9
2.2 Tekanan pada Pipa
Pada kebanyakan situasi, sistem irigasi harus dapat memasok air secara merata ke seluruh lahan. Karena kinerja dari kebanyakan sprinkler berhubungan
dengan tekanan, keseragaman yang tinggi dari aplikasi dibutuhkan penyediaan tekanan yang optimal bagi sprinkler. Friction loss atau kehilangan energi akibat
gesekan pada pipa dan sambungan, dan perbedaan elevasi menyebabkan tekanan bervariasi di lapangan. Friction loss menyebabkan tekanan menurun pada arah hilir,
sedangkan perbedaan elevasi menyebabkan tekanan meningkat atau menurun tergantung arah perubahan elevasi. Persamaan 2.1 dapat digunakan untuk mengukur
perbedaan tekanan di antara lokasi-lokasi sepanjang saluran. Z
h K
P P
l
∆ ±
− =
u d
2.1 dimana : P
d
, P
u
= tekanan pada posisi hulu dan hilir kPa h
l
= kehilangan energi dalam pipa antara posisi hulu dan hilir m ΔZ = perbedaan elevasi antara posisi hulu dan hilir m
K = konstanta yang bergantung kepada unit yang digunakan K = 9,81 untuk P
d
dan P
u
dalam kPa, h
1
dan ΔZ dalam meter K = 0,43 untuk P
d
dan P
u
dalam psi, h
1
dan ΔZ dalam ft Ketika perubahan pada elevasi ketika posisi hulu dan hilir menanjak, tanda
didepan ΔZ adalah positif +, sebaliknya jika elevasi hulu lebih tinggi daripada hilir didepan ΔZ adalah negatif –.
Persamaan 2.2 dapat digunakan untuk memperkirakan istilah kehilangan energi h
l
.
l l
M FH
h
l
+ =
2.2 dimana : F = konstanta yang bergantung kepada jumlah saluran keluar
Universitas Sumatera Utara
10 H
l
= kehilangan energi atau headloss akibat gesekan pada pipa meter M
l
= minor losses melalui sambungan pipa meter Minor losses yang diakibatkan oleh pipa penyembur adalah sangat kecil dan biasanya
diabaikan. Rumus Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, atau Chezy-Manning dapat digunakan untuk menghitung H
l
. Persamaaan-persamaan tersebut antara lain:
Hazen-Williams
871 ,
4 852
, 1
852 ,
1 l
φ D
C LQ
H =
2.3 dimana : L = panjang dari pipa m
Q = debit aliran m
3
det D = diameter pipa m
C = faktor gesekan yang bergantung kepada material pipa
φ
= 10,66 SI unit ;
φ
= 4,727 Inggris Unit
Chezy-Manning H
l
=
43 2
2
β R L
V n
=
2 2
3 4
2
Q A
R L
n
β = KQ
2
2.4
dimana : n = faktor kekasaran Manning R = jari-jari hidrolis m
L = panjang dari pipa m β = 1 SI unit ; β
= 2,21 Inggris Unit Persamaan Chezy-Manning berlaku untuk aliran turbulen sepenuhnya. Nilai
K dapat juga diperoleh dengan Persamaan 2.5 :
Φ =
33 ,
5 2
D L
n K
2.5
Universitas Sumatera Utara
11 Faktor kekasaran Manning n dan faktor gesekan Hazen-Williams C
diperoleh pada tabel berikut :
Tabel 2.1 Koefisien dari Gesekan Pipa Untuk Perencanaan Material
Hazen-Williams Manning
C n
Pipa baru atau baru dilapis Plastik atau kaca halus
150 0,009
Lapisan mortar-semen yang diputar sentrifugal 145
0,009 Lapisan mortar-semen yang dikulir di tempat
140 0,009
Besi tempa 140
0,009 Besi berlapis seng galvanized iron
135 0,010
Besi tuang, tidak dilapis 130
0,010 Asbes-semen, dilapis
145 0,009
Asbes-semen, tidak dilapis 140
0,009 Pipa tekanan beton yang dituang sentrifugal
135 0,010
Ten-State Standards 1978 Lapisan mortar-semen atau plastik
120 0,011
Baja atau besi daktail yang tidak dilapis 100
0,011 Pipa lama atau sudah lama dilapis [dalam perawatan
biasa 20 tahun atau lebih, air yang tidak agresif] Plastik atau kaca halus
135 0.010
Lapisan mortar-semen yang diputar sentrifugal 130
0,010 Lapisan mortar-semen yang dikulir di tempat
125 0,010
Asbes-semen, dilapis 130
0,010 Asbes-semen, tidak dilapis
125 0,010
Baja atau besi daktail yang tidak dilapis 100
0,013 Pipa tekanan beton yang dituang sentrifugal
130 0,010
Kayu susun 110
0,012 Besi terpancang riveted steel
80 0,016
Beton yang dibentuk 80
0,016 Tanah liat tidak diberi tekanan
100 0,013
Universitas Sumatera Utara
12 Besi tempa
100 0,013
Besi yang dilapis seng galvanized iron 90
0,014
Sumber : Sanks 1998
Darcy-Weisbach
g V
D L
f H
2
2 l
= 2.6
dimana : L = panjang dari pipa m Q = debit aliran m
3
det D = diameter pipa m
g = percepatan gravitasi 9,81 mdet
2
atau 32,2 ftdet
2
f = faktor gesekan faktor gesekan adalah fungsi dari bilangan Reynold R
e
dan kekasaran relatif k
s
D, dimana k
s
adalah kekasaran tak seragam rata-rata dari pipa. Untuk aliran laminer R
e
2000 faktor gesekan adalah :
e
R f
64 =
2.7
dimana :
v VD
R
e
=
2.8 v = viskositas kinematis
Untuk aliran turbulen, faktor gesekan pada Pipa halus :
8 ,
Log 2
1
10
− =
f R
f
e
untuk R
e
3000 2.9
Pipa kasar : 14
, 1
Log 2
1
10
+ =
s
k D
f =
D k
s
Log 2
14 ,
1
10
−
2.10
Persamaan 2.7 dan 2.8 diajukan oleh von Karman dan Prandtl berdasarkan atas experimen oleh Nikuradse 1932.
