3. Dalam bentuk persamaan, gravitasi jenis menurut [2] dinyatakan sebagai:

... (2.4)

2.2.5 Kekentalan (viscosity)

Kekentalan atau viskositas adalah sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut.Jadi, viskositas disebabkan oleh gesekan secara molekular antar partikel fluida. Menurut hukum Newton untuk aliran dalam plat sejajar adalah:

... (2.5) o

H

SG

2

ρ

ρ

=

dy

du

µ

Faktor konstanta μ adalah properti dari fluida yang dinamakan

dengan viskositas dinamik. Sangat sering dalam persoalan aliran fluida, viskositas muncul dalam bentuk yang dikombinasikan dengan kecepatan sebagai:

... (2.6)

Keterangan:

ν = Viskositas kinematik, m2/s μ = viskositas dinamik, kg/m.s ρ = massa jenis, kg/m3

Persamaan diatas disebut sebagai viskositas kinematik dan dilambangkan dengan huruf Yunaniν (nu).

2.3 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida

Penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampangmemungkinkan untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliransehingga pengukuran kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalammenganalisa suatu aliran fluida. Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukanpengukuran terhadap waktu yang dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untukbergerak sepanjang jarak yang telah ditentukan.

Besarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol padadinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah-tengah pipa. Kecepatanbiasanya sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalammasalah aliran fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah padapenampang aliran. Bentuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnyamenunjukkan kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yangdisebutkan.

ρ

µ

Gambar 2.3 Profil kecepatan pada saluran tertutup

Gambar 2.4 Profil kecepatan pada saluran terbuka

Besarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir dalam suatu pipa. Jumlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai volume, berat atau massa fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran volume (m3_{/s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa}

(kg/s).

Kapasitas aliran (Q) untuk fluida yang incompressibleMenurut [1], yaitu :

Q = A . v

... (2.7)

Dimana : Q = laju aliran fluida (m³/s) A = luas penampang aliran (m²)

v = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)

Laju aliran berat fluida (W), dirumuskan sebagai :

W =

γ

. A . v

... (2.8) Dimana : W = laju aliran berat fluida (N/s)

M =

ρ

. A . v

... (2.9) Dimana : M = laju aliran massa fluida (kg/s)

ρ= massa jenis fluida (kg/m³) 2.4 Energi dan Head

Energi pada umumnya didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan dari sebuah gaya yang melewati suatu jarak dan umumnya didefenisikan secara matematika sebagai hasil perkalian dari gaya dan jarak yang dilewati pada arah gaya yang diterapkan tersebut. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N.m (Joule). Setiap fluida yang sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah aliran fluida yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial, energi kinetik dan energi tekanan.

Berikut persamaan yang digunakan menurut [1] untuk mencari energi dan head :

H

=

�

+

�

2

2�

+

�

�[m] ... (2.10)

Dimana : z = Head ketinggian �2

2�= Head Kecepatan

�

� = Head tekanan 2.5 Persamaan Kontinuitas

Prinsip dasar persamaan-persamaan kontinuitas adalah massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Jadimassa dalam suatu sistem yang konstan menurut [4] dapat dinyatakan dalam rumus:

... (2.11) 2

2 2 1 1

1

V

dA

ρ

V

dA

Merupakan persamaan kontinuitas aliran dalam kondisi steady. Jika aliran tersebut mempunyai sifat incompressible dan steady flow, maka persamaan menjadi:

Q = A

1

�

1

= A

2

�

2 ... (2.12) Keterangan:

Q = debit per satuan waktu, m3/s

A1 = luas penampang masuk batas sistem, m2

�1 = kecepatan aliran masuk batas sistem, m/s A2 = luas penampang keluar batas sistem, m2

�2 = kecepatan aliran keluar batas sistem, m/s 2.6 Aliran Laminar atau Turbulen

Aliran fluida dalam pipa dapat bersifat laminar, transisi, dan turbulen.Parameter yang digunakan untuk mengetahui jenis aliran tersebut adalah bilangan Reynolds (Re).

Dari hasil analisa dimensional diperoleh persamaan (R.K RAJPUT, 2000)

... (2.13) Keterangan:

V = kecepatan aliran D = diameter, m v =viskositas aliran

1. Aliran laminar

Aliran yang bergerak dengan teratur dalam lapisan-lapisan, dan meluncur secara lancer dengan kecepatan yang sama.Dalam aliran laminar ini, viskositas berfungsi untuk merendam kecenderungan terjadinya gerakan relatif antara

v VD

=

2. Aliran turbulen

Aliran dimana penggerak dari partikel-partikel fluida yang sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang benar. Dalam keadaan aliran turbulen, maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian-kerugian aliran.

3. Aliran transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.Konsep dasar bilangan Reynolds, merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen. Bilangan Reynolds adalah bilangan yang tidak berdimensi. Titik kritis aliran inkompresibel di dalam saluran adalah Re=2100. Jika suatu aliran memiliki Re<2100 maka disebut aliran laminar, dan jika Re>4000 disebut aliran turbulen.

