PERENCANAAN ULANG SISTEM INSTALASIAIR BERSIH KANTOR OTORITAS BANDAR UDARA WILAYAH III

Transkripsi

1 Perencanaan Ulang Sistem Instalasi Air Bersih Kantor Otoritas Bandar Udara Wilayah VIII PERENCANAAN ULANG SISTEM INSTALASIAIR BERSIH KANTOR OTORITAS BANDAR UDARA WILAYAH III Ninik Martini 1,Sudarmono Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Abstract Redesign Water System Intallation Oice o Airport Authority Region III. Old building and new building Airport Authority Region III has a working installation o water and pumps o dierent systems. Old building consists o three loors using press tank system (hydrosphere). Being new building consists o 7 loors using roo tank systems. With consideration o cost eiciency o electricity consumption and maintenance costs burden, the press tank system is considered less eicient because o the luctuation o the working pressure greater than the tank roo system. This resulted in the pumps oten operate ON - OFF quickly also resulting in large power consumption and potentially cause damage to pumps and installation. The purpose o this study was to plan the installation o the system on integrated water on both the building using roo tank system. From the analysis o the water requirement calculations required water availability o 10 m 3 / day. For oice buildings with average working hours o eight hours are taken into account during peak usage hours by 7 m 3 / h. O the allowable low rate, then the dimensions o the transer pipes and main pipes 3 inch, collection pipes and branch pipes varies the ½, ¾, 1, 1¼ and 1½ inch. For ground water tank volume o 90 m 3, roo tank was needed capacity o 67.5 m 3 (3 liter tank). Take into account head losses that occur in the transer pipe, acquired 34 m total head pumps, hydraulic power with 78% eiciency o 3.1 kw. O reerence brands Grundos pump then pumps Grundos selected types o vertical multistage centriugal pump with speciications: Type CR (E) 3-, capacity 3 m 3 / h, head 34 m, 4 kw motor power, supply voltage 3 x Volt, 900 rpm rotation and requency o 50 Hz. Pumps installed two units in parallel. Keywords: the water demand, roo tank, pump, low rate, reservoir. I. PENDAHULUAN Gedung lama dan gedung baru Kantor Otoritas Bandar Udara Wilayah III yang masing-masing terdiri dari 3 lantai dan 7 lantai mempunyai instalasi air dan sistem kerja pompa yang berbeda. Dengan pertimbangan eisiensi biaya pemakaian beban listrik dan biaya perawatannya, maka pada sistem tangki tekan (hidroser) pada gedung lama dianggap kurang eisien. Hal ini terjadi karena terjadi luktuasi tekanan kerja lebih besar dibandingkan dengan sistem tangki atap. Dengan luktuasi tekanan yang cepat mengakibatkan pompa akan sering beroperasi ON OFF dengan cepat juga. Hal ini mengakibatkan pemakaian daya listrik yang besar dan berpotensi menimbulkan kerusakan pada pompa dan instalasinya. Untuk itu diperlukan perencanaan ulang instalasi air yang terintegrasi pada gedung lama dan gedung baru menggunakan sistem tangki atap. Seperti halnya perencanaan ulang yang pernah dilakukan oleh Budi Prasetyo dalam Tugas Akhirnya pada tahun 004 tentang Perencanaan Ulang Sistem Distribusi Air Bersih Pada Hotel Santika Surabaya, maka tujuan dari Perencanaan Ulang Sistem InstalasiAir Bersih Kantor Otoritas Bandar Udara Wilayah III adalah untuk menganalisa dan merencanakan ulang kebutuhan pemakaian air, laju aliran volume, volume ground