BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pendahuluan Sistem plambing merupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan dalam pembanguan gedung.oleh karena itu,perencanaan dan perancangan system plambing haruslah dilakukan bersamaan dan sesuai dengan tahapan-tahapan perencanaan dan perancangan gedung itu sendiri,dengan memperhatikan secara seksama hubunganya dengan bagianbagian kontruksi gedung serta dengan peralatan lainnya yang ada dalam gedung tersebut. 2.2 Penerapan Teori Bernoulli Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli. Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan 6

2 7 (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow). Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut: P + ρ g h + ρ = Konstan... ( 2.1 ) Sumber rumus : Munson, Bruce, R. & Young, Donald, F. Mekanika Fluida jilid 2 di mana: v = kecepatan fluida g = percepatan gravitasi bumi h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi P = tekanan fluida ρ = densitas fluida Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( P ), energi kinetik per satuan volum ( P ), dan energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

3 8 Dalam bagian ini kita hanya akan mendiskusikan bagaimana cara berfikir Bernoulli sampai menemukan persamaannya, kemudian menuliskan persamaan ini. Akan tetapi kita tidak akan menurunkan persamaan Bernoulli secara matematis. Kita disini dapat melihat sebuah pipa yang pada kedua ujungnya berbeda dimanaujung pipa 1 lebih besar dari pada ujung pipa 2. Penerapan Hukum Bernoulli dapat kita lihat pada: a. Teorema Torriceli Salah satu penggunaan persamaan Bernoulli adalah menghitung kecepatan zat cair yang keluar dari dasar sebuah wadah. [White Frank Mekanika Fluida Jilid 2] Gambar 2.1 Skema teoriema terriceli Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2 (permukaan lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol ( V1 = 0). Permukaan wadah dan permukaan lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama

4 9 dengan tekanan atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah : P 1 + ρ v ρ g h 1 = P 2 + ρ v ρ g h 2 Sumber rumus: Munson, Bruce, R. & Young, Donald, F. Mekanika Fluida jilid 2 Jika kita ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar wadah, maka persamaan ini kita turunkan lagi menjadi : ρ g h 1 = v g h 2 ) ρ g h 1 = v g h 2 v 2 2 = g h 1 - g h 2 v 2 2 = 2g ( h 1 - h 2 ) v 2 = V 2 =... ( 2.2 ) P 1 + ρ v ρ g h 1 = P 2 + ρ v ρ g h 2 h 1 = h 2

5 10 P 1 + ρ v 12 = P 2 + ρ v ( 2.3 ) Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa laju aliran air pada lubang yang berjarak h dari permukaan wadah sama dengan laju aliran air yang jatuh bebas sejauh h (bandingkan Gerak jatuh Bebas) Ini dikenal dengan Teorema Torricceli. Teorema ini ditemukan oleh Torricelli, murid butut Gallileo, satu abad sebelum Bernoulli menemukan persamaannya. b. Efek Venturi Selain teorema Torricelli, persamaan Bernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus lain yakni ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama (perbedaan ketinggian kecil). Gambar 2.2 Skema efek venturi [White Frank Mekanika Fluida Jilid 2] Pada gambar di atas terlihat bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama sehingga diangap ketinggian atau h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka persamaan Bernoulli berubah menjadi: P 1 + ρ v ρ g h 1 = P 2 + ρ v ρ g h 2 h 1 = h 2

6 11 P 1 + ρ v 12 = P 2 + ρ v ( 2.4 ) Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), maka laju fluida bertambah (persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika kecepatan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih besar. Hal ini dikenal dengan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, jika laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar. 2.3 Persamaan Kontinuitas Aliran Air Fluida mengalir dengan kecepatan tertentu, misalnya v ( m/s ). Penampang tabung alir seperti terlihat pada gambar di atas berpenampang A, maka yang dimaksud dengan debit fluida adalah volume fluida yang mengalir. persatuan waktu melalui suatu pipa dengan luas penampang A dan dengan kecepatan v. Q = =A.v... ( 2.5 ) Sumber rumus: White Frank Mekanika Fluida Jilid 2 Dimana : Q : Debit air ( m 3 /s ) Vol : Volume Air ( m 3 ) A : Luas penampang alir ( m 2 )

