14
lebih dari 30 terhadap volume tangki dan 70 volume tangki berisi air. Untuk melayani kebutuhan air yang besar maka akan diperlukan tangki tekanan yang besar.
4
Sistem tanpa tangki, dalam sistem ini tidak digunakan tangki apapun, baki tangki bawah,
tangki tekan, atau pun tangki atap. Air dipompakan langsung ke sistem distribusi bangunan dan pompa menghisap air langsung dari pipa utama.
2.6. Analisis Teknis Jaringan Air Bersih
Sistem jaringan pipa merupakan komponen utama dari sistem distribusi air bersih suatu perkotaan. Desain dan analisis sistem jaringan distribusi air berdasarkan dua faktor utama yaitu
kebutuhan air dan tekanan Brebbia dan Ferrante 1983 dalam Kodoatie dan Sjarief 2005. Pada sistem jaringan distribusi sistem bercabang persamaan rumus perhitungan hidrolisnya dapat menggunakan
persamaan Darcy-Weisbach Linsley dan Franzini 1985.
2.6.1. Hidrolika Pipa Bertekanan
Suatu pipa bertekanan adalah pipa yang dialiri air dalam keadaan penuh. Bila air langka untuk didapat, maka pipa bertekanan dapat digunakan untuk menghindari kehilangan air akan rembesan dan
penguapan yang dapat terjadi pada saluran terbuka. Pipa bertekanan lebih disukai untuk pelayanan air umum, karena kemungkinan tercemarnya lebih sedikit. Di dalam hidrolika pipa bertekanan dapat
membahas mengenai kehilangan energi atau head loss akibat adanya gesekan pipa, aliran pada pipa bercabang, aliran dalam sistem rangkaian pipa, jaringan pipa, dan juga daya dalam aliran fluida
Linsley dan Franzini 1985. Energi diperlukan untuk mengalirkan air dalam pipa, baik itu menanjak, menurun, ataupun
mendatar. Rancangan pipa yang baik harus dapat mengkonversi energi sehingga memungkinkan jumlah air yang ingin dialirkan, karena aliran air di dalam pipa pasti akan mengalami kehilangan
energi atau head loss. Selanjutnya untuk mencari besarnya daya yang dibutuhkan oleh pompa agar mampu mengatasi kehilangan energi yang terjadi dapat digunakan persamaan:
1000 p
h g
P Q
1 Di mana P adalah daya pompa kw,
ρ adalah massa jenis air kgm
3
, g adalah percepatan gravitasi,
p
h
adalah head pompa m, dan Q adalah debit air m
3
s. Head loss adalah kerugian-kerugian atau kehilangan tinggi tekanan yang ada dalam suatu
instalasi pipa yang dialiri suatu fluida, baik gas ataupun cair. Head loss ada dua macam yaitu mayor dan minor. Head loss mayor terjadi akibat adanya gesekan pipa yang sangat dipengaruhi oleh
koefisien gesekan dan panjang pipa itu sendiri, sedangkan head loss minor dapat terjadi dikarenakan adanya perubahan-perubahan mendadak dari geometri aliran karena perubahan ukuran pipa, belokan-
belokan, katup-katup, serta berbagai jenis sambungan. Pada pipa-pipa yang panjang, kehilangan minor ini sering diabaikan tanpa kesalahan yang berarti, tetapi dapat menjadi cukup penting pada pipa yang
pendek. Kehilangan minor pada umumnya akan lebih besar bila aliran mengalami perlambatan
15
daripada bila terjadi peningkatan kecepatan akibat adanya pusaran arus yang ditimbulkan oleh pemisahan aliran dari bidang batas pipa Linsley dan Franzini 1985.
Persamaan energi pada pipa bertekanan antara suatu penampang A dan B dapat ditulis dengan persamaan Bernoulli sebagai berikut:
L h
2 2
B z
P h
2 2
A z
g B
V B
p g
A V
A p
2 di mana z adalah jarak tegak di atas suatu bidang persamaan mendatar, pγ adalah tinggi tekanan air, V
adalah kecepatan aliran rata-rata, h
p
adalah tinggi tekanan energi yang diberikan oleh pompa kepada air, h
L
adalah kehilangan tinggi tekanan keseluruhan antara penampang A dan B Linsley dan Franzini 1985.
