Analisa Perhitungan Debit Dan Kehilangan Tinggi Tekanan (Headloss) Pada Sistem Jaringan Pipa Daerah Layanan Pdam Tirtanadi Cabang Sunggal
ANALISA PERHITUNGAN DEBIT
DAN KEHILANGAN TINGGI TEKANAN (HEAD LOSS)
PADA SISTEM JARINGAN PIPA DAERAH LAYANAN
PDAM TIRTANADI CABANG SUNGGAL
TUGAS AKHIR Disusun oleh :
AIDA NURFADILAH
100424005
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISA PERHITUNGAN DEBIT DAN KEHILANGAN TINGGI
TEKANAN (HEAD LOSS) PADA SISTEM JARINGAN PIPA DAERAH
LAYANAN PDAM TIRTANADI CABANG SUNGGAL
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan oleh :
AIDA NURFADILAH
100424005
Dosen Pembimbing : Ir. Terunajaya, M.Sc
NIP. 19500817 198411 1 001 Penguji I Penguji II
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M. Sc Ir. Alferido Malik NIP. 19660417 199303 1 004 NIP. 19530504 198103 1 003
Mengesahkan: Koordinator PPSE Ketua Departemen Teknik Sipil FT USU Departemen Teknik Sipil FT USU Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19560326 198103 1 003 NIP : 19561224 198103 1 002
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2013
ABSTRAK
Pemakaian jaringan pipa dalam bidang teknik sipil salah satunya terdapat pada sistem jaringan distribusi air minum. Distribusi kebutuhan air minum untuk kebutuhan hidup sehari-hari sangat penting. Begitu juga analisis jaringan pipa cukup komplek dan memerlukan perhitungan yang besar. Dalam sistem jaringan distribusi air minum menggunakan pipa, faktor kehilangan tinggi tekanan perlu diperhatikan. Apabila debit dan kehilangan tinggi tekanan cukup besar dapat mengakibatkan tidak terdistribusinya air dengan baik.
Tahapan-tahapan dalam penyelesain tugas akhir ini yaitu terlebih dahulu mengumpulkan data yang dibutuhkan baik data primer maupun sekunder dari PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal. Tahapan berikutnya adalah menghitung debit dan kehilangan tinggi tekanan yang dilakukan dengan menggunakan Hardy-Cross dengan menggunakan persamaan Darcy Weisbach.
Hasil perhitungan dan analisa kebutuhan air minum untuk salah satu PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal yaitu Komplek Perumahan Taman Setia Budi
3 Indah II, diperoleh total kebutuhan air 822,060 m per hari dengan jumlah
pelanggan sebanyak 693 NPA. Adapun besarnya kapasitas beban puncak
3
(kebutuhan air pada jam maksimum) sebesar 0,045545 m /det. Kehilangan tinggi tekanan karena adanya gesekan antara pipa (nilai h ) sebesar 0,73097 m pada pipa
f
63-61. Selain itu, kehilangan tinggi tekanan yang terjadi di Komplek Perumahan Taman Setia Budi Indah II berdasarkan analisa debit sebesar 4,67%.
Dari hasil perhitungan disimpulkan bahwa kebutuhan air dalam sehari di Komplek Taman Setia Budi Indah II masih terpenuhi oleh PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal. Pengaliran air yang terjadi di daerah Komplek Perumahan Taman Setia Budi II tergolong cukup baik lebih kecil dari 20%. Kehilangan tinggi tekanan ini disebabkan oleh faktor teknis, non teknis, dan penggunaan pompa ilegal oleh pelanggan.
Kata Kunci: debit, kehilangan tinggi tekanan, metode Hardy-Cross
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “ANALISA PERHITUNGAN DEBIT DAN KEHILANGAN TINGGI TEKANAN (HEAD
LOSS) PADA SISTEM JARINGAN PIPA DAERAH LAYANAN PDAM
TIRTANADI CABANG SUNGGAL”.Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis hanya dapat mengucapkan terima kasih atas segala jerih payah, motivasi dan doa yang diberikan hingga penulis dapat menyelesaikan studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, terutama kepada : 1. Terimakasih teristimewa penulis ucapkan kepada orang tua tercinta, adik- adikku tersayang dan seseorang yang kusayangi yang selalu mendukung, membimbing, dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc., sebagai dosen utama yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M. Sc., dan Bapak Ir. Alferido Malik sebagai dosen pembanding dan penguji.