7 12 V : Kecepatan alir ( m/s ) Gambar 2.3 Persamaan hukum kontinuitas [White Frank Mekanika Fluida Jilid 2] Dari gambar tabung alir di bawah ini, A 1 adalah penampang lintang tabung alir yang besar dan A 2 adalah penampang tabung kecil. V 1 kecepatan alir fluida pada ketinggian h 1, dan V 2 kecepatan alir fluida pada ketinggian h 2. Banyaknya fluida yang masuk ke tabung alir dalam waktu Δt detik adalah :.A 1.V 1.Δt dan dalam waktu yang sama sejumlah fluida meninggalkan tabung alir sebanyak ρ.a 2.V 2.Δt. Jumlah ini tentulah sama dengan jumlah fluida yang masuk ke tabung alir sehingga :.A 1.V 1.Δt = ρ.a 2.V 2.Δt A 1.V 1 = A 2.V 2 Q = A 1.V 1 = A 2.V 2 = Konstan... ( 2.6 )

8 Perancangan Kerugian Gesek Pompa Suplai Air Bersih Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan/dorongan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang. Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu : energi tekanan, energi potensial dan energi kinetik. Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : H = h a + Δh p + h i +... ( 2.7 ) Dimana : H : Head total pompa Δh p : Perbedaan head tekanan h i : Head statis total : Head kecepatan Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi energi (losses) Head Tekanan Head tekanan adalah perbedaan antara tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair di sisi tekan dengan tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair di sisi isap. Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus :

9 14 Δh p =... ( 2.8 ) Dimana : Δh p : Perbedaan head tekanan P 2 : tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair di sisi tekan (discharge) (N/m 2 ) P 1 : tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair di sisi isap (suction) (N/m 2 ) ρ : berat spesifik (massa jenis) zat cair (N/m 3 ) Head Kecepatan Head kecepatan adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada saluran tekan (discharge) dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap (suction). Head kecepatan dapat dinyatakan dengan rumus : h k = -... ( 2.9 ) Dimana : h k : Head kecepatan : Kecepatan zat cair pada saluran tekan : Kecepatan zat cair pada saluran hisap

10 Head Statis Head statis adalah head yang terbentuk akibat selisih ketinggian antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi hisap. h a = h 2 h 1... ( 2.10 ) Dimana : : h a : Head statis h 2 : Ketinggian permukaan zat cair pada sisi tekan (discharge) h 1 : Ketinggian permukaan zat cair pada sisi isap (suction) Diberi : Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa (Suction lift). Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa (Suction head).

11 16 [Munson, Bruce, R. & Young, Donald, F. Mekanika Fluida jilid 2] Gambar 2.4 Skema head dalam pompa Kerugian head (head loss) Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengaliran cairan dalam sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head (head loss). Head loss terdiri dari : a. Mayor head loss (mayor losses) Maka untuk menghitung kerugian gesek yang terjadi dalam pipa menggunakan persamaan Darcy Weisbach h f = f.... ( 2.11 ) Dimana : h f f L V D : Head loss akibat gesekan : Faktor gesekan : Panjang pipa : Kecepatan rata-rata cairan dalam pipa : Diameter dalam pipa

12 17 Harga f (faktor gesekan) didapat dari diagram Moody (dibawah) sebagai fungsi dari Angka Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relatif (Relative Roughness - ε/D ), yang nilainya dapat dilihat pada grafik (lampiran) sebagai fungsi dari nominal diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa (e) yang tergantung dari jenis material pipa. f Re = V D Grafik 2.1 Moody Diagram [Munson, Bruce, R. & Young, Donald, F. Mekanika Fluida jilid 2] Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus : Re =... ( 2.12 ) Dimana : Re ρ : Reynolds number : Density cairan

13 18 V D : Kecepatan rata-rata aliran : Diameter dalam pipa µ : Viscositas absolut cairan Apabila aliran laminer ( Re < 4000 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari dengan rumus: f =... ( 2.13 ) Dan apabila aliran turbulent ( Re > 4000 ), faktor gesekan dapat dicari dengan Moody Diagram b. Minor head loss (minor losses) Merupakan kerugian head pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan rumus : h e = k.... ( 2.14 ) Dimana : h e n k V g : Kerugian head loss pada aksesoris : Jumlah fitting / valve untuk diameter yang sama : Koefisien gesekan : Kecepatan rata-rata aliran : Percepatan gravitasi