reservoir, volume roo tank, diameter pipa-pipa yang digunakan dankerugian tinggi tekan (head losses) dalam pipa, serta pemilihan spesiikasi pompa terhadap head total pompa dan daya pompa berdasarkan jumlah pemakaian air. II. METODOLOGI Dalam perencanaan ulang instalasi air ini direncanakan dalam satu sistem distribusi yang terintegrasi menggunakan sistem tangki atap dimana suplai air dari PDAM yang ditampung di reservoir bawah kemudian dipompakan terlebih dahulu ke roo tank. Air selanjutnya didistribusikan ke tiap lantai gedung dengan pipa distribusi menggunakan sistem gravitasi. Adapun perencanaan ulang sistem instalasi airnya seperti gambar dibawah. 76

2 Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 1, 015 Qh max = (c1)(qh) nilai c1 berkisar anatara 1,5 sampai,0. Untuk pemakaian air pada menit puncak dapat dihitung dengan rumus berikut: Qm max = (c)(qh / 60) nilai c berkisar antara 3,0-4,0. 4. Menganalisa kebutuhana air pada tiap-tiap lantai dengan memperhitungkan prosentase pemakaian air dari total kebutuhan seluruh gedung. perhitungannya dapat ditentukan berdasarkan jumlah orang pada tiap lantai. Gambar 1. Skema instalasi air terintegrasi dengan sistem tangki atap Data penunjang yang diperlukan dalam perencanaan ulang sistem instalasi air bersih Kantor Otoritas Bandar Udara Wilayah III antara lain jumlah orang pada tiap lantai, penggunaan lantai tiap gedung, jumlah lantai tiap gedung, tinggi lantai tiap gedung, luasan dan data lain yang terkait dalam perencanaan. Untuk jumlah orang diasumsikan berdasarkan jumlah maksimum dari kapasitas gedung tiap lantai yang terdiri dari jumlah pegawai dan jumlah pengunjung (tamu, undangan, dan masyarakat yang ingin mendapatkan pelayanan). Data yang diperoleh kemudian diolah dengan tahapan pengerjaan sehingga mendapatkan output yang diinginkan sebagai berikut : 1. Menghitung kebutuhan air bersih berdasarkan jumlah penghuni dan pengunjung dari masingmasing lantai. Sehingga dapat diketahui total kebutuhan pemakaian air seluruh gedung dengan memperkirakan kebutuhan setiap orang seperti pada tabel pemakaian air rata-rata per orang setiap hari (Noerbambang, 000:34).. Selanjutnya adalah memperhitungkan pemakaian air pada jam (beban) puncak dimana pada saat tersebut pemakaian air secara serentak pada setiap alat plambing. Laju aliran volume pada jam puncak inilah sebagai dasar atau pedoman untuk merencanakan dan menentukan dimensi-dimensi pada sistem seperti reservoir bawah, roo tank, diameter pipa dan pemilihan spesiikasi pompa yang digunakan. 3. Menghitung kebutuhana air dimana rumusnya : Qh = Qd / t Qh = Pemakaian air rata-rata (m 3 /jam) Qd = Pemakaian air rata-rata sehari (m 3 ) t = Jangka waktu pemakaian (jam) 5. Menentukan diameter pipa-pipa terdiri dari pipa transer dan pipa distribusi. Untuk pipa distribusi terdiri dari : - Pipa distribusi utama - Pipa distribusi pengumpul (header) - Pipa distribusi cabang Penentuan diameter pipa diperhitungkan dengan rumus : 4Q D V Q = Debit aliran dalam pipa (m 3 /detik) V = Kecepatan air dalam pipa (m/det) ( V rencana diizinkan max. = m/s) π = 3,14 atau /7 Dalam perencanaan penentuan diameter pipa juga mempertimbangkan minimum size o ixture supply pipes berdasarkan berbagai jenis alat plambing yang digunakan. 6. Menentukan kapasitas reservoir bawah, dimana suplai air dari PDAM diasumsikan 100% berlangsung 4 jam tanpa sumber tambahan lain. Dianggap bahwa suplai air kuantitasnya mencukupi termasuk pada saat peak time. - persentase suplai air per jam sehari = 1/4 jam x 100 % - persentase pelayanan air = t/4 jam x 100 %, dimana t adalah waktu pemakaian air. maka : V GWT = (% Kebutuhan Air Per-Jam - % Pelayanan Air) x Qd x (Jam Pemakaian) 7. Menentukankapasitas roo tank dapat dihitung dengan persamaan : Pemakai pada jam puncak dapat dihitung sebagai berikut: ( ) 79