Universitas Sumatera Utara
13 Colebrook dan White 1939 mengajukan formula semi-empiris berikut :
+ −
= f
R D
k f
e s
51 ,
2 7
, 3
Log 2
1
10
2.11
Faktor gesekan dapat juga diperoleh dengan menggunakan diagram Moody, yang dikembangkan oleh Moody 1944, menggunakan data-data eksperimen dari
pipa-pipa komersial, persamaan Colebrook-White, dan data-data eksperimen dari Prandtl-Karman.
Ada friction loss yang lebih sedikit sepanjang pipa dengan beberapa outlet yang dispasikan secara sama seperti pipa sub-utama dan lateral daripada sepanjang
pipa dengan diameter, panjang, dan material yang sama dengan debit yang konstan. Ini terjadi karena banyaknya air dalam pipa sub-utama atau pipa lateral berkurang di
arah hilir karena debit dari outlet. Istilah F pada Pers. 2.2 sama dengan 1 ketika tidak ada outlet antara lokasi
hulu dan hilir sepanjang pipa. Persamaan 2.12a dan 2.12b dan Tabel 2.3 dan 2.4 dapat digunakan untuk menentukan F ketika ada lebih dari satu outlet dengan spasi
yang sama, masing-masing memindahkan kurang lebih sama dengan jumlah air dalam pipa.
Persamaan 2.12a dan 2.12b adalah :
2
6 1
2 1
1 1
N m
N m
F −
+ +
+ =
2.12a
− −
+ −
=
∑
− =
1 1
1 2
2 1
2 1
N i
m m
i N
N N
N F
2.12b dimana : m = 2.0 Darcy-Weisbach; m = 1,85 Hazen-Williams
N = banyak nozzlesprinkler
Universitas Sumatera Utara
14 Baik Persamaan 2.12a atau Tabel 2.2 digunakan ketika jarak dari dari saluran
pipa ke outlet pertama sama dengan jarak spasi outlet. Ketika jarak ke outlet pertama setengah dari jarak spasi outlet, digunakan Persamaan 2.12b atau Tabel 2.4.
Tabel 2.2 Nilai F Pers. 2.12a digunakan ketika jarak dari dari saluran pipa ke
outlet pertama sama dengan jarak spasi outlet
Banyak Outlet m = 1,85
m = 1,90 m = 2,00
1 1,0
1,0 1,0
2 0,639
0,634 0,625
3 0,535
0,528 0,518
4 0,486
0,480 0,469
5 0,457
0,451 0,440
6 0,435
0,433 0,421
7 0,425
0,419 0,408
8 0,415
0,410 0,398
9 0,409
0,402 0,391
10 0,402
0,396 0,385
11 0,397
0,392 0,380
12 0,394
0,388 0,376
13 0,391
0,381 0,373
14 0,387
0,381 0,370
15 0,384
0,379 0,376
16 0,382
0,377 0,365
17 0,380
0,375 0,363
18 0,379
0,373 0,361
19 0,377
0,372 0,360
20 0,376
0,370 0,359
22 0,374
0,368 0,357
24 0,372
0,366 0,355
26 0,370
0,364 0,353
28 0,369
0,363 0,351
Universitas Sumatera Utara
15 30
0,368 0,362
0,350 35
0,365 0,359
0,347 40
0,364 0,357
0,345 50
0,361 0,355
0,343 100
0,356 0,350
0,338
Lebih dari 100 0,351
0,345 0,333
Sumber : James 1988
Tabel 2.3 Nilai F Pers. 2.12b digunakan ketika jarak dari dari saluran pipa ke
outlet pertama setengah dari jarak spasi outlet
Banyak NozzleSprinkler pada Pipa Lateral
m = 1,85 m = 1,90
m = 2,00
1 1,000
1,000 1,000
2 0,518
0,512 0,500
3 0,441
0,434 0,422
4 0,412
0,405 0,393
5 0,397
0,390 0,378
6 0,387
0,381 0,369
7 0,381
0,375 0,363
8 0,377
0,370 0,358
9 0,374
0,367 0,355
10 0,371
0,365 0,353
11 0,369
0,363 0,351
12 0,367
0,361 0,349
13 0,366
0,360 0,348
14 0,365
0,358 0,347
15 0,364
0,357 0,346
16 0,363
0,357 0,345
17 0,362
0,356 0,344
18 0,361
0,355 0,343
19 0,361
0,355 0,343
20 0,360
0,354 0,342
Universitas Sumatera Utara
16 22
0,359 0,353
0,341 24
0,359 0,352
0,341 26
0,358 0,351
0,340 28
0,357 0,351
0,340 30
0,357 0,350
0,339 35
0,356 0,350
0,338 40
0,355 0,349
0,338 50
0,354 0,348
0,337
100 0,353
0,347 0,335
Sumber : James 1988
2.3 Tekanan Gelombang
Kategori