14 19 c. Total Losses Total losses merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu : h ls = h f + h e atau h l = f..... ( 2.15 ) Dimana : h ls h f h e L e : Total losses : Jumlah mayor losses ( kerugian gesekan dalam pipa) : Jumlah minor losses ( kerugian head pada fitting dan valve) : Panjang ekivalen dari fitting dan valve ditambah panjang pipa Sebagai akibat adanya gesekan air terhadap dinding pipa,maka timbul tekanan terhadap aliran,yang biasanya disebut kerugian gesek.kerugian gesek ini dapat dinyatakan dengan rumus Darcy-Weisbach sebagai berikut: h l d 2 v 2g... ( 2.16 ) Dimana h :Kerugian gesek pipa lurus (m) : Koefisien gesekan l : Panjang pipa lurus (m) d : Diameter dalam (m)

15 20 v : Kecepatan rata-rata aliran air (m/s) g : Percepatan grafitasi = 9,8 m/s 2 Kerugian gesek untuk setiap satuan panjang pipa h disebut gradient l hidrolik,dinyatakan dengan i dan kalau laju aliran dinyatakan dengan Q,maka secara eksperimentil diperoleh hubungan berikut ini yang dikenal sebagai rumus Hazen- Williams: 2,63 0,54 1,67 c d i Q... ( 2.17 ) Dimana : Q : Laju Aliran air (liter/menit) c : Koefisien kecepatan aliran d : Diameter dalam pipa (m) i : Gradien hidroulik (m/m) Kerugian tekanan akibat gesekan dalam perlengkapan pipa, seperti belokan, cabang, reducer dan sebagainya dinyatakan dengan panjang ekivalen artinya kerugiaan gesek dalam perlengkapan tersebut sama dengan suatu panjang pipa lurus dengan diameter yang sama dengan diameter perlengkapan tersebut. Ukuran pipa ditentukan berdasarkan laju aliran puncak.dalam menentukan ukuran pipa perlu juga dipertimbangkan batas kerugian gesek atau gradient hidroulik yang diizinkan,demikian pula batas kecepatan tertinggi yang biasaya 2 m/detik atau kurang.prosedur penentuan ukuran pipa ada dua macam,yaitu: a) Metode menggunakan kerugian gesek yang diizinkan,kerugian gesek yang diizinkan dapat dihitung dengan rumus berikut ini:

16 H - H l l ' R... ( 2.18 ) 1 - Dimana R : Kerugian gesek yang diizinkan (mm/m) H : Head static pada alat plambing (m) H 1: Head standar pada alat plambing (m) l : Panjang pipa lurus (m) ' l : panjang ekivalen perlengkapan pipa (m) b) Metode menggunakan ekivalen tekanan pipa Metode ini didasarkan pada konsep sirkit tertutup pipa-pipa cabang yang bermula dari suatu ppa pengumpul (header) dan kembali lagi,yang berarti kerugian gesek dalam masing-masing pipa cabang tersebut sama. 2.5 Prinsip Dasar Sistem Penyediaan Air Bersih Tujuan terpenting dari system penyediaan air adalah menyediakan air bersih.penyedian air minum dengan kualitas yang tetap baik merupakan prioritas utama.banyak Negara telah menetapkan standar kualitas untuk tujuan ini,dan standar yang berlaku di Indonesia sesuai dengan SNI No tentang air minum. Untuk memenuhi kebutuhan air bersih pada suatu bangunan tergantung dari lokasi banguan serta fasilitas disekitarnya.sumber air pada suatu bngunan dapat dibedakan atas: 1.PDAM 2.Sumber sendiri,berupa sumur artesistant,deep well 3.Gabungan PDAM dan umber sendiri.

17 22 Untuk gedung-gedung yang dibangun di daerah yang tidak tersedia fasilitas penyediaan air minum,seperti di tempat terpencil,di pegunungan atau di pulau,penyediaan air diambil dari sungai,air tanah dangkal atau dalam,dan sebagainya.dalam hal ini air baku haruslah diolah dalam gedung atau dalam instalasi pengolahan agar dicapai standar kualitas air yang berlaku. Pada sistim air bersih, penyediaan air harus dapat mencapai daerah distribusi dengan debit, tekanan dan kuantitas yang cukup dengan kualitas air sesuai standar/higienis. Oleh karena itu perencanaan penyediaan air bersih harus dapat memenuhi jumlah yang cukup, higienis, teknis yang optimal dan ekonomis. Berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia nomor 1405/MENKES/SK/XI/2002, bahwa air bersih yaitu air yang dipergunakan untuk keperluan sehari-hari dan kualitasnya memenuhi persyaratan kesehatan air bersih sesuai dengan peraturan perundangundangan yang berlaku dan dapat diminum apabila dimasak. Dalam perencanaan sistem penyediaan air bersih pada suatu bangunan,kebutuhan air bersih tergantung dari fungsi kegunaan bangunan,jumlah peralatan saniter dan jumlah penghuninya.kebutuhan air bersih dapat dihitung dengan tiga cara yaitu: Berdasarkan jumlah penghuni Berdasarkan jenis dan jumlah alat plambing Berdasarkan beban unit alat plambing.