3 Perencanaan Ulang Sistem InstalasiAir Bersih Kantor Otoritas Bandar Udara Wilayah III V E = Kapasitas eekti tangki atas (liter) Q p = Kebutuhan puncak (liter/menit) Q max = Kebutuhan jam puncak(liter/menit) T p = Jangka waktu kebutuhan puncak (menit) Q pu = Kapasitas pompa pengisi (liter/menit) T pu = Jangka waktu kerja pompa pengisi (menit) 8. Aliran laminar dan aliran turbulen. Angka Reynold : VD VD Re Dimana : Re = Bilangan/ Angka Reynolds = massa jenis air (kg/m 3 ) V = kecepatan air pada pipa (m/s) = Dynamic Viscosity (kg/m.s) = Kinematic Viscosity (m /s) Koeisisen kerugian gesek aliran laminar : 64 La min ar Re Koeisisen kerugian gesek aliran turbulen : 0,3164 Turbulen 0,5 Re Faktor gesek juga dapat dideinisikan sebagai ungsi angka Reynold dan harga kekasaran relati bahan pipa. Untuk aktor gesekan ( ) berdasarkan angka Reynold dan relative roughness/d didapat dari diagram Moody. Gambar 3. Relative Roughness Pipe Diamater Chart 9. Menghitung kehilangan tinggi tekan (head losses) dan kerugian gesek pada pipa. Persamaan Darcy-Weisbach : h LV D g Dimana : h = Kerugian gesek dalam pipa L = Panjang pipa (m) = aktor gesekan (riction actor) V = kecepatan air pada pipa (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s ) Persamaan Hazen-William : Gambar. Diagram Moody ,67 Q H d x L 1,85 4,87 C. d H d = Head losses mayor (m) Q = Debit pompa (m 3 /s) C = Koeisien Hazen-William L total = Panjang pipa total (m) Head losses minor (pada sambungan, belokan, reducer, dll) H s v k g 80

4 Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 1, 015 H s = Head losses minor (m) k = Koeisien kerugian v = kecepatan rata-rata dalam pipa (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s ) 10. Menghitung head total pompa. H H H a p v H g H = Head total pompa (m) = Head statis total (m) H a H p H v /g = Perbedaan tekanan yang terjadi pada kedua permukaan air (m) H p = h p - h p1 = Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, dll (m) H = H d + H s = Head kecepatan keluar (m), dimana g = 9,81 m/s 11. Menghitung daya pompa menggunakan persamaan : P w = ɣ Q H P w = Daya hidrolik (kw) ɣ = Berat spesiik (kg/liter) Q = Kapasitas pemompaan (m 3 /menit) H = Head total pompa (m) III. HASIL DAN PEMBAHASAN Untuk kategori gedung perkantoran ditetapkan kebutuhan air rata-rata per orang sehari adalah 100 liter/orang/hari (Noerbambang, 000:48). Pada Gedung Baru : - Q (Lantai 1) = (Jumlah orang per hari) X (Kebutuhan air 1 orang per hari) = x 100 liter =.00 liter liter/hari Dengan perhitungan yang sama, total kebutuhan air untuk gedung baru : Q gd. baru = Q L1 + Q L + Q L3 + Q L4 + Q L5 + Q L6 + Q L7 = = liter / hari Pada Gedung Lama : Total kebutuhan airnya yaitu : Q gd. lama = Q L1 + Q L + Q L3 = = liter / hari Sehingga total kebutuhan seluruh gedung seperti Tabel 1. : Lt. Pegawai GEDUNG BARU Sumber : hasil perhitungan. Perlu adanya penambahan sebesar 0% untuk mengantisipasi adanya kebocoran, pancuran air, penyiraman halaman, taman dan lain-lain. Sehingga