Besarnya head loss mayor di dalam pipa air yang lurus dapat dicari dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach, yaitu:
g V
f 2
D L
h
2 Mayor
L
3 di mana f adalah satu faktor gesekan pipa, L adalah panjang pipa m, D adalah diameter pipa m, V
adalah kecepatan aliran air ms, dan g adalah percepatan gravitasi m
2
s. Besarnya nilai f dapat dicari dengan terlebih dahulu mencari bilangan Reynold dan nilai kekasaran relatif
D
yang diplotkan menggunakan diagram Moody pada Gambar 1 Linsley dan Franzini, 1985.
Bilangan Reynold dapat digunakan untuk mencari jenis aliran yang terjadi, apakah laminer atau turbulen. Persamaan untuk mencari bilangan Reynold adalah:
v V D
Re
4 di mana Re adalah bilangan Reynold tak berdimensi, V adalah kecepatan aliran air dalam pipa ms,
D adalah diameter pipa, dan v adalah kekentalan kinematik air m
2
s. Kekentalan kinematik air sangat dipengaruhi oleh besarnya suhu air, dapat dilihat pada Tabel 3. Pada Re2100, aliran bersifat laminer,
pada Re3000 aliran bersifat turbulen, diantara angka-angka tersebut maka terjadi aliran jenis peralihan Linsley dan Franzini 1985.
Tabel 3. Berat spesifik dan kekentalan kinematik air Kekentalan kinematik = harga tabel x 10
-6
Suhu Kerapatan
Kekentalan C
F Relatif
Kinematik m
2
s 4.4 40
1.000 1.550
10.0 50 1.000
1.311 15.6 60
0.999 1.130
21.1 70 0.998
0.984 26.7 80
0.997 0.864
32.2 90 0.995
0.767 37.8 100
0.993 0.687
43.3 110 0.991
0.620 48.9 120
0.990 0.567
65.6 150 0.980
0.441 Sumber:Teori dan Soal-soal Mekanika Fluida
Hidraulika SI-Metrik, Giles 1996.
16
Sumber: Linsley Franzini, 1985
Gambar 1. Diagram Moody untuk menentukan nilai
ƒ
faktor gesekan pipa.
17
Setelah mengetahui besarnya nilai dari bilangan Reynold, maka hal berikutnya yang dicari adalah nilai kekasaran relatif
εD
dari suatu pipa tergantung pada kekasaran mutlak
ε
dari bagian dalam pipa serta diameter pipa D. Besarnya nilai kekasaran mutlak
ε
ditentukan berdasarkan jenis material pipa yang digunakan untuk mengalirkan air, lihat Tabel 4 Linsley dan Franzini 1985.
Tabel 4. Nilai kekasaran mutlak berdasarkan material pipa
Material mm
Baja dikeling 0.9
– 9.1 Beton
0.3 – 3.0
Papan kayu 0.18
– 0.91 Besi tuang
0.25 Besi tuang diaspal
0.12 Besi galvanis
0.15 Baja atau besi tempa
0.045 Pipa karet
0.0015
Sumber: Linsley dan Franzini 1985.
Pada kehilangan minor di jaringan pipa dapat digunakan persamaan: h
L minor
= Σbelokan × K
5 di mana nilai K bervariasi tergantung jenis belokan. Untuk belokan pipa 90
O
nilai K berkisar antara 0.50 hingga 0.75 sedangkan untuk belokan pipa 45
O
nilai K berkisar antara 0.35 hingga 0.45. Besarnya head loss total yang terjadi pada suatu jaringan pipa dapat dicari dengan
menggabungkan persamaan 2 dan persamaan 4:
g V
D L
f 2
K x
90 belokan
K x
45 belokan
h
2 90
45 Total
L
6
2.6.2. Kebocoran Air
