SKRIPSI. Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik I R F A N D I NIM

Transkripsi

1 1 PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH PADA KOMPLEK PERUMAHAN KARYAWAN PT.PERTAMINA (PERSERO) UP II SEI-PAKNING KABUPATEN BENGKALIS, RIAU DARI RESERVOAR WDcP (Water decolorization Plant) KILANG PERTAMINA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik I R F A N D I NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan rahmatnya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departement Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah Sistem Perpipaan, yaitu Perancangan Sistem Distribusi Air Bersih Pada Komplek Perumahan Karyawan PT.PERTAMINA (PERSERO) UP.II Sei- Pakning, bengkalis, RIAU dari unit distribusi WDcP Kilang PERTAMINA. Dalam penulisan Tugas Sarjana ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada ; 1. Kedua orang tua tercinta,,adik adik tersayang atas doa, kasih sayang, pengorbanan dan tanggung jawab yang selalu menyertai penulis. 2. Bapak Dr.Ing Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departement Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU, 3. Bapak DR. Ir. Farel H. Napitupulu, DEA, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan, 4. Bapak Ir.Isril Amir dan Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc sebagai dosen pembanding seminar tugas sarjana penulis yang banyak membimbing penulis untuk menyelesaikan tugas sarjana ini, 5. Bapak Mahadi, ST, yang bersedia meluangkan waktu sebagai sekretaris seminar tugas sarjana penulis, 6. Bapak Ir.Syahrul Abda. M.Sc selaku dosen wali penulis,

3 3 7. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai (teristimewa kepada Kak Is,Kak Sonta), Departement Teknik Mesin Fakultas Teknik USU, 8. Bapak Risdianto dan segenap karyawan PT.PERTAMINA UP II Seipakning yang berkenan memberikan data survey kepada penulis. 9. Teman-teman stambuk 2004 dan rekan-rekan yang menemani penulis selama mengikuti study dalam suka dan duka, 10. Serta semua pihak yang banyak membantu penulis dalam meyelesaikan Tugas Sarjana ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang. Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini berguna bagi kita semua. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita Medan, Penulis, Februari IRFANDI

4 4 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR SPESIFIKASI TUGAS KARTU BIMBINGAN DAFTAR ISI...i DAFTAR TABEL...iv DAFTAR GRAFIK...v DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR LAMBANG...viii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Batasan Masalah Sistematika Penulisan...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida Energi dan Head Persamaan Bernoulli Aliran Laminar dan Turbulen Kerugian Head (es) Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa Pipa Yang Dihubungkan Seri...14

5 Pipa Yang Dihubungkan Paralel Sistem Jaringan Pipa Dasar Perencanaan Pompa Kapasitas Head Pompa Sifat Zat Cair Unit Penggerak Pompa Dasar Pemilihan Pompa...22 BAB III PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA Jumlah Pemakaian Air Kebutuhan air bersih pada perumahan Kebutuhan air bersih untuk perkantoran Kebutuhan air bersih untuk dormitory Kebutuhan air bersih untuk sekolah Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah Kebutuhan air bersih untuk rumah sakit Kebutuhan air bersih untuk wisma Kebutuhan air bersih untuk fasilitas lain Estimasi Pemakaian air per hari Pemilihan Jenis Pipa Analisa Kapasitas Aliran Fluida...36 BAB IV PEMILIHAN POMPA Analisa Fungsi dan Instalasi Pompa Penentuan Kapasitas dan Jumlah Pompa...54

6 Instalasi Pompa dan Perpipaan Head Pompa Pemilihan Jenis Pompa Putaran Motor Penggerak Pompa Putaran Spesifik dan Jenis Impeler Daya Motor Penggerak Perhitungan Ukuran pipa Diameter Pipa Sisi Hisap (suction) Diameter Pipa Distribusi Bak Distribusi (Reservoar) Kapasitas air untuk kebutuhan per hari Kapasitas air untuk pemadam kebakaran Kapasitas air untuk kebutuhan lain-lain...70 BAB V KESIMPULAN...72 DAFTAR PUSTAKA...74 LAMPIRAN