pemakaian air rata-rata sehari dapat diketahui : - Q d = Q + 0, Q = 98,70 + (0, x 98,70) = 118,44 m³/hari 10 m³/hari. Pemakaian selama jam kerja (untuk perkantoran rata-rata 8 jam) dapat dihitung sebagai berikut : - Q h = Q d / T = 10 m 3 / 8 jam = 15 m³/jam. - Pemakaian air pada jam puncak Q h max = (c 1 ). (Q h ) = 1,8 x 15 m³/jam = 7 m³/jam 0,0075 m 3 /s Perhitungan diameter pipa. - Diameter pipa pengumpul Lt. 1 (GL). - Debit Q (gl_l1) = (0,0075) m 3 /s x 1,8 % = 1,596 x 10-3 m 3 /s - Kecepatan aliran rencana V = 1 m/s V max. yang diizinkan m/s - Diameter pipa pengumpul : D p 4Q (gl_l1) V 4 x (1,596 x 10-3 ) m 3,14 x1 m/s 3 / s % Kebutuhan Air per Lantai GEDUNG LAMA Pengunjung Maksimum Per Hari Jumlah Orang Sub Total Kebutuhan Air Gedung Baru (liter/hari) Kebutuhan Air (liter/orang/hari) Kebutuhan Air (liter/hari) Sub Total Kebutuhan Air Gedung Lama (liter/hari) TOTAL KEBUTUHAN (Gd. Baru + Gd. Lama) = 0,045 m = 45 mm - Standar diameter pipa komersial dipilih 1½ inch (inside diameter = 40,9 mm) - Cek kecepatan aliran : 81

5 Perencanaan Ulang Sistem InstalasiAir Bersih Kantor Otoritas Bandar Udara Wilayah III 4Q V cek (D gl_l1 p ) x (1,596 x 10 ) m / s -3 3,14 x (40,9 x 10 ) m = 1, m/s memenuhi syarat < m/s - Diameter pipa cabang Lt. 1 (GL). Dari Tabel.3 minimum diameter pipa yang digunakan ¾ inch. Tabel. Hasil perhitungan diameter pipa pengumpul dan distribusi cabang - Cek 3 inch (inside diameter = 77,9 mm) 4Qh_max V cek (D ) tr 3 4 x 0,0075 m / detik -3 3,14 x (77,9 x 10 ) m = 1,57 m/detik memenuhi syarat < m/detik Sehingga dipilih pipa transer berdiameter D tr = 3 inch. Volume Ground Water Tank - (1/4) x 100 % = 4,17 %. - (1/8) x 100 % = 1,5%. - pemakaian air rata-rata sehari Q d = 10 m³/hari - Diameter pipa distribusi utama. - Debit total jam puncak = 0,0075 m3/s - V aliran rencana V = 1,5 m/s - Diameter pipa distribusi utama : 4x (0,0075 x 10-3 )m 3,14 x1,5 m/s = 0,079 m = 79 mm - Standar diameter pipa komersial dipilih 3 inch (inside diameter = 77,9 mm) - Cek kecepatan aliran : 4Q(h_max V cek (D ) u x (0,0075 x 10 ) m /s -3 3,14 x (77,9x 10 ) m = 1,57 m/s memenuhi syarat < m/s - Diameter pipa transer. 3 /s - V max. yang diizinkan V = m/s - Q p jam puncak = 0,0075 m 3 /s Panjang = 5 m; Lebar= 4 m; Tinggi = 4 m Freeboard = 10 % x tinggi = 10 % x 4 m = 0,4 m Tinggi air muka minimum = 0,1 m T GWT total = T GWT + reeboard + tinggi muka air minimum = 4 + 0,4 + 0,1 = 4,5 m Cek V GWT = p x l x t = 5 x 4 x 4,5 = 90 m 3 Volume Ground Water Tank - Qp = 10 m 3 / jam - Qh max = 7 m 3 / jam - Tpu = 0,5 jam - Tpu mp = 10 menit = 0,17 jam - Qpu = Qh max = 7 m 3 / jam - Volume Roo Tank : V_ RT = (Q_p-Q_(h max) ) T_P-Q_pu x T_pu = [(10 7) m 3 /jam x 0,5 jam] - [ 7 m 3 /jam x 0,17 jam] = 51,09 51 m 3 - Untuk memenuhi kebutuhan volume yang direncanakan, sesuai standar komersial Roo Tank dibutuhkan 3 unit dengan ukuran : V RT =.500 x 3 = liter = 67,5 m 3 - Kerugian gesek pipa distribusi (contoh perhitungan Gd. Lama Lt.1) 8

6 Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 1, Dari Relative Roughness Chart /D = 0, Dari diagram Moody didapat = 0,03 3,5 x (1,) (1,) 0, 03x 0,35x x5 0,01x x 9,8 x 9,8 (1,) (1,) 0,x x x 9,8 0,x x1 x 9,8 = 0,583 m Tabel 3. Hasil perhitungan kerugian gesek pipa - Head total pompa - Kerugian total pada pipa - Head kecepatan - Head statis Sehingga head total didapat: - Kerugian gesek pipa transer - Daya pompa Diketahui : Q H air ɣ air = 7 m3/jam = 0,0075 m3/s = 3,43 m = 995,7 kg/m3 (asumsi Tair = 30 oc) = 995,7 kg/m3 x 9,81 m/s = 9767 N/m3 = 9,767 kn/m3 Sehingga : Pw = ɣ Q H = (9,767 kn/m 3 ) x (0,0078 m 3 /s) x (3,85 m) =,5 Kw 83