Gambar 2.5. (a) Percobaan untuk mengetahui jenis aliran, (b) Jenis-jenis aliran dilihat pada guratan warna

2.7 Head loss

Head loss terbagi menjadi dua macam, yaitu head loss mayor dan head loss minor.Head loss sendiri (Ht) merupakan penjumlahan dari head loss mayor dan head loss minor, seperti dituliskan dalam rumus sebagai berikut:

H

t

= H

lf

+ H

lm ... (2.15)

Keterangan:

Ht = head loss total Hlf = head loss mayor Hlm =head loss minor

2.7.1 Head loss mayor (�_��)

Head loss mayor dapat terjadi karena adanya gesekan antara aliran fluida yang mengalir dengan suatu dinding pipa.Pada umumnya losses ini dipengaruhi oleh panjang pipa.Untuk dapat menghitung head loss mayor, perlu diketahui lebih jelas awal jenis aliran fluida yang mengalir. Jenis aliran tersebut dapat diketahui melalui Reynold number sebagai berikut.

��

=

�����

� ... (2.16)

Keterangan:

� = kecepatan fluida, m/s

� = massa jenis fluida, kg/m3

� = diameter pipa, m

� = viskositas fluida, kg/m.s atau N.s/�2

Kecepatan fluida (V) pada Reynold number dapat diketahui dengan rumus:

V =

ṁ

�.� ... (2.17)

� = kecepatan fluida, m/s

� = luas penampang, m2

Perhitungan head loses dapat menggunakan salah satu dari rumus berikut :

1. Perhitungan head loss mayorDarcy Weisbachmenurut [4] dapat dilakukan dengan menggunakan rumus:

�

�

=

�

_�� �

2

2� ... (2.18)

Keterangan:

�� = head loss mayor, m

f = faktor gesekan (dapat diketahui melalui diagram Moody) L = panjang pipa, m

D = diameter pipa, m

� = kecepatan aliran, m/s

2. Persamaan Hazen – Williams menurut [4] yaitu :

ℎ�

=

10 ,666 �

1,85

�1,85_�4,85

�

... (2.19) Dimana : hf = kerugian gesekan dalam pipa (m)

Q = laju aliran pipa

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams d = Diameter pipa

L = Panjang Pipa

Tabel 2.1 Koefisien kekasaran pipa hazen- Williams Material Pipa Koefisien C Brass, Copper, Aluminium 140

PVC 150

Cast Iron new and old 130

Galvanized Iron 100

Asphalted Iron 120

Sumber : Ram Gupta. S, “Hydrology & Hydraulic Engineering Systems. Pearson. New Jersey. 1989. Hal. 550.

2.7.2 Head loss minor (�_��)

Head loss minor dapat terjadi karena adanya sambungan pipa (fitting) seperti katup (valve), belokan (elbow), saringan (strainer), percabangan (tee), losses pada bagian entrance, losses pada bagian exit, pembesaran pipa (expansion), pengecilan pipa (contraction), dan sebagainya, dibawah ini contoh gambar sambungan pipa:

a. Elbow

Elbow atau belokan merupakan suatu piranti yang sering digunakan pada suatu sistem perpipaan.

Gambar 2.6. Flanged elbow 90o

Sesuai standar yang ada di pasaran,elbow tersedia dalam ukuran sudut 45o dan 90o dengan flanged serta ulir sesuai dengan kebutuhan yang akan digunakan.

b. Percabangan (Tee)

Penggunaan Tee dilakukan untuk mengalirkan aliran fluida menuju dua arah yang berbeda dalam satu siklus tertentu yang dipasang secara parallel.

Gambar 2.7. Threaded tee

c. Entrance dan Exit

Entrance seringkali timbul pada saat perpindahan dari pipa menuju suatu reservoir. Berdasarkan jenisnya, entrance dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu reestrant, square-edge, dan well rounded.

Gambar 2.8. Macam-macam entrance

Dari ketiga entrance tersebut, dihasilkan nilai koefisein minor yang berbeda-beda, seperti terlihat dalam tabel berikut ini:

Jenis Entrance Nilai K

Reentrant 0,8

Sguare edge 0,5

Well rounded (r/d > 0,12) 0,1

Sumber : John K. Vennard, Robert L. Street. 1982. Elementary Fluid Mechanics, Sixth Edition. California.

Exit merupakan kebalikan dari entrance. Exit timbul karena adanya perpindahan dari reservoir menuju ke suatu pipa, sama halnya denganentrance, exit dibedakan menjadi 3 macam, diantaranya projecting, Sharp edge, dan rounded.