18 Perencanaan Air Berdasarkan Jumlah Pemakai (Penghuni) Metode yang didasarkan pada pemakaian air rata-rata sehari dari setiap penghuni, dan perkiraan jumlah penghuni. Dengan demikian jumlah pemakaian air sehari dapat diperkirakan, walaupun jenis maupun jumlah alat plambing belum ditentukan. Metoda ini praktis untuk tahap perencanaan atau juga perancangan. Apabila jumlah penghuni diketahui, atau ditetapkan, untuk sesuatu gedung maka angka tersebut dipakai untuk menghitung pemakaian air rata-rata sehari berdasarkan standar mengenai pemakaian air per orang per hari untuk sifat penggunaan gedung tersebut. Tetapi kalau jumlah penghuni tidak diketahui, biasanya ditaksir berdasarkan luas lantai dan menetapkan kepadatan penghuni per luas lantai. Luas lantai gedung yang dimaksudkan adalah luas lantai efektif, tetapi tetap harus diperiksa terhadap kondisi pemakaian gedung yang dirancang. Angka pemakaian air yang diperoleh dengan metoda ini biasanya digunakan untuk menetapkan volume tangki bawah, tangki atap, pompa, dan sebagainya. Sedangkan untuk ukuran pipa yang diperoleh dengan metoda ini hanyalah pipa penyediaan air Perencanaan Air Bersih Berdasarkan Jenis dan Jumlah Alat Plambing Penaksiran ini adalah metoda yang digunakan apabila kondisi pemakaian alat plambing dapat diketahui. Juga harus diketahui jumlah dari setiap jenis alat plambing dalam gedung ini Perencanaan Air Berdasarkan Unit Beban Alat Plambing Pada perencanaan air berdasarkan unit beban alat plambing adalah dengan metoda ini untuk setiap alat plambing ditetapkan suatu unit beban (fixture unit). Untuk setiap bagian pipa dijumlahkan besarnya unit beban dari semua alat plumbing yang dilayaninya, dan kemudian dicari besarnya laju aliran air dengan kurva

19 24 pada (gambar 2.34). Kurva ini memberikan hubungan antara jumlah unit beban alat plumbing dengan laju aliran air, dengan memasukkan faktor kemungkinan penggunaan serempak dari alat-alat plambing. Grafik 2.2 Unit beban alat plambing penyediaan air bersih Perencanaan dan Pemeliharaan Sistem Plambing] [Noerbambang, M.S dan Morimura, T a) Untuk unit beban sampai 3000 Grafik 2.3 Unit beban alat plambing penyediaan air bersih Perencanaan dan Pemeliharaan Sistem Plambing] [Noerbambang, M.S dan Morimura, T

20 25 b) Untuk unit beban sampai 250 (skala gambar diperbesar) Berdasarkan unit beban alat plambing, di mana setiap alat plambing ditetapkan suatu unit beban (fixture unit). Untuk setiap bagian pipa dijumlahkan besarnya laju aliran air dengan kurva pada gambar di atas. Kurva ini memberikan hubungan antara jumlah unit beban alat plambing dengan laju aliran air, dengan memasukkan faktor kemungkinan penggunaan serempak dari alat-alat plambing. Rumus yang digunakan untuk perhitungan kebutuhan air bersih adalah sebagai berikut: Jumlah penghuni =... ( 2.19 ) Pemakaian air rata-rata per hari: Q : Jumlah penghuni x pemakaian air per orang/hari... ( 220 ) Debit air rata-rata per hari: Q d = (100+20)% x Q... ( 2.21 ) Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] Pemakaian air per jam: =... ( 2.22) Dimana: Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] = pemakaian air rata-rata per jam( /jam)