7 7 DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil Tabel 2.2 Koefisien kekasaran pipa Hazen Williams Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata Tabel 3.2 Pressure Gauge yang terbaca selama 24 jam Tabel 3.3 Persentase pemakaian air selama 24 jam Tabel 3.4 Pemakaian air pada pukul Tabel 3.5 Pemakaian air pada pukul Tabel 3.6 Pemakaian air pada pukul Tabel 3.7 Pemakaian air pada pukul Tabel 3.8 Pemakaian air pada pukul Tabel 3.9 Pemakaian air pada pukul Tabel 3.10 Pemakaian air pada pukul Tabel 3.11 Pemakaian air total selama 24 jam Tabel 4.1 Penentuan jumlah pompa Tabel 4.2 Perhitungan Head losses untuk pipa terjauh Tabel 4.3 Cara pengaturan putaran pada motor listrik Tabel 4.4 Harga putaran dan jumlah kutub Tabel 4.5 Kebutuhan air untuk pemadam kebakaran... 70

8 8 Tabel 4.6 Kebutuhan air untuk fasilitas lain DAFTAR GRAFIK Grafik 3.1 Estimasi Pemakaian air per hari Grafik 4.2 Karakteristik H vs Q untuk perubahan kecepatan Grafik 4.2 Efisiensi Pompa vs Putaran Grafik 4.3 Harga - harga informatif untuk kecepatan Mulut hisap yang di izinkan... 67

9 9 DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 1.1 FlowChart perancangan... 4 Gambar 2.1 Profil kecepatan pada saluran tertutup... 5 Gambar 2.2 Profil kecepatan pada saluran terbuka... 5 Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli... 8 Gambar 2.4 Diagram Moody Gambar 2.5 Pipa yang dihubungkan seri Gambar 2.6 Pipa yang dihubungkan secara parallel Gambar 2.7 Jaringan pipa Gambar 3.1 Distribusi air pada jaringan pipa Gambar 3.2 Posisi penempatan pipa Gambar 3.3 Perhitungan head losses dengan diagram pipa Gambar 3.4 Iterasi I Loop I Gambar 3.5 Iterasi I Loop II Gambar 3.6 Iterasi I Loop III Gambar 3.7 Iterasi I Loop IV Gambar 3.8 Iterasi I Loop V Gambar 3.9 Jaringan pipa A Gambar 3.10 Jaringan pipa B Gambar 3.11 Jaringan pipa C... 44

10 10 Gambar 3.12 Jaringan pipa D Gambar 3.13 Jaringan Pipa Gambar 3.14 Iterasi I Loop VI Gambar 3.15 Iterasi I Loop VII Gambar 3.16 Iterasi I Loop VIII Gambar 4.1 Instalasi pompa dan reservoar Gambar 4.2 Instalasi pada pumping station Gambar 4.3 Instalasi pipa Gambar 4.4 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa sentrifugal Gambar 4.5 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik Gambar 4.6 Reservoar... 71

11 11 DAFTAR LAMBANG Simbol Keterangan Satuan As Luas penampang pipa m 2 C Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams Ds Diameter dalam pipa mm D Diameter luar pipa mm f Faktor gesekan pipa Darcy-Weisbach g Percepatan gravitasi m/ s 2 H L Head losses sepanjang pipa m H S Head statis m hf Kerugian head mayor m hm Kerugian head minor m K Koefisien kerugian perlengkapan pipa L Panjang pipa m Nm Daya motor listrik kw Np Daya pompa kw n s Putaran spesifik rpm P Tekanan pada pipa kpa Q Kapasitas pompa m 3 / s

12 12 Re Bilangan Reynold V Kecepatan aliran pada pipa m/ s α Faktor cadangan daya γ Berat jenis air N/ m 3 ε Kekasaran pipa η p Effisiensi pompa % η Effisiensi transmisi % t υ Viskositas kinematik air m 2 / s π Konstanta phi ρ Massa jenis air kg/ m 3 Q Koreksi laju aliran loop m 3 / s

13 13 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Manusia pada dasarnya selalu ingin memenuhi kebutuhan hidupnya dan juga selalu ingin berusaha untuk lebih mempermudah pekerjaan yang dilakukannya, maka pada akhirnya manusia berusaha untuk membuat mesinmesin yang pada prinsipnya untuk mempermudah segala pekerjaan yang dilakukan oleh manusia. Dalam kehidupan manusia kini sangat banyak sekali dijumpai mesinmesin yang digunakan seperti kompresor, pompa, turbin, boiler, mesin AC dan sebagainya. Namun pada umumnya mesin-mesin diatas tidak dapat dipisahkan keberadaannya dari penggunaan pipa. Pipa pada umumnya digunakan sebagai sarana untuk menghantarkan fluida baik berupa gas maupun cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain. Adapun sistem pengaliran fluida dilakukan dengan metode gravitasi maupun dengan sistem aliran bertekanan. Umumnya bagian perpipaan dan detailnya merupakan standart dari unit, seperti ukuran diameter, jenis katup yang akan dipasang, baut dan gasket pipa, penyangga pipa, dan lain-lain. Sehingga dengan demikian akan terdapat keseragaman ukuran antara satu dengan lainnya. Sedangkan di pasaran telah terdapat berbagai jenis pipa dengan ukuran dan bahan-bahan tertentu sesuai dengan kebutuhan seperti dari bahan Cast Iron, PVC (Polyvinil Chloride), New Steel, Galvanized iron dan lain-lain. Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perpipaan tentu bukanlah suatu hal yang mudah, selain harus memiliki dasar ilmu keserjanaan teknik seperti peralatan mekanis, korosi, mekanika fluida, pemilihan material, seni merancang jalur pipa dan banyak disiplin ilmu lain yang harus dikuasai serta yang terpenting dari semua itu adalah pengalaman di lapangan. Dalam merancang suatu jalur pipa yang tersusun dari beberapa buah pipa yang disusun secara seri maupun paralel maka persoalan yang dihadapi belumlah