Projecting

Sharp edge

Gambar 2.9. Macam-macam exit

Jenis Exit Nilai K

Projecting 1,0

Sharp edge 1,0

Rounded 1,0

Sumber : John K. Vennard, Robert L. Street. 1982. Elementary Fluid Mechanics, Sixth Edition. California.

d. Pembesaran (Expansion)

Pembesaran dalam suatu perpipaan dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu pembesaran mendadak atau terjadi secara tiba-tiba yang seringkali disebut dengan sudden ekspansion ataupun gradual ekspansion.

Gambar 2.10. Sudden ekspansion

Gambar 2.11. Gradual ekspansion

e. Pengecilan (Contraction)

Sama halnya dengan ekspansion, contraction juga dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu sudden contraction (pengecilan secara tiba-tiba), dan gradual contraction (pengecilan

Gambar 2.12. Sudden contraction

Gambar 2.13. Gradual contraction

Head loss minor menurut [3] dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

H

lm

=

�

�

²

2� ... (2.20)

Dimana : hlm = head loses minor

K = koefisien kerugian (dari koefisien komponen pipa yang digunakan )

v = kecepatan aliran fluida (m/detik)

Faktor gesekan Moody λ (atau f) digunakan dalam persamaan Darcy Weisbach. Koefisien ini dapat diperkirakan dengan diagram dibawah ini :

Gambar 2.14. Faktor gesekan untuk pipa (Diagram Moody)

Sistem perpipaan biasanya terdiri dari beberapa komponen seperti katup, belokan, percabangan dan sebagainya yang dapat menambah head loss sistem pipa. Kerugian head melalui komponen sistem pipa tersebut disebut kerugian minor (minor losses). Sedangkan kerugian gesekan di sepanjang pipa disebut kerugian mayor (mayor losses).

K adalah koefisien kerugian minor, harga K bergantung pada jenis komponen sistem perpipaan seperti katup, sambungan, belokan, sisi masuk, sisi keluar, dan sebagainya.

2.8 Metode Hardy Cross

Analisis untuk kasus jaringan pipa dikembangkan oleh Hardy Cross, metoda ini dapat digunakan untuk menentukan head loss di setiap pipa dalam jaringan (networks).

berhubungan, air mengalir dalam banyak arah, dan area konsumen disuplai melalui banyak jalur pipa utama.

Gambar 2.15. Jaringan pipa

Syarat kondisi untuk metoda Hardy Cross adalah aliran dalam jaringan pipa harus memenuhi hubungan dasar dari prinsip energi dan kontinuitas, yaitu: 1. Aliran yang menuju titik pertemuan harus sama dengan aliran yang keluar. 2. Aliran pada masing-masing pipa harus memenuhi hukum gesekan pipa untuk

satu pipa.

3. Jumlah total head loss pada loop tertutup harus sama dengan nol.

Langkah-langkah metode Hardy Cross adalah sebagai berikut:

1. Memberikan perkiraan atau asumsi awal aliran yang memenuhi prinsip energi dan kontinuitas pada poin 1 di atas.

2. Menuliskan kondisi 2 pada masing-masing pipa dengan rumus:

... (2.21) 3.Untuk memeriksa kondisi 3, hitung keseluruhan head loss dengan rumus:

... (2.22) Asumsi: untuk head loss positif searah jarum jam, dan untuk head loss

n

L KQ

h =

∑

∑

= n

L KQ

4. Lalu mencari koreksi debit (ΔQ) dengan rumus:

... (2.23)

5. Setelah koreksi pertama, iterasi masih belum setimbang, prosedurnya adalah mengulangi iterasi sampai mencapai atau mendekati nol.

2.9 Pipe Flow Expert Software

Pipe Flow Expert Software adalah program untuk mendesain pipa dan pemodelan sistem pipa. Menghitung aliran fluida dalam jaringan pipa loop terbuka atau tertutup dengan beberapa tangki atau reservoir, beberapa pompa secara seri atau paralel, dan beberapa ukuran pipa dan fitting, Pipe Flow Expert akan menghitung laju aliran di setiap pipa dan akan menghitung penurunan tekanan pipa di sepanjang jaringan pipa.

Pipe Flow ini dirancang untuk membantu insinyur untuk menggambar sistem jaringan pipa kompleks kemudian menganalisa dan memecahkan berbagai masalah didalam sebuah jaringan pipa tersebut. Program ini juga bisa digunakan untuk melakukan simulasi perancangan terhadap sebuah jaringan pipa untuk mendapatkan sejumlah hasil yang nantinya akan menjadi acuan untuk melakukan perancangan yang sebenarnya dilapangan.

Sistem penggambaran pipa dengan menggambar titik sambungan dan pipa yang menjadi penghubung antar titik (node). Secara horizontal, vertikal atau diagonal dapat digunakan untuk menghubungkan satu titik ke titik lain. Data-data fisik yang dimasukkan oleh pengguna biasanya meliputi:

1. Diameter pipa, panjang pipa dan material pipa pada setiap pipa penghubung. 2. Ketinggian (elevasi) masing-masing titik (node)

3. Aliran masuk dan aliran keluar pada setiap titik sambungan | / |

| ₀ 1 ₀

0 Q h n h KnQ KQ Q L L n n

∑

∑

∑

∑

− = − = ∆ ₋

Kotak input data terletak di sisi kiri panel gambar. Kotak input ini akan menampilkan data untuk node yang sedang dipilih atau pipa dan dapat digunakan untuk mengubah data. Data untuk node, pipa, pompa dan lain-lain dapat diubah pada setiap saat selama proses desain.