21 26 = Debit air rata-rata per hari ( ) t = jangka waktu pemakaian (jam) Pemakaian air pada jam puncak: = ( ) x ( )... ( 2.23 ) Dimana konstanta untuk antara 1,5 sampai 2,0 tergantung pada lokasi, sifat penggunaan gedung,dsb. Sedangkan untuk konstanta antara 3,0 sampai 4,0. Perhitungan kebutuhan air bersih berdasarkan jenis dan jumlah alat plambing dengan menghitung kebutuhan air yaitu: Jumlah alat plambing x kebutuhan air alat plambing x beban pemakaian Pemakaian air dalam satu kali pemakaian = x... ( 2.24 ) Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] Dimana: : Volume air dalam 1 kali pemakaian per alat saniter (liter) : Beban unit alat plambing (liter/detik) : Waktu pemakaian (detik)

22 27 Kebutuhan air dalam satu hari = (.n)... ( 2.25 ) Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] Dimana: = Volume air pemakaian per hari (liter/hari) = Volume air dalam 1 kali pemakaian (liter) n = Jumlah pemakaian dalam 1 hari = Jumlah alat saniter Untuk merencanakan volume tangki yang berfungsi menyimpan air untuk kebutuhan air bersih dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: = - T... ( 2.26 ) Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] : Volume tangki air ( ) : Jumlah kebutuhan air per hari ( /hari) : Kapasitas pipa ( /hari) : Rata-ratapemakaian per hari (jam/hari) Kapasitas efktif tangki atas dinyatakan dengan rumus sebagai berikut: = ( - ) + x... ( 2.27) Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]

23 28 Dimana: : Kapasitas efektif tangki atas (liter) : Kebutuhan puncak (liter/menit) : Kebutuhan jam puncak (liter/menit) : Kapasitas pompa pengisi (liter/menit) : Jangka waktu kebutuhan puncak (menit) : Jangka waktu kerja pompa (menit) Biasanya kapasitas pompa penisi sebesar = dan air yang diambil dari tagki atas melalui pipa pembagi utama dianggap sebesar.makin dekat dengan makin kecil ukuran tangki atas. Berlaku ketentuan Qp = Qm max dan Qpu= Qmax = Qh max. Kapasitas suatu pompa tergantung dari debit air yang dialirkan dan tinggi dorong (H).Tinggi dorong adalah suatu nilai yang dihasilkan oleh tekanan pompa dan disebut juga dengan tinggi angkat. Hal-hal yang mempengaruhi dalam penentuan jenis pompa yaitu, tinggi hisap, kapasitas pompa, sifat zat cair yang dipompakan, tinggi angkat (head), pemipaan, penggerak dan ekonomi. a. Laju aliran air. Dalam sistim tangki atas, kapasitas pompa ditentutan berdasarkan kebutuhan air pada jam puncak (Qpu = Qmax). b. Diameter pipa. Diameter pipa hisap dan pipa tekan disesuaikan berdasarkan spesifikasi pompa yang akan digunakan.

24 29 c. Tinggi angkat Tinggi angkat pompa dinyatakan dalam rumus berikut ini : H = H = ( 2.28 ) Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] H : Tinggi angkat total (meter) : Tinggi hisap (meter) : Tinggi tekan (meter) : Tinggi potensial (meter) : Kerugian gesek dalam pipa hisap dan pipa tekan (meter) : Tekanan kecepatan pada lubang keluar pipa 2.6 Prinsip Dasar Distribusi Air Bersih Sistem penyediaan air bersih yang banyak digunakan dalam gedung dapat dikelompokan menjadi 4 kelompok,yaitu: 1) Sistem sambungan langsung Dalam system ini pipa distribusi dalam gedung disambung langsun dengan pipa utama penyediaan air bersih (misalnya pipa utama dibawah jalan dari Perusahaan Air Minum)

25 30 [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] Gambar 2.5 Sistem sambungan langsung 2) Sistem tangki atap Dalam sistem ini,air ditampung lebih dahulu dalam tangki bawah (dipasang pada lantai terendah bangunan atau dibawah muka tanah),kemudian dipompakan ke suatu tangki atas yang biasanya di atas atap atau di atas lantai tertinggi bangunan.dari tangki ini didistribusikan ke seluruh bangunan. Gambar 2.6 Sistem dengan tangki atap [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]