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng. Sc., sebagai Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi.
6. Seluruh Dosen dan pegawai Universitas Sumatera Utara khususnya Jurusan Teknik Sipil yang telah mendidik dan membina penulis sejak awal hingga akhir perkuliahan.
7. Pimpinan dan seluruh Staf PDAM Tirtanadi Sumatera Utara dan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal yang telah membantu dan memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
8. Terimakasih juga penulis ucapkan kepada rekan-rekan mahasiswa dan teman- teman yang memberikan dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya, oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan demi penyemurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semuanya.
Medan, April 2013 Penulis,
AIDA NURFADILAH NIM. 100424005
DAFTAR ISI ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................. ii
DAFTAR ISI ............................................................................................................ iv
DAFTAR TABEL ................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... ix
DAFTAR NOTASI .................................................................................................. x
BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................................1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................................
2
1.3 Pembatasan Masalah ...............................................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................
3
1.6 Metodologi Penulisan ………………………………………………….
4
1.7 Sistematika Penulisan .............................................................................
5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................
7
2.1 Umum .....................................................................................................
7
2.2 . Kebutuhan Konsumsi Air Bersih ...........................................................
9
2.2.1 Kebutuhan Air Domestik ..............................................................
9
2.2.2 Kebutuhan Non Domestik ............................................................
10
2.3 Kapasitas dan Kebutuhan Fluktuasi Air Bersih .....................................
12
2.4 Debit Aliran ............................................................................................
14
2.5 Persamaan Bernoulli ..............................................................................
15
2.6 Aliran Laminar dan Turbulen ..................................................................
17
2.7 Metode Pendistribusian Air ....................................................................
19 2.7.1 Cara Gravitasi ................................................................................
19 2.7.2 Cara Pepompaan ............................................................................
19 2.7.3 Cara Gabungan ...............................................................................
19
2.8 Kehilangan Tinggi Tekanan (Head Loss) ..............................................
19 2.8.1 Kehilangan Tinggi Tekanan Mayor (Mayor Losses) .....................
20 2.8.1.1 Persamaan Darcy–Weisbach ..............................................
20 2.8.1.2 Persamaan Hazen–Williams ...............................................
23 2.8.2 Kehilangan Tinggi Tekan Minor (Minor Losses) ..........................
24
2.9 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa ..................................
25
2.10 Mekanisme Aliran Pada Pipa ...............................................................
27
2.10.1 Pipa Hubungan Seri ....................................................................
27
2.10.2 Pipa Hubungan Paralel ...............................................................
28
2.10.3 Pipa Bercabang ...........................................................................
29
2.11 Analisa Sistem Jaringan Pipa ................................................................
32 2.12 Prosedur Hitungan Metode Hardy–Cross .............................................
33 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ..........................................................
35
3.1 Gambaran Umum Sistem Jaringan Layanan PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal .....................................................................................
35
3.2 Metode Pengumpulan Data ....................................................................
36
3.3 Rancangan Penelitian .............................................................................
37
3.4 Bagan Alir Penelitian .............................................................................
38
BAB IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN ...........................................................
39 4.1 Penggolongan Pelanggan dan Penentuan Tarif PDAM Tirtanadi .............
39
4.2 Analisa Kebutuhan Air Bersih di Perumahan Taman Setia Budi Indah II
42 4.2.1 Kebutuhan Air Bersih Golongan Non Niaga dan Niaga .................
43 4.2.2 Kebutuhan Air Bersih Golongan Sosial .........................................
44
4.3 Analisa Kebutuhan Air di Perumahan Taman Setia Budi Indah Tahun 2020 ...............................................................................................
49
4.4 Karakteristik Pipa yang Digunakan ..........................................................
50
4.5 Analisa Kehilangan Tinggi Tekanan Secara Teknis Dan Non Teknis Pada Sistem Jaringan Pipa Komplek Perumahan Taman Setia Budi Indah II ......................................................................................................
53
4.6 Analisa Kehilangan Tinggi Tekanan Pada Sistem Jaringan Pipa Dengan Hitungan Metode Hardy-Cross ....................................................
54 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................
81
5.1 Kesimpulan ...........................................................................................
81
5.2 Saran ......................................................................................................
81 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar Kebutuhan Air Bersih ..................................................................