Adapun hasil analisis sistem jaringan pipa dengan menggunakan Pipe Flow Expert Software ini meliputi:

1. Kapasitas Aliran (Q) Pada setiap pipa 2. Kecepatan Aliran (V) pada setiap pipa 3. Aliran massa pada setiap pipa

4. Reynolds Number (re) 5. Nilai head loss Mayor 6. Nilai head loss Minor

7. Kehilangan tekanan pada setiap pipa 8. Kehilangan tekanan pada setiap node 9. Nilai HGL (Hydraulic Grade Line)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.LatarBelakang

Didalam kehidupan sehari-hari ada beberapa kebutuhan pokok yang sangat vital harus dipenuhi dalam kegiatan manusia setiap harinya, salah satunya adalah air.Air adalah senyawa yang memberikan berbagai manfaat untuk kelangsungan hidup manusia.Manfaat air bagi kehidupan manusia dapat dirasakan secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung manusia sendiri sangat membutuhkan air baik untuk memenuhi kebutuhan air dalam tubuh seperti minum maupun memenuhi kebutuhan lain seperti mencuci pakaian, mencuci piring, memasak dan lain-lain. Manfaat air juga dibutuhkan secara tidak langsung bagi manusia yaitu melalui hewan dan tumbuhan. Hewan dan tumbuhan adalah dua mahluk hidup lain selain manusia didunia ini sangat dibutuhkan oleh manusia. Tanpa adanya kedua mahluk hidup ini maka manusia tak akan bisa hidup karena semua mahluk hidup saling membutuhkan membentuk suatu rantai makanan. Disamping itu juga air adalah senyawa yang penting bagi proses produksi sebuah industri ataupun pabrik, dimana air berfungsi sebagai bahan produksi, media pendingin dan masih banyak lagi kegunaannya.

Oleh karena beberapa alasan diatas, ketersediaannya sangat lah penting dan harus tetap terjamin. Banyak cara yang digunakan untuk mendistribusikan air bersih, salah satunya dengan menggunakan pemipaan atau jaringan pemipaan. Dengan bertumbuhnya penduduk dan perkembangan suatu daerah kebutuhan air

dalam pendistribusian air yaitu debit air yang mengalir ke setiap rumah tidak sesuai dengan kebutuhan masing masing rumah, tidak meratanya debit air yang mengalir pada setiap rumah sehingga dibutuhkan sumber air yang baru agar semua kebutuhan air tiap rumah terpenuhi. Permasalahan ini dapat disebabkan oleh banyak faktor, salah satunya adalah perancangan sistem pemipaan yang tidak sesuai dengan jumlah penghuni disetiap rumah.

Dalam usaha memenuhi kebutuhan akan air bersih maka diperlukan tata cara pendistribusian air bersih tersebut agar sampai ke konsumen, untuk itu diperlukan sistem pemipaan. Pada dasarnya fungsi dari pemipaan ini adalah untuk mendistribusikan air bersih ketempat-tempat yang dikehendaki dengan tekanan yang cukup.

Sehingga diperlukan rancangan pipa dan susunan pipa yang tepat, serta pemilihan pompa ataupun tinggi tangki (reservoir) yang dibutuhkan sehingga pipa dapat menyalurkan air sampai ke konsumen dengan baik.Sehingga, baik antara perusahaan ataupun pelanggan tidak ada yang dirugikan.

Bagian pemipaan dan detailnya merupakan standart dari unit seperti ukuran diameter, jenis katup yang akan dipasang, baut dan gasket pipa, penyangga pipa dan lain-lain. Di pasaran telah terdapat berbagai jenis pipa dengan ukuran dan bahan bahan tertentu sesuai dengan kebutuhan seperti dari bahan steel, steel galvanized, PVC (Polyvinil Chloride), stainless steel dan lain-lain.

yang sangat kompleks, sehingga membutuhkan penyelesaian yang lebih teliti.Dalam perencanaan itu hal-hal yang perlu diperhitungkan diantaranya besarnya kapasitas dan kecepatan aliran dari fluida yang melalui jalur pipa dan hal-hal lain yang perlu diperhatikan.

1.2Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

a) Untukmemperoleh besar kebutuhan total pada kompleks perumahan PT. INALUM Power Plant, Paritohan.

b) Untuk merancang suatu sistem pendistribusian air yang lebih efisien melalui jaringan pipa pada kompleks perumahan PT. INALUM Power Plant,

Paritohan.

c) Untuk melakukan analisa dan perhitungan terhadap aliran, head loss pada jaringan pemipaan secara manual dan simulasi pada program Pipe Flow Expert, serta persentase perbedaannya.