26 31 3) Sistem tangki tekan Air yang telah ditampung dalam tangki bawah dipompakan kedalam suatu bejana tertutup sehingga udara didalamnya terkompresi.air dari tangki tersebut dialirkan ke dalam system distribusi bangunan. Gambar 2.7 Sistem tangki tekan [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi] 4) Sistem tanpa tangki (booster system) Dalam system ini tidak digunakan tangki apapun,baik tangki bawah,tangki tekan ataupun atap.air dipompakan langsung ke system distribusi bangunan dan pompa meghisap langsung dari pipa utama. Dalam perancangan system penyediaan air untuk suatu banguan,kapasitas peralatan dan ukuran pipa-pipa didasarkan pada jumlah dan laju aliran air yang harus disediakan pada bangungan tersebut.

27 32 Tekanan air yang kurang cukup akan menimbulkan kesulitan dalam pemakaian air.sebaliknya,tekanan yang berlebihn dapat mempercepat kerusakan peralatan plambing dan menambah kemungkinan timbulnya pukulan air. Secara unum dapat dikatakan besarnya tekanan standar adalah 1 x 10 5 N/m 2, sedangkan tekanan static sebaiknya diusahakan antara 4 x 10 5 N/m 2 sampai 5 x 10 5 N/m 2 untuk perkantoran dan 2,5 x 10 5 N/m 2 sampai 3,5 x 10 5 N/m 2 untuk hotel dan perumahan.disamping itu,beberapa macam perlatan plambing tidak dapat berfungsi dengan baik kalau tekanan airnya kurang dari suatu batas minimum.besarnya tekanan minimum ini dicantumkan dalam tabel 2.1. Jimmy S.Juana,Sistem Bangunan Tinggi] Tabel 2.1 Tekanan yang dibutuhkan alat plambing Nama alat plambing Tekanan yang dibutuhkan Tekanan standar (N/ m 2 ) (N/ m 2 ) Katup gelontor kloset 0.7 x 10 5 Katu gelontor peturasan 0.4 x 10 5 Keran yang menutup sendiri (otomatis) Pancuran mandi,dengan pancaran halus/tajam 0.7 x x x 10 5 Pancuran mandi (biasa) 0.35 x 10 5 Keran biasa 0.3 x 10 5 Pemanas air langsung, dengan bahan bakar gas 0.2 x x 10 5

28 33 Catatan: 1. Tekanan minimum yang dibutuhkan katup gelontor untuk kloset dan urinial yang dimuat dalam tabel ini adalah tekanan static pada waktu air mengalir,dan tekanan maksimumnya adalah 4 x 10 5 N/ m Untuk keran dengan katuo yang menutup secara otomatik,kalau tekanan airnya kurang dari yang minimum dibutuhkan maka katup tidak dapat menutup dengan rapat,sehingga air masih menetes dari keran. Kecepatan aliran air yang terlampau tinggi akan dapat menambah kemungkinan timbulnya pukulan air,dan menimbulkan suara berisik dan kadang-kadang menyebabkan ausnya permukaan dalam dari pipa.biasanya digunakan standar kecepatan sebesar 0,9 sampai 1,2 m/s,dan batas maksimumnya berkisar antara 1,5 sampai 2,0 m/s. Batas kecepatan 2,0 m/s sebaiknya diterapkan dalam penentuan pendahuluan ukuran pipa. Kecepatan yang terlampau rendah ternyata dapat menimbulkan efek kurang baik dari segi korosi,pengendapan kotoran ataupun kualitas air. 2.7 Perancangan Sistem Pipa Air Bersih Pada dasarnya ada dua sistem penyedian air dalam gedung,yaitu sistem pengaliran ke atas dan sistem pengaliran ke bawah.dalam sistem pengaliran ke atas,pipa utama dipasang dari tangki atas ke bawah sampai langit-langit lantai terbawah dari gedung,kemudian mendatar dan bercabang-cabang tegak keatas untuk melayani lantai-lantai diatasnya.sedangkan dalam sistem pengaliran bawah,pipa utama dari

29 34 tangki atas dipasang mendatar dalam langit-langit lantai teratas gedung dan dari pipa mendatar ini dibuat cabang-cabang tegak kebawah untuk melayani lantai-lantai dibawahnya. Gambar 2.8 Contoh sistem distribusi ke atas [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]

30 35 Gambar 2.9 Contoh sistem distribusi ke bawah [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]