14 14 begitu rumit, namun banyak juga jalur pipa yang ada bukanlah suatu rangkaian yang sederhana melainkan suatu jaringan pipa yang sangat kompleks, sehingga memerlukan penyelesaian yang lebih teliti. Dalam perencanaan itu hal-hal yang perlu diperhitungkan diantaranya besarnya kapasitas dan kecepatan aliran dari fluida yang melalui jalur pipa dan hal-hal lain yang perlu diperhitungkan dalam hal perencanaan. Begitu banyaknya penggunaan pipa dalam kehidupan manusia sehingga dengan didasarkan kepada hal tersebut maka dalam rangka penyusunan Tugas Sarjana ini penulis mengambil bidang Sistem Perpipaan. 1.2 Tujuan Adapun tujuan dari perencanaan ini adalah merupakan Tugas Skripsi untuk memenuhi syarat memperoleh gelar Strata satu (S1) pada Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Sedangkan tujuan umum dari perencanaan ini adalah : 1. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh di bangku kuliah terutama mata kuliah Sistem Perpipaan dan Mekanika Fluida. 2. Mencoba untuk mendesain suatu jaringan pipa yang digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada suatu daerah tertentu. 3. Mencoba utnuk menganalisa distribusi di tiap loop, menentukan diameter pipa, menentukan kapasitas pompa, daya pompa da Head pompa yang dibutuhkan 1.3 Batasan Masalah Pada perencanaan ini akan dibahas mengenai perancangan dan analisa pendistribusian air bersih ke konsumen pada suatu jaringan perpipaan di Kompleks Perumahan PT (PERSERO). PERTAMINA UP II. Sei. Pakning, RIAU Adapun permasalahan yang akan di analisa antara lain kapasitas aliran fluida pada tiap loop, kerugian head yang terjadi pada tiap pipa dan ukuran pipa

15 15 yang digunakan. Pada perencanaan ini juga ditentukan spesifikasi pompa yang nantinya sesuai untuk digunakan dalam pendistribusian air bersih. 1.4 Sistematika Penulisan Tugas Sarjana ini terdiri dari 5 bab. Bab 1 memuat latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan. Bab 2 memuat pembahasan materi mengenai kecepatan dan kapasitas aliran fluida, jenis aliran, persamaan empiris di dalam pipa dan sistem jaringan pipa. Bab 3 meliputi perencanaan pipa pada sistem jaringan pipa yaitu jumlah kapasitas pemakaian air, analisa aliran fluida meliputi kapasitas dan head losses. Bab 4 meliputi pemilihan pompa yaitu daya pompa, daya motor penggerak pompa dan tipe impeller pompa. Bab 5 meliputi Kesimpulan mengenai hasil perancangan yang diperoleh.

16 Flow Chart Rancangan Mulai Survey ke W.Dc.P Jumlah pelanggan dan Site plan Booster Pump Survey ke Komplek Perumahan Site plan, Jumlah rata-rata penghuni tiap rumah, dan penduduk yang menggunakan air di areal komplek Menghitung kebutuhan air per hari yang digunakan pada komplek Membuat gambar loop Diperoleh kebutuhan air per hari sebesar = 0, m 3 /s Menganalisa kapasitas aliran masing-masing loop dengan cara iterasi it ik l h Diperoleh faktor koreksi yang sudah mendekati nilai nol Menentukan spesifikasi pompa yang digunakan