1.3Batasan Masalah

Pada perencanaan ini akan dibahas mengenai perancangan dan analisa pendistribusian air bersih ke tiap-tiap perumahan pada suatu jaringan pipa di kompleks perumahan PT. INALUM Paritohan

Adapun permasalahan yang akan dibahas adalah mengenai analisa distribusi aliran pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida , kecepatan aliran fluida, kerugian head yang terjadi pada pipa, ukuran pipa yang digunakan dan juga ketinggian reservoir (tangki) yang nantinya sesuai untuk digunakan dalam pendistribusian air bersih agar setiap warga atau konsumen memperoleh air bersih dengan baik.

1. Sebagai pengetahuan dan pengalaman dibidang pendistribusian air bersih 2. Sebagai bahan perbandingan untuk mahasiswa yang lain jika ingin

melakukan penelitian tentang jaringan pemipaan

3. Untuk membandingkan antara teori yang diperoleh diperkuliahan dengan yang ada di lapangan.

4. Untuk membandingkan antara teori dengan hasil simulasi pada software 5. Sebagai bahan ajar bagi mahasiswa untuk mahir dalam menggunakan

program Pipe Flow Expert

1.5.Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

1) Tinjau lapangan yakni dengan melakukan pengambilan data terhadap objek yang diteliti secara langsung kelapangan.

2) Konsultasi dengan pembimbing lapangan dan pembimbing di perkuliahan. 3) Studi literatur yaitu mempelajari buku-buku referensi dalam melengkapi

teori-teori yang berhubungan dengan sistem pemipaan dan distribusi

1.6.Sistematika Penulisan

Adapunsistematikapenulisanpadatugasakhiriniadalah :

BAB I PENDAHULUAN Bab

inimenjelaskanpendahuluantentangstudikasusdanpemecahanmasalah yang berisiantaralain :Latarbelakang, batasanmasalah, tujuanpenelitian, manfaat penelitian, metode penulisan dansistematikapenulisan.

Bab iniberisidasarteoridaritopik yang dikajidandigunakansebagailandasandalammemecahkanmasalahdanmenganalis

ispermasalahan.

BAB III METODOLOGI

Bab ini berisi tentang tempat dan waktu dimana penelitian dilakukan serta metode pengerjaan dan metode pengolahan data.

BAB IV ANALISA DATA

Pada bab ini akan diuraikan tentang proses perhitungan dari data-data yang sudah didapatkan serta perencanaan jaringan pipa yang lebih efisien Pada bab ini juga akan diuraikan tentang proses perhitungan dari data-data yang sudah didapatkanmengenai reservoir

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab iniberisikesimpulandarianalisa yang dilakukanterhadappermasalahandan

ABSTRAK

PT. INALUM Power Plant merupakan perusahaan yang memiliki perumahan karyawan yang setiap harinya membutuhkan banyak pasokan air untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari.Oleh karena itu diperlukan perancangan jaringan yang efisien agar kebutuhan air diperumahan PT. INALUM terpenuhi.Sebelum air digunakan oleh para konsumen, air diambil dan dipompa dari Sungai Simanimbo anak Sungai Asahan menuju water treatment untuk diolah agar air dapat dikonsumsi oleh konsumen.Pendistribusian air dari water treatment ke reservoir menggunakan prinsip gravitasi, yaitu memanfaatkan perbedaan ketinggian water treatment ke reservoir sehingga tidak memerlukan pompa untuk pendistribusiannya.Setelah air sampai di reservoir, maka dengan mudah air tersebut untuk didistribusikan ke perumahan PT. INALUM. Dengan menggunakan jaringan pemipaan, maka akan terjadi kerugian head mayor dan juga head minor pada setiap pipa yang diakibatkan oleh kekasaran pipa, elevasi, panjang pipa, kapasitas aliran pipa, dan juga diameter pipa. Didalam penelitian ini, setelah didapatkan perancangan jaringan pipa, kemudian di analisa dengan software Pipe Flow Expert agar ditemukan rancangan jaringan pipa yang lebih efisien.Head mayor dan head minor yang terjadi dihitung menggukan persamaan Darcy Weisbach dimana kapasitas aliran puncak adalah 0.012 m3/s dengan total kerugian head menggunakan software adalah 4.7841 m dan perhitungan manual adalah 4.89 m. setelah didapatkan kerugian head pada masing-masing pipa, diambil 10 titik sampel kerugian head pada pipa agar didapatkan grafik perbedaan hasil perhitungan manual dan software. Berdasarkan grafik kita dapat mengetahui apakah perancangan jaringan yang kita lakukan dapat digunakan atau tidak bisa digunakan dan dibandingkan dengan hasil perhitungan manual menggunakan persamaan Hazzen Williams adalah 2.21 %.