31 36 Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan system pipa: 1. Sistem pipa manapun yang dipilih,pipa harus dirancang dan dipasang sedemikian rupa sehingga udara mauoun air kalau perlu dapat dibuang/dikeluarkan dengan mudah. 2. Pipa mendatar pada system pengaliran ke atas sebaiknya dibuat agak miring keatas (searah aliran),sedangkan pada system pengaliran ke bawah dibuat agak miring ke bawah.kemiringanya sekitas 1/ Perpipaan yang tidak merata,melengkung ke atas atau melengkung ke bawah harus dihindarkan. 4. Harus dihindarkan membalikan arah aliran. Dari pipa utama (tegak atau mendatar ) biasanya dibuat pipa-pipacabang yang melayani tiap lantai pada gedung bertingkat.pada pipa-pipa cabang ini,sedkat mungkin dengan pipa utamanya,hendaklah dipasang katup-katup pemisah agar kalau diperlukan perawatan atau perbaikan pada cabang tersebut,maka tidak perlu instalasi seluruh gedung dimatikan. 2.8 Perancangan Sistem Pengaturan Tekanan pada Pipa Air Bersih Tekanan air yang kurang mencukupi akan menimbulkan kesulitan dalam pemakaian air. Tekanan yang berlebihan dapat menimbulkan rasa sakit terkena pancaran air serta mempercepat kerusakan peralatan plambing, dan menambah kemungkinan timbulnya pukulan air. Besarnya tekanan air yang baik berkisar dalam suatu daerah yang agak lebar dan bergantung pada persyaratan pemakai atau alat yang harus dilayani. Secara umum dapat dikatakan besarnya tekanan standar adalah 1 x 10 5

32 37 N/m 2 sedang tekanan statik sebaiknya diusahakan antara 4 x 10 5 N/m 2 hingga 5 x 10 5 N/m 2 untuk perkantoran dan antara 2,5 x 10 5 sampai 3,5 N/m 2 untuk hotel dan perumahan. Disamping itu, beberapa macam peralatan plambing tidak dapat berfungsi dengan baik kalau tekanan airnya kurang dari suatu batas minimum. By Floor Estafet Multi Pump Gambar 2.10 Zona Pengaturan Tekanan [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]

33 Peralatan dan Perlengkapan untuk Distribusi Air Bersih pada Gedung Bertingkat Tinggi Dalam gedung bertingkat tinggi untuk mendistribusikan air bersih diperlukan alat sebagai berikut: 1. Pompa Air Bersih / Pompa Transfer Dalam hal ini pompa memiliki fungsi untuk memindahkan air bersih dari bak penampungan bawah (Ground Reservour) ke bak penampungan atas (Roof Tank). Pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif. Terdapat dua jenis pompa dinamik, yaitu pompa sentrifugal dan pompa efek khusus. Prinsip kerja pompa sentrifugal mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi dinamis aliran melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Fluida diisap pompa melalui sisi hisap, akibat berputarnya impeller yang menghasilkan tekanan vakum pada sisi hisap. Selanjutnya fluida yang telah terhisap kemudian terlempar ke luar impeller akibat gaya sentrifugal yang dimiliki oleh fluida sehingga cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi. Gambar 2.11 Pompa sentrifugal [ bahan ajar dan elearning]

34 39 Klasifikasi Pompa Sentrifugal Pompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan, berdasarkan : a) Kapasitas : - Kapasitas rendah < 20 m 3 / jam - Kapasitas menengah m 3 / jam - Kapasitas tinggi > 60 m 3 / jam b) Tekanan Discharge : - Tekanan Rendah < 5 x 10 5 N/m 2 - Tekanan menengah 5 x 10 5 N/m 2 s/d 50 x 10 5 N/m 2 - Tekanan tinggi > 50 x 10 5 N/m 2 c) Posisi Poros : - Poros tegak - Poros mendatar Gambar 2.12 Poros tegak dan mendatar [ bahan ajar dan elearning]

35 40 d) Jumlah Suction : - Single Suction - Double Suction Gambar 2.13 Suction pompa [ bahan ajar dan elearning] e) Arah aliran keluar impeller : - Radial flow - Mixed fllow - Axial flow Radial flow, tegak Mixed flow, tegak Gambar 2.14 Arah Aliran [ bahan ajar dan elearning] 2. Pompa Air Bersih / Pompa Transfer Pompa booster ini berada pada atap gedung, dimana fungsi dari pompa tersebut adalah untuk menambah tekanan air, agar cepat mengalir ke bawah. Pompa booster ini hanya melayani 3 lantai paling atas,karena pada posisi ini daya gravitasi air sangat kecil untuk mengalir ke bawah.