17 17 Selesai BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida. Penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang memungkinkan untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran sehingga pengukuran kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam menganalisa suatu aliran fluida. Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terhadap waktu yang dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untuk bergerak sepanjang jarak yang telah ditentukan. Besarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol pada dinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah-tengah pipa. Kecepatan biasanya sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalam masalah aliran fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah pada penampang aliran. Bentuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnya menunjukkan kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yang disebutkan. Gambar 2.1 Profil kecepatan aliran fluida pada saluran tertutup

18 18 Gambar 2.2 Profil kecepatan aliran fluida pada saluran terbuka. Besarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir dalam suatu pipa. Jumlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai volume, berat atau massa fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran volume (m 3 /s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa (kg/s). Kapasitas aliran (Q) untuk fluida yang incompressible menurut [1], yaitu : Q = A. v Dimana : Q = laju aliran volume (m 3 /s) A = luas penampang aliran (m 2 ) v = kecepatan aliran fluida (m/s) Laju aliran berat fluida (W) menurut [2] dirumuskan sebagai : W =. γ A. v Dimana : W = laju aliran berat fluida (N/s) γ = berat jenis fluida (N/m 3 ) Laju aliran fluida massa (M) menurut [3] dinyatakan sebagai : M =. ρ A. v Dimana : M = laju aliran massa fluida (kg/s) ρ = massa jenis fluida (kg/m 3 ) 2.2. Energi dan Head Energi biasanya didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan tenaga yang dimiliki secara langsung pada suatu jarak tertentu. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N.m (Joule). Setiap fluida yang sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah aliran fluida yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial, energi kinetik dan energi tekanan. Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki fluida dengan tempat jatuhnya. Energi potensial (Ep) menurut [4] dirumuskan sebagai : Ep = W. z Dimana : W = berat fluida (N) z = beda ketinggian (m)

19 19 Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik menurut [5] dirumuskan sebagai : 1 mv 2 Ek = 2 Dimana : m = massa fluida (kg) v = kecepatan aliran fluida (m/s 2 ) Energi tekanan disebut juga dengan energi aliran adalah jumlah kerja yang dibutuhkan untuk memeksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu dan berlawanan dengan tekanan fluida. Besarnya energi tekanan (Ef) menurut [6] dirumuska sebagai : Ef = p. A. L Dimana : p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m 2 ) A = luas penampang aliran (m 2 ) L = panjang pipa (m) Basarnya energi tekanan menurut [7] dapat juga dirumuskan sebagai berikut : pw Ef = γ Dimana : γ = berat jenis fluida (N/m 3 ) Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas, menurut [8] dirumuskan sebagai : 2 1 Wv pw E = Wz g γ Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H) dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan dengan W ( berat fluida), menurut [9] dirumuskan sebagai : 2 v p H = z + + 2g γ 2.3 Persamaan Bernoulli Hukum kekekalan energi menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan namun dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain. Energi yang ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai head pada suatu titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi pada

20 20 titik lain sepanjang aliran fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida. Konsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang menurut [10] disebut dengan persamaan Bernoulli, yaitu : 2 1 p1 v + + z γ 2g p2 v = + + z2 γ 2g Dimana : p 1 dan p 2 = tekanan pada titik 1 dan 2 v 1 dan v 2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan 2 z 1 dan z 2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2 γ = berat jenis fluida g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s 2 Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi diantara dua titik. Jika head losses tidak diperhitungkan maka akan menjadi masalah dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan hl maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dimana menurut [11] dirumuskan sebagai : p1 γ v1 p2 v2 + z1 = + + z 2g γ 2g + hl Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli.

21 21 Persamaan Bernouli dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan tipe aliran, biasanya untuk fluida inkompressibel tanpa adanya penambahan panas atau energi yang diambil dari fluida. Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin dan peralatan lainnya. 2.4 Aliran Laminar dan Turbulen Aliran fluida yang mengalir di dalam pipa dapat diklasifikasikan ke dalam dua tipe aliran yaitu laminar dan turbulen. Aliran dikatakan laminar jika partikel-partikel fluida yang bergerak mengikuti garis lurus yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rataratanya saja yang mengikuti sumbu pipa. Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa koefisien gesekan untuk pipa silindris merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re). Dalam menganalisa aliran di dalam salurn tertutup, sangatlah penting untuk mengetahui tipe aliran yang mengalir dalam pipa tersebut. Untuk itu harus dihitung besarnya bilangan Reynold dengan mengetahui parameter-parameter yang diketahui besarnya. Besarnya Reynold (Re) menurut [12] dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : ρdv R e = µ Dimana μ = Viskositas Dinamik (Pa.dtk) d = diameter dalam pipa (m) V = kecepatan aliran fluida (m/dtk) ρ = Rapat massa (Kg/m 3 ) Re = Reynold Number