7 Perencanaan Ulang Sistem InstalasiAir Bersih Kantor Otoritas Bandar Udara Wilayah III KESIMPULAN Berdasarkan perhitungan perencanaan ulang yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Laju aliran volume yang dibutuhkan pada masing-masing lantai. - Lantai 1 gedung lama = 95,76 liter/menit - Lantai gedung lama = 5,5 liter/menit - Lantai 3 gedung lama = 1,4 liter/menit - Lantai 1 gedung baru = 10,04 liter/menit - Lantai gedung baru = 4,6 liter/menit - Lantai 3 gedung baru = 3,8 liter/menit - Lantai 4 gedung baru = 97,56 liter/menit - Lantai 5 gedung baru = 51,06 liter/menit - Lantai 6 gedung baru = 91,0 liter/menit. Hasil perhitungan dalam perencanaan : a) Diameter pipa. - Untuk pipa distribusi cabang ukuran diamternya yaitu ½ dan ¾ inch. - Untuk pipa pengumpul pada masing-masing lantai digunakan berbagai variasi ukuran terdiri dari ½, ¾, 1, 1¼ dan 1½ inch. - Untuk diameter pipa distribusi utama menggunakan ukuran 3 inch. - Untuk diameter pipa transer menggunakan ukuran 3 inch. b) Volume ground reservoir (GWT). Hasil perhitungan volume tangki air bawah 79,97 m 3, dimensi rencana ground reservoir berupa persegi panjang maka direncanakan ukuran p x l x t = 5 x 4 x 4,5 = 90 m 3. c) Volume roo tank. Hasil perhitungan volume tangki air atas 51,09 m 3, sesuai standar ukuran yang tersedia di pasaran maka digunakan Roo Tank dari bahan plastik ukuran.500 liter sebanyak 3 unit sehingga total volumenya 67,5 m 3. e) Kerugian tinggi tekan (head losses). Nilai kerugian tinggi tekan (head losses) dalam pipa transer terdiri dari head losses mayor 1,89 m dan head losses minor 3,8 m, sehingga kerugian tinggi tekan pada pipa sebesar 5,71 m 3. Untuk pemilihan spesiikasi pompa yang digunakan yaitu : Merk = Grundos Tipe = CR (E) 3- Kapasitas (Q) = 3 m 3 /jam Head (H) = 34 m Daya Motor (P ) = 4 kw Supply Voltage (V) = 3 x Volt Putaran (n) = 900 rpm Frekwensi () = 50 Hz Jumlah = unit dipasang paralel (1 operasi, 1 cadangan, digunakan bergantian) DAFTAR PUSTAKA SAnonymous. 00. Computer Applications in Hydraulic Engineering. Brookside Rd, Waterbury CT : Haestad Methods, Inc. Anonymous Pump Handbook. Bjerringbro : Grundos. Anonymous SNI : Tata Cara Perencanaan Sistem Plambing. Jakarta : Badan Standardisasi Nasional. Anonymous International Plumbing Code. Chicago : International Code Council, Inc. Anonymous Pedoman Penulisan Tugas Akhir. Surabaya : Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus Anonymous. 01. The Plumbers Handbook. Eighth Edition. Kembla : Copper Development Centre Australia, Ltd. Anonymous Hydraulic Piping Standard Handbook. Revision 1. Finland : GS-Hydro Corporation. Anonymous. -. Grundos Data Booklet : Vertical Multistage Centriugal Pumps. Surabaya : Lenntech Evett JB, Liu C Fundamentals O Fuids Mechanics. New York : McGraw-Hill. Nara Tangki Silinder. (Online), ( diakses Juni 015). Noerbambang SM, Morimura T Perancangan Dan Pemeliharaan Sistem Plambing. Jakarta : PT. Pradnya Paramitha. Soedradjat S Mekanika-Fluida & Hidrolika. Bandung : Nova. Sularso, Haruo T Pompa Dan Kompresor : Pemilihan, Pemakaian, dan Pemeliharaan. Jakarta : PT. Pradnya Paramitha. White FM Fluid Mechanics. 7 th Edition. New York : McGraw-Hill. 84