36 41 Gambar 2.15 Pompa booster 3. Ground Reservour [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika] Ini biasanya disebut dengan tangki air bawah, karena berada di lantai paling bawah (basement). Fungsinya untuk penampungan bak air bersih. Air yang ditampung di tangki bawah yaitu dari PDAM yang kontinyu selama 24jam, dan Deep Well. Kapasitas bak penampungan ini disesuaikan dengan kebutuhan maksimal pada gedung. Gambar 2.16 Ground Reservour [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]

37 42 4. Roof Water Tank (RWT) Ini biasanya disebut dengan tangki air atas, karena berada di atap gedung. Untuk penampungan air atas, dimana air tersebut dialirkan dari tangki bawah. Tangki atas ini terbuat dari berbahan FRP (Fiberglass Reinforced Plastic). Gambar 2.17 Roof Tank [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika] 5. Pressure Reducing Valve (PRV) Pressure reducing valve adalah suatu katup yang berfungsi pengurang atau pengatur tekanan. Tujuanya dipasang PRV pada instalasi air bersih salah satunya adalah untuk menghemat air, karena semakin tinggi tekanan akan semakin kencang aliran dan semakin banyak air yang terbuang dalam waktu pemakaian. Selain itu tekanan yang tinggi bisa merusak pipa instalasi, merusak peralatan sanitari yang terpasang bahkan bisa membahayakan orang yang menggunakanya.

38 43 Ada dua tipe PRV yang bisa digunakan yaitu - Direct acting - Pilot operated Gambar 2.18 PRV Direct Acting [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika] Gambar 2.19 PRV Pilot Operated [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]

39 44 Prinsip Kerja Pressure Reducing Valve Prinsipnya adalah mereproduksi gerakan katup pengendali berukuran kecil melalui aksi tekanan. Katup kontrol ini mempertahankan penurunan tekanan out put berdasarkan nilai konstan variasi tekanan in put dan permintaan Gambar 2.20 Prinsip Kerja PRV ( a) [Training produck knowledge PT. Sinar Mas Andhika] Ketika tekanan out put terlalu rendah, katup pengendali M terbuka, tekanan yang terkandung dalam sirkuit by pass tidak menerapkan gaya apapun pada membran utama katup A, sistem penutupan bebas, Ring atau disc katup ke posisi terbuka dalam rangka meningkatkan tekanan out put ke tingkat yang diinginkan. Gambar 2.21 Prinsip Kerja PRV (b) [Training produck knowledge PT. Sinar Mas Andhika]

40 45 Ketika tekanan out put terlalu tinggi katup pengendali tekanan M tertutup. Sirkuit by pass memberikan gaya pada membran katup A utama ring/disc ke posisi tertutup untuk mengurangi tekanan out put ke tingkat yang diinginkan. Pengaturan Tekanan Kerja PRV Pengaturan tekanan kerja PRV disesuaikan berdasarkan kelas dan perbedaan tekanan antara input dan out put disesuaikan dengan kapasitas PRV, karena perbedaan tekanan yang tinggi bisa menyebabkan kavitasi yaitu fenomena perubahan fase uap dari zat cair yang sedang mengalir, karena tekananya berkurang hingga dibawah tekanan uap jenuhnya dan kecepatan sangat besar. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis sehingga menyebabkan dinding pipa akan berlubang.peristiwa ini disebut dengan erosi kavitasi sebagai akibat dari tumbukan gelembung udara uap yang pecah pada dinding secara terus menerus. Pengaturan tekanan dapat dikalkulasikan berdasarkan grafik sebagai brikut:

41 46 Grafik 2.4 Tekanan Kerja PRV [Training produck knowledge PT. Sinar Mas Andhika] Diagram diatas berfungsi untuk cek kondisi kerja dari suatu Pressure Reducing valve Zona A Zona B Zona C Zona D : Kondisi kerja normal : Kondisi kerja yang berat : Kondisi berbahaya karena kavitasi : Tidak berlaku karena tekanan inlet lebih kecil daripada output

42 47