22 22 Karena viskositas dinamik dibagi dengan massa jenis fluida merupakan viskositas kinematik (v) maka bilangan Reynold menurut [13] dapat juga dinyatakan : Vd R e = v Dimana : d = diameter dalam pipa (m) V = kecepatan aliran fluida (m/dtk) ν = Viskositas kinematik (m 2 /dtk) Re = Reynold Number Menurut [14], aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan turbulen jika bilangan Reynold lebih besar dari Jika bilangan Reynold terletak antara maka disebut aliran transisi. 2.5 Kerugian Head (es) A. Kerugian Head Mayor Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus berikut, yaitu : 1. Persamaan Darcy Weisbach, menurut [15] yaitu : hf = f 2 L v d 2g Dimana : hf = kerugian head karena gesekan (m) f = faktor gesekan d = diameter dalam pipa (m) L = panjang pipa (m) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/dtk) g = percepatan gravitasi (m/ dtk 2 )

23 23 dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody Gambar 2.4 Diagram Moody Dimana nilai kekasaran untuk beberapa jenis pipa disajikan dalam tabel 2.1 Tabel 2.1 Nilai kekerasan dinding untuk berbagai pipa komersil Kekasaran Bahan ft m Riveted Steel 0,003 0,03 0,0009 0,009 Concrete 0,001 0,01 0,0003 0,003 Wood Stave 0,0006 0,003 0,0002 0,009 Cast Iron 0, ,00026 Galvanized Iron 0,0005 0,00015 Asphalted Cast Iron 0,0004 0,0001 Commercial Steel or Wrought Iron 0, , Drawn Brass or Copper Tubing 0, , Glass and Plastic smooth smooth Sumber: Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill. New York. 1987, hal. 134.

24 24 2. Persamaan Hazen Williams Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen Williams menurut [16], yaitu : 10,666Q = 1,85 4, C d 1,85 hf 85 L Dimana : hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m 3 /dtk) L = paanjang pipa (m) C = koefisien kekasaran pipa Hazen Williams (diperoleh dari Tabel 2.2) d = diameter dalam pipa (m) Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relatif menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain : 1. Untuk daerah complete roughness, rough pipes menurut [18], yaitu : 1 f 3,7 = 2,0 log ε d 2. Untuk pipa sangat halus seperti glass dan plastik, hubungan antara bilangan Reynold dan faktor gesekan menurut [19] dirumuskan sebagai : a. Blasius : 0,316 f = untuk Re = ,25 Re 1 Re f b. Von Karman : = 2,0 log f 2,51 = ( Re f ) 0, 8 2,0log

25 25 Untuk Re sampai dengan Untuk pipa kasar, menurut [20], yaitu : Von Karman : 1 d = 2,0 log + 1,74 f ε Dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold. 4. Untuk pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi, menurut [21], yaitu : Corelbrook White : 1 ε d 2,51 = 2,0 log + f 3,7 Re f B. Kerugian Head Minor Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belekon, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses). Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa menurut [22] dirumuskan sebagai : 2 v he = K 2g Dimana : he =Head losses minor K = koefisien kerugian ( dari lampiran koefisien minor losses peralatan pipa) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/dtk). Menurut [23], untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek. 2.6 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan Darcy dan Diagram Moddy. Pengguanaan rumus empiris juga dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran. Dalam hal ini digunakan dua model rumus yaitu persamaan Hazen Williams dan persamaan Manning.

26 26 1. Persamaan Hazen Williams dengan menggunakan satuan Internasional menurut [24], yaitu : v = 0,63 0,54 0,8492CR s Dimana : v = kecepatan aliran (m/s) C = koefisien kekasaran pipa Hazen Williams R = jari-jari hidrolik = d untuk pipa bundar 4 s = slope dari gradien energi (head losses/ panjang pipa = Tabel 2.2 Koefisien kekasaran pipa Hazen Williams Extremely smooth and straight pipes 140 New Steel or Cast Iron 130 Wood; Concrete 120 New Riveted Steel; vitrified 110 Old Cast Iron 100 Very Old and Corroded Cast Iron 80 (Sumber : Jack. B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill, New York. 1987, hal. 161.) hl L 2. Persamaan Manning dengan satuan Internasional, menurut [25] yaitu: υ = 1,0 R n 2 3 s 1 2 Dimana : n = koefisien kekasaran pipa Manning Persamaan Hazen Williams umumnya digunakan untuk menghitung head loss dalam pipa yang sangat panjang seperti jalur pipa penyedia air minum. Persamaan ini tidak dapat digunakan untuk liquid lain selain air dan digunakan khusus untuk aliran yang bersifat turbulen. Persamaan Darcy Weisbach secara teoritis tepat digunakan untuk semua rezim aliran dan semua jenis liquid. Persamaan Manning biasanya digunakan untuk aliran saluran terbuka (open channel flow).