ABSTRACT

PT. INALUM Power Plant is a company that has a housing employees who every day require a lot of water supplies to meet the needs of everyday life. Therefore, it is necessary to design an efficient network that water needs diperumahan PT. INALUM met. Before the water used by consumers, it is being collected and pumped from the river Simanimbo Asahan River tributary to the water treatment to be processed so that the water can be consumed by consumers. The distribution of water from the reservoir to the water treatment using the principle of gravity, ie utilizing a height difference of water treatment to the reservoir so that it does not require a pump for distribution. Once the water reached the reservoir, it is easily the water to be distributed to housing PT. INALUM. By using a piping network, there will be a major head loss and also a minor head on each pipe caused by the pipe roughness, elevation, length of pipe, pipe flow capacity, and also the diameter of the pipe. In this study, having obtained the design of pipelines, then analyzed with Pipe Flow Expert software in order to find the design more efficient pipelines. Head major and minor head are calculated menggukan Darcy Weisbach equation where the peak flow capacity is 0012 m3 / s with a total head loss using the software is 4.7841 m and the manual calculation is 4.89 m. once obtained head loss in each of the pipes, the samples taken 10 points head loss in the pipe in order to obtain the graph difference calculation result of manual and software. Based on the graph we can determine whether the design of the network that we do can be used or can not be used and compared with the results of manual calculations using the equations Hazzen Williams is 2:21%.

Keywords :Piping, Pipe Flow Expert , Losses , Minor , Darcy Weisbach , capacity

SIMULASI DAN PERBANDINGAN DISTRIBUSI ALIRAN AIR

BERSIH DENGAN MENGGUNAKAN

SOFTWAREPIPE FLOW

EXPERT

PADA PERUMAHAN

PT. INALUM POWER PLANT PARITOHAN

SKRIPSI

Skripsi ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Oleh:

AGUSTINUS JUNEDI

110401140

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

ABSTRAK

PT. INALUM Power Plant merupakan perusahaan yang memiliki perumahan karyawan yang setiap harinya membutuhkan banyak pasokan air untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari.Oleh karena itu diperlukan perancangan jaringan yang efisien agar kebutuhan air diperumahan PT. INALUM terpenuhi.Sebelum air digunakan oleh para konsumen, air diambil dan dipompa dari Sungai Simanimbo anak Sungai Asahan menuju water treatment untuk diolah agar air dapat dikonsumsi oleh konsumen.Pendistribusian air dari water treatment ke reservoir menggunakan prinsip gravitasi, yaitu memanfaatkan perbedaan ketinggian water treatment ke reservoir sehingga tidak memerlukan pompa untuk pendistribusiannya.Setelah air sampai di reservoir, maka dengan mudah air tersebut untuk didistribusikan ke perumahan PT. INALUM. Dengan menggunakan jaringan pemipaan, maka akan terjadi kerugian head mayor dan juga head minor pada setiap pipa yang diakibatkan oleh kekasaran pipa, elevasi, panjang pipa, kapasitas aliran pipa, dan juga diameter pipa. Didalam penelitian ini, setelah didapatkan perancangan jaringan pipa, kemudian di analisa dengan software Pipe Flow Expert agar ditemukan rancangan jaringan pipa yang lebih efisien.Head mayor dan head minor yang terjadi dihitung menggukan persamaan Darcy Weisbach dimana kapasitas aliran puncak adalah 0.012 m3/s dengan total kerugian head menggunakan software adalah 4.7841 m dan perhitungan manual adalah 4.89 m. setelah didapatkan kerugian head pada masing-masing pipa, diambil 10 titik sampel kerugian head pada pipa agar didapatkan grafik perbedaan hasil perhitungan manual dan software. Berdasarkan grafik kita dapat mengetahui apakah perancangan jaringan yang kita lakukan dapat digunakan atau tidak bisa digunakan dan dibandingkan dengan hasil perhitungan manual menggunakan persamaan Hazzen Williams adalah 2.21 %.

ABSTRACT

PT. INALUM Power Plant is a company that has a housing employees who every day require a lot of water supplies to meet the needs of everyday life. Therefore, it is necessary to design an efficient network that water needs diperumahan PT. INALUM met. Before the water used by consumers, it is being collected and pumped from the river Simanimbo Asahan River tributary to the water treatment to be processed so that the water can be consumed by consumers. The distribution of water from the reservoir to the water treatment using the principle of gravity, ie utilizing a height difference of water treatment to the reservoir so that it does not require a pump for distribution. Once the water reached the reservoir, it is easily the water to be distributed to housing PT. INALUM. By using a piping network, there will be a major head loss and also a minor head on each pipe caused by the pipe roughness, elevation, length of pipe, pipe flow capacity, and also the diameter of the pipe. In this study, having obtained the design of pipelines, then analyzed with Pipe Flow Expert software in order to find the design more efficient pipelines. Head major and minor head are calculated menggukan Darcy Weisbach equation where the peak flow capacity is 0012 m3 / s with a total head loss using the software is 4.7841 m and the manual calculation is 4.89 m. once obtained head loss in each of the pipes, the samples taken 10 points head loss in the pipe in order to obtain the graph difference calculation result of manual and software. Based on the graph we can determine whether the design of the network that we do can be used or can not be used and compared with the results of manual calculations using the equations Hazzen Williams is 2:21%.