46 Tabel 4.7 Pemakaian Pada Periode IV (14.00-17.00) WIB .......................................
60 Tabel 4.15 Loop 2 Iterasi 1 ........................................................................................
51 Tabel 4.14 Loop 1 Iterasi 1 ........................................................................................
47 Tabel 4.13 Data Pipa ..................................................................................................
47 Tabel 4.12 Total Pemakaian Air Selama 24 Jam .......................................................
47 Tabel 4.11 Pemakaian Pada Periode VIII (02.00-05.00) WIB ..................................
46 Tabel 4.10 Pemakaian Pada Periode VII (23.00-02.00) WIB ....................................
46 Tabel 4.9 Pemakaian Pada Periode VI (20.00-23.00) WIB .......................................
46 Tabel 4.8 Pemakaian Pada Periode V (17.00-20.00) WIB ........................................
45 Tabel 4.6 Pemakaian Pada Periode III (11.00-14.00) WIB .......................................
9 Tabel 2.2 Rata-Rata Kebutuhan Air Per Orang Per Hari ..........................................
45 Tabel 4.5 Pemakaian Pada Periode II (08.00-11.00) WIB .........................................
45 Tabel 4.4 Pemakaian Pada Periode I (05.00-08.00) WIB ..........................................
43 Tabel 4.3 Estimasi Pemakaian Air Per Hari...............................................................
41 Tabel 4.2 Jumlah Pelanggan Air Minum Komplek Perumahan Taman Setia Budi Indah II PDAM Tirtanadi Cabang Sunggal .................
25 Tabel 4.1 Penggolongan Pelanggan PDAM Tirtanadi dan Blok Harga ....................
23 Tabel 2.5 Kehilangan Tinggi Tekanan pada Katup, Alat Penyesuaian dan Pipa yang Digunakan ............................................
21 Tabel 2.4 Koefisien Kekasaran Hazen–Wiliam, C ...................................................
10 Tabel 2.3 Kekasaran Rata-Rata Pipa –Pipa Komersil ...............................................
65
Tabel 4.16 Loop 3 Iterasi 1 ........................................................................................71 Tabel 4.17 Loop 4 Iterasi 1 ........................................................................................
77 Tabel 4.18 Faktor Koreksi Iterasi 1............................................................................
80 Tabel 4.19 Faktor Koreksi Iterasi 1............................................................................
80
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Aliran dengan Persamaan Kontinuitas ..................................................
15 Gambar 2.2 Garis Tenaga dan Tekanan Pada Zat Cair Ideal ....................................
16 Gambar 2.3 Diagram Moody ....................................................................................
21 Gambar 2.4 Pipa Hubungan Seri ...............................................................................
27 Gambar 2.5 Pipa Hubungan Paralel ..........................................................................
28 Gambar 2.6 Pipa Bercabang ......................................................................................
30 Gambar 2.7 Skema Jaringan Perpipaan yang Dianalisa ............................................
33 Gambar 3.1 Lokasi Penelitian ...................................................................................
36 Gambar 3.2 Diagram Alir Metodologi Penelitian .....................................................
38 Gambar 4.1 Pemakaian Air Per Jam ..........................................................................
48 Gambar 4.2 Loop 1 Pada Iterasi 1 ..............................................................................
57 Gambar 4.3 Loop 2 Pada Iterasi 1 ..............................................................................
62 Gambar 4.4 Loop 3 Pada Iterasi 1 ..............................................................................
68 Gambar 4.5 Loop 1 Pada Iterasi 1 ..............................................................................
74
DAFTAR NOTASI
2 – Z 1 = Perbedaan head statis
= Kecepatan pada titik akhir
2
V
1 = Kecepatan pada titik awal
V
= Bilangan Reynold
e
R
μ = viskositas dinamik (Pa.det)
ε = Kekasaran pipa
Q = Debit/laju aliran dalam pipa (m
3
3
= Berat jenis air (9810 N/ m
1 2 P P = Perbedaan head tekanan
) k = Koefisien kerugian n = Koefisien kekasaran Manning f = Faktor Gesekan
2
) v = Kecepatan aliran (m/det) h f = Kerugian gesekan dalam pipa (m) L = Panjang pipa (m) C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams d = Diameter dalam pipa (m) g = Percepatan gravitasi (m/det
2
/det) f peak = Faktor fluktuasi jam maksimum ( 1,5 – 2,5) A = Luas penampang aliran (m
3
/det) Q maks = Kebutuhan air harian maksimum (m
) Z