27 Pipa Yang Dihubungkan Seri. Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka semua pipa akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa yang dirumuskan sebagai: Q 0 = Q 1 = Q 2 = Q 3 Q 0 = A 1 V 1 = A 2 V 2 = A 3 V 3 hl = hl 1 + hl 2 + hl 3 Persoalan aliran yang menyangkut pipa seri sering dapat diselesaikan dengan menggunakan pipa ekuivalen, yaitu dengan menggantikan pipa seri dengan diameter yang berbeda-beda dengan satu pipa rkuivalen tunggal. Dalam hal ini, pipa tunggal tersebut memiliki kerugian head yang sama dengan sistem yang digantikannya untuk laju aliran yang spesifik. Gambar 2.5 Pipa yang dihubungkan seri

28 Pipa Yang Dihubungkan Paralel Gambar 2.6 Pipa yang dihubungkan secara paralel Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara paralel, total laju aliran sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada sebuah cabang sama dengan pada yang lain yang dirumuskan sebagai : Q 0 = Q 1 + Q 2 + Q 3 Q 0 = A 1 V 1 + A 2 V 2 + A 3 V 3 hl 1 = hl 2 = hl 3 Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa persentase aliran yang melalui setiap cabang adalah sama tanpa memperhitungkan kerugian head pada cabang tersebut. Rugi head pada setiap cabang boleh dianggap sepenuhnya terjadi akibat gesekan atau akibat katup dan perlengkapan pipa, diekspresikan menurut panjang pipa atau koefisien losses kali head kecepatan dalam pipa yang dirumuskan sebagai : f L 2 v1 2g L 2 v2 2g = + 2 v3 2g K L1 = f2 + K L2 f3 K L3 = d1 d2 d3 L... Diperoleh hubungan kecepatan : f L + kl v d 2 1 Irfandi : Perancangan Sistem Distribusi = Air Bersih Pada Komplek Perumahan Karyawan PT. Pertamina (PERSERO) UP II Sei-Pakning Kabupaten v1 fbengkalis, 2L2 Riau Dari Reservoar WDcP (Water decolorization Plant) kl d + 2 2

29 Sistem Jaringan Pipa Gambar 2.7 Jaringan pipa Jaringan pipa pengangkut air kompleks dapat dianalisis dengan cepat menggunakan persamaan Hazen Williams atau rumus geseskan lain yang sesuai. Perhitungan distribusi aliran pada suatu jaringan biasanya rumit karena harus memecahkan serangkaian persamaan hambatan yang tidak linear melalui prosedur yang iteratif. Kesulitan lainnya adalah adanya kenyataan bahwa kebanyakan jaringan, arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi sukar untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran dan tekanan di berbagai titik menjadi persyaratan utama untuk menentukan ukuran pipa, sehingga harus diselesaikan dengan cara berurutan dan iterasi. Sebuah jaringan yang terdiri dari sejumlah pipa mungkin membentuk sebuah loop, dimana pipa yang sama dipakai oleh dua loop yang berbeda, seperti terlihat pada gambar di atas. Ada dua syarat yang harus diperhatikan agar aliran dalam jaringan tersebut setimbang, yaitu : 1. Aliran netto ke sebuah titik harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa laju aliran ke sebuah titik pertemuan harus sama dengan laju aliran dari titk pertemuan yang sama.