Keywords :Piping, Pipe Flow Expert , Losses , Minor , Darcy Weisbach , capacity

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala kasih dan karunia-Nya yang telah memberikan berkat, hikmat serta perlindungan mulai dari melakukan penelitian sampai saat ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Penelitian Tugas Akhir di PT. INALUM Power Plant, Paritohan.

Penelitian ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Simulasi dan Perbandingan Distribusi Aliran Air Bersih dengan Menggunakan Software Pipe Flow Expert pada Perumahan PT. INALUM Power Plant, Paritohan”

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis selama pelaksanaan Penelitian Tugas Akhir maupun dalam penyusunan laporan. Untuk itu, melalui pengantar ini penulis menyampaikan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda Kasman Tampubolon (+) dan Ibunda Surya N Hutagaol, serta saudara-saudara penulis yaitu Arie Mardjan Tampubolon dan Haris Gustaf Junior yang selalu memberikan doa dan dukungan dan tidak pernah lelah untuk menyemangati penulis.

2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, Msc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Manurung, bapak Syam dan karyawan terkait yang telah membimbing penulis di PT. INALUM, Paritohan yang telah membantu

6. Seluruh teman-teman penulis, baik Teknik Mesin 2011 juga teman- teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.

7. Kepada teman spesial penulis, Lia Pontina Marpaung yang selalu memberikan doa dan motivasi yang luar biasa.

Penulis menyadari bahwa laporan ini belum sempurna, baik segi teknik maupun segi materi. Oleh sebab itu, penulis juga mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi terciptanya laporan yang lebih baik di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembacanya.

Medan, Juni 2016

Agustinus Junedi NIM.110401140

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR NOTASI ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 LatarBelakang ... 1

1.2 TujuanPenelitian ... 3

1.3 BatasanMasalah ... 3

1.4 ManfaatPenelitian ... 3

1.5 Metodologi Penulisan ... 4

1.6 SistematikaPenulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Definisi Fluida ... 6

2.2Sifat-Sifat Fluida ... 6

2.2.1 Massa Jenis (Density)...6

2.2.2 Volume Jenis (Spesific Volume)...7

2.2.3 Berat Jenis (Spesific Weight)...7

2.4Energi dan Head ... 11

2.5 Persamaan Kontinuitas ... 11

2.6Aliran Laminar atau Turbulen ... 12

2.7Head Loss ... 13

2.7.1 Head Loss Mayor... 14

2.7.2 Head Loss Minor... 16

2.8 Metode Hardy Cross ... 21

2.9 Pipe Flow Expert Software... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 25

3.1Tempat dan Waktu Penelitian... 25

3.1.1 Tempat Penelitian ... 25

3.1.2Waktu Penelitian... 25

3.2 Prosedur Penelitian ... 25

3.3Metode Analisa dengan Menggunakan Pipe Flow Expert ... 25

3.4 Perumahan... 29

BAB IV ANALISA DATA ... 31

4.1 Jumlah Pemakaian Air ... 31

4.1.1 Kebutuhan Air Bersih pada Perumahan... 32

4.1.2 Kebutuhan Air Bersih untuk Asrama Karyawan... 33

4.1.3 Kebutuhan Air Bersih untuk Kantor... 33

4.1.4 Kebutuhan Air Bersih untuk Klinik... 33

4.1.5 Kebutuhan Air Bersih untuk Club House... 33

4.1.6 Kebutuhan Air Bersih untuk Workshop... 34

4.1.7 Kebutuhan Air Bersih untuk Shop dan Barber Shop... 34

4.1.8 Kebutuhan Air Bersih untuk Taman Bermain... 34

4.1.9 Kebutuhan Air Bersih untuk Car Washing... 35

4.2Kapasitas Aliran Pipa... 35

4.3 Estimasi Beban Puncak...36

4.6 Perhitungan Head Loss dengan Menggunakan Program Pipe

Flow Expert software ... 60

4.6.1 Hasil Perhitungan Software Pipe Flow Expert ... 62

4.7 Pembahasan Hasil Perhitungan ... 64

4.7.1 Perhitungan Head Loss Menggunakan Simulasi... 64

4.7.2 Perbandingan Head Loss Manual dengan Simulasi ... 64

4.7.3 Perbandingan Total Head Loss Manual dengan Simulasi 65 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 66

5.1 Kesimpulan ... 66

5.2 Saran ... 66

DAFTAR PUSTAKA ... xiii LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien kekasaran pipa Hazen- William ... 15

Tabel 2.2 Nilai K Entrance ... 18

Tabel 3.1 Nilai K Exit ... 19

Tabel 3.1 Total Perumahan PT. INALUM Paritohan ... 29

Tabel 4.1 Pemakaian Air Rata-Rata Perhari ... 31

Tabel 4.2 Kebutuhan Total Perumahan PT. INALUM Power Plant…………. 35

Tabel 4.3 Estimasi Pemakaian Per Hari ... 36

Tabel 4.4 Kapasitas Aliran Air Pada Beban Puncak... 59

Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Per Loop... 60

vii 4.6 Perhitungan Head Loss dengan Menggunakan Program Pipe

Flow Expert software ... 60

4.6.1 Hasil Perhitungan Software Pipe Flow Expert ... 62

4.7 Pembahasan Hasil Perhitungan ... 64

4.7.1 Perhitungan Head Loss Menggunakan Simulasi... 64

4.7.2 Perbandingan Head Loss Manual dengan Simulasi ... 64

4.7.3 Perbandingan Total Head Loss Manual dengan Simulasi 65 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 66

5.1 Kesimpulan ... 66

5.2 Saran ... 66

DAFTAR PUSTAKA ... xiii LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien kekasaran pipa Hazen- William ... 15

Tabel 2.2 Nilai K Entrance ... 18

Tabel 3.1 Nilai K Exit ... 19

Tabel 3.1 Total Perumahan PT. INALUM Paritohan ... 29

Tabel 4.1 Pemakaian Air Rata-Rata Perhari ... 31

Tabel 4.2 Kebutuhan Total Perumahan PT. INALUM Power Plant…………. 35

Tabel 4.3 Estimasi Pemakaian Per Hari ... 36

Tabel 4.4 Kapasitas Aliran Air Pada Beban Puncak... 59

Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Per Loop... 60

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik Kerapatan Air Sebagai Fungsi Temperatur ... 7

Gambar 2.2Perilaku dari sebuah fluida yang ditempatkan antara dua plat paralel ... 10

Gambar 2.3 Profil Kecepatan pada Saluran Tertutup ... 10

Gambar 2.4 Profil Kecepatan pada Saluran Terbuka ... 16

Gambar 2.5 a. Percobaan untuk Mengetahui Jenis Aliran b. Jenis Jenis Aliran dilihat dari Guratan Warna ... 13

Gambar 2.6 Flanged Elbow 90o ... 16

Gambar 2.7Threaded tee ... 17

Gambar 2.8Macam-macam entrance ... 17

Gambar 2.9Macam-macam exit ... 18

Gambar 2.10 Sudden Expansion... 19

Gambar 2.11 Gradual Expansion... 19

Gambar 2.12 Sudden Contraction... 20

Gambar 2.13 Gradual Contraction... 20

Gambar 2.14 Faktor gesekan untuk pipa (Diagram Moody)... 21

Gambar 2.15Jaringan pipa... 22

Gambar 3.1 Proses Input Data ... 26

Gambar 3.2 Proses Kalkulasi Data ... 27

Gambar 3.3 Proses Penampilan Data... 27

Gambar 3.4 Alur Pengerjaan Skripsi... 28

Gambar 4.1Grafik estimasi beban puncak ... 37

Gambar 4.2 Peta Aliran Distribusi Air Bersih ... 38

Gambar 4.3 Kontur Wilayah Perumahan INALUM……….. 40

Gambar 4.4 Loop I iterasi 1 ... 40

Gambar 4.5 Loop II iterasi 1 ... 41

Gambar 4.6 Loop III iterasi 1 ... 42

Gambar 4.7 LoopVI iterasi 1 ... 43

Gambar 4.8 Loop V iterasi 1 ... 44

Gambar 4.9 Loop VI iterasi 1 ... 45

Gambar 4.10 Loop VII iterasi 1... 46

Gambar 4.11 LoopVIII iterasi 1 ... 47

Gambar 4.12 Jaringan Distribusi pada Pipe Flow Expert ... 60

Gambar 4.13 Hasil Simulasi Menggunakan Pipe Flow Expert... 61

Gambar 4.14 Grafik Perhitungan Head Loss dengan Simulasi... 63

xi

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN

ρ massa jenis kg/m3

SATUAN

m massa kg

V volume m³

υ

volume jenis m3/kg

� berat jenis fluida N/m3

� percepatan gravitasi m/s2

P Tekanan N/m2

T Temperatur K

ν

Viskositas kinematik m2/s

μ Viskositas dinamik kg/m.s

Q laju aliran fluida m³/s

A luas penampang aliran m²

v kecepatan rata-rata aliran fluida m/s

W laju aliran berat fluida N/s

ṁ laju aliran massa fluida kg/s

W berat fluida N

z beda ketinggian m

L panjang pipa m

D diameter m

Ht head loss total m.hd

Hlm head loss minor m.hd

f faktor gesekan

Hf kerugian gesekan dalam pipa m.hd

C koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

K koefisien minor losses m.hd

L/D panjang ekivalen m

Re Reynolds

EF energi tekanan Joule

Ek Energi kinetic Joule