30 30 2. Head losses netto di seputar sebuah loop harus sama dengan nol. Jika sebuah loop ditelusuri ke arah mana pun, sambil mengamati perubahan akibat gesekan atau losses yang lain, kita harus mendapatkan aliran yang setimbang ketika kembali ke kondisi semula ( head dan tekanan) pada kondisi awal. Prosedur untuk menentukan distribusi aliran dalam suatu jaringan meliputi penentuan aliran pada setiap sehingga kontinuitas pada setiap pertemuan terpenuhi (syarat 1). Selanjutnya head losses dari setiap loop dihitung dan jika tidak sama dengan nol maka aliran yang telah ditetapkan harus dikoreksi kembali dengan perkiraan dan metode iterasi yang disebut metode Hardy Cross. Untuk sebuah loop tertentu dalam suatu jaringan misalkan Q adalah laju aliran sesungguhnya atau laju aliran setimbang dan Q 0 adalah laju aliran yang diandaikan sehingga Q = Q 0 + Q. Dari persamaan Hazen Williams hl = Nq X, maka fungsi Q dapat dikembangkan dalam deret Taylor sebagai : ( Q) df f ( Q + Q) = f ( Q) + Q +... dq Jika hanya orde pertama yang digunakan, kemudian Q dihitung dengan f(q) =, hl maka : hl nq Q = = dhl dq nq X 0 X 1 0 hl = 1,85 hl Q 0 Harga x adalah eksponen dalam persamaan Hazen Williams pabila digunakan untuk menghitung hl dan besarnya adalah 1 = 1,85 dan n menyatakan suku- 0,54 suku yang terdapat dalam persamaan yang menggunakan satuan British, yaitu :. 4,73L n = 1,85 C d Cara lain yang dapat digunakan ialah dengan persamaan Darcy 8 fl Weisbach dengan x = 2 dan n =. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah 2 5 gπ d bahwa faktor gesekan selalu berubah untuk setiap iterasi. Prosedur pengerjaannya sebagai berikut : 1. Andaikan distribusi aliran yang paling wajar, baik besar maupun arahnya dalam setiap pipa sehingga total aliran ke setiap titik pertemuan 4,87

31 31 mempunyai jumlah aljabar nol. Ini harus ditunjukkan dari diagram jaringan pipa yang bersangkutan. 2. Buat sebuah tabel untuk menganalisa setiap loop tertutup dalam jaringan yang semi-independent. 3. Hitung head losses pada setiap pipa. 4. Untuk tiap loop, anggap bahwa laju aliran Q 0 dan head losses (hl) positif untuk aliran yang searah jarum jam dan negatif untuk aliran yang berlawanan arah jarum jam. 5. Hitung jumlah aljabar head losses ( hl ) dalam setiap pipa. 6. Hitung total head losses per satuan laju aliran hl untuk tiap pipa. hl Q 0 Tentukan jumlah besaran 0,85 = nxq0 Q. Dari definisi tentang head 0 7. losses dan arah aliran, setiap suku dalam penjumlahan ini harus bernilai positif. 8. Tentukan koreksi aliran dari tiap loop, menurut [26] dirumuskan sebagai berikut : hl Q = n hl / Q 0 Dimana : Q = koreksi laju aliran untuk loop hl = jumlah aljabar kerugian head untuk semua pipa dalam Loop. n = harga yang bergantung pada persamaan yang digunakan untuk menghitung laju aliran. n = 1,85 bila digunakan persamaan Hazen Williams. n = 2 bila digunakan persamaan Darcy dan Manning. Koreksi diberikan untuk setiap pipa dalam loop. Sesuai dengan kesepakatan, jika bernilai positif ditambahkan ke aliran yang searah Q jarum jam dan dikurangkan jika berlawanan arah jarum jam. Untuk pipa yang digunakan secara bersama dengan loop lain, maka koreksi aliran untuk pipa tersebut adalah harga netto dari koreksi untuk kedua loop.

32 32 9. Tuliskan aliran yang telah di koreksi pada diagram jaringan pipa seperti pada langkah 1. untuk memeriksa koreksi pada langkah 7 perhatikan kontinuitas pada setiap pertemuan pipa. 10. Ulangi Langkah 1 sampai 8 hingga koreksi aliran = 0. Prosedur di atas dapat digambarkan pada sebuah tabel berikut : No. pipa Panjang Pipa (L) Diameter Pipa (d) Laju Aliran Unit head Losses (hf) Head Losses (Qo) (hl) m m m 3 /s m s/m 2 Diketahui Diketahui Diketahui Ditaksir Diagram pipa hf 1 x L 1 2 hl hl Q 0 hl Q Dasar Perencanaan Pompa Dalam perancangan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, yaitu : 1. Kapasitas Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan. 2. Head pompa Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu :

33 33 a. Head potensial Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air. b. Head kecepatan Head kecepatan atau head kinetik yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan persamaan 2. v 2g c. Head tekanan Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan p dinyatakan dengan. γ Head total dari pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (head mayor dan head minor). 3. Sifat zat cair Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar. Persamaan Bernoulli Menurut [27], untuk mencari head pompa dapat digunakan persamaan Bernoulli, yaitu : P1 γ v1 P2 v2 + Z1 + Hp = + + Z 2g γ 2g + H L atau : 2 P2 P1 v2 v1 Hp = γ 2g 2 ( Z2 Z ) H L dimana : P2 P 1 γ adalah perbedaan head tekanan

34 v2 v1 adalah perbedaan head kecepatan 2g Z 2 Z 1 H L adalah perbedaan head statis adalah head losses total. 4. Unit penggerak pompa Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor bakar, motor listrik dan turbin uap Dasar Pemilihan Pompa Dalam pemilihan jenis pompa yang digunakan untuk mendistribusikan fluida kerja ini, perlu dipertimbangkan faktor teknis dan ekonomisnya. Pompa yang digunakan dalam perencanaan ini adalah jenis pompa sentrifugal dengan pertimbangan : Kapasitas pompa besar. Aliran fluida yang dipompakan kontinu. Konstruksi kecil dan sederhana sehingga mudah dalam pemeliharaan dan dapat digabungkan dengan unit penggerak pompa sebagai satu kesatuan. Dapat beroperasi pada putaran tinggi dan dikopel langsung dengan motor penggerak. Getaran yang terjadi pada saat pengoperasiannya relative kecil. Untuk melayani kebutuhan yang sama, harga awal dan perawatan lebih murah dibanding jenis lain. Head pompa yang sesuai dengan yang dibutuhkan.

35 35 BAB III PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA 3.1 Jumlah Pemakaian Air Dalam merencanakan suatu sistem jaringan pipa yang digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada perumahan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu kebutuhan air secara keseluruhan yang meliputi kebutuhan perumahan itu sendiri dan fasilitas lainnya Kebutuhan air bersih pada perumahan Adapun jumlah anggota keluarga setiap rumah berkisar antara 4 8 orang. Dalam perencanaan ini diambil rata-rata setiap rumah berjumlah 4 orang yang terdiri dari 1 ayah, 1 ibu dan 2 anak. Dari hasil survei diperoleh jumlah rumah yang terdapat pada kompleks perumahan PT. PERTAMINA = 340 rumah sehingga jumlah penduduk yang terdapat pada perumahan adalah 340 x 4 orang = 1360 orang. Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata menurut [28]. No Jenis gedung Pemakaian Jangka waktu Perbandingan Keterangan air rata-rata sehari (liter) pemakaian air rata-rata sehari (jam) luas lantai efektif/total (%) 1 Perumahan mewah Setiap penghuni

36 36 2 Rumah biasa Setiap Penghuni 3 Asrama bujangan 4 Sekolah Perkantoran Setiap pegawai 6 Penginapan Untuk setiap tamu 7 Gedung peribadatan 10 3 Berdasarkan jumlah jemaah Dengan standard kebutuhan air penduduk rata-rata sebesar 230 liter.orang (untuk keperluan rumah tangga) maka kebutuhan air penduduk dapat dihitung dengan cara : Kebutuhan air penduduk = jumlah penduduk x kebutuhan air rata- rata per hari = 1360 x 230 liter = liter Kebutuhan air bersih untuk Perkantoran. Pada kompleks perumahan ini terdapat beberapa buah kantor antara lain : Kantor Induk. Jumlah pegawai Pemakaian air rata-rata per hari per orang Kebutuhan air rata-rata per hari Kantor Sipil. Jumlah pegawai Pemakaian air rata-rata per hari per orang Kebutuhan air rata-rata per hari = 179 orang = 100 liter = 179 x 100 liter = liter = 8 orang = 100 liter = 8 x 100 liter = 800 liter

37 37 Kantor Bank Mandiri. Jumlah pegawai = 5 orang Pemakaian air rata-rata per hari per orang = 5 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 5 x 100 liter = 500 liter Kantor Telekomunikansi dan Informasi. Jumlah pegawai = 12 orang Pemakaian air rata-rata per hari per orang = 12 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 12 x 100 liter = liter Maka total pemakaian air untuk perkantoran di komplek perumahan ini adalah liter per hari Kebutuhan air bersih untuk Dormitory(Mess). Pada kompleks perumahan ini dibangun 1 buah dormitory atau mess untuk karyawan yang belum menikah (bujangan). Jumlah orang = 150 orang Pemakaian air rata-rata per hari per orang = 150 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 150 x 150 liter = liter Kebutuhan air bersih untuk sekolah. Pada perumahan ini tersedia 4 buah sekolah yang terdiri dari TK, SD, SMP dan MADRASAH. Dari data survei diperoleh jumlah siswa dan kebutuhan air untuk keempat sekolah tersebut, yaitu : 1. Sekolah TK Jumlah siswa = 100 orang Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 50 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 100 x 50 liter = 5000 liter

38 38 Kebutuhan air untuk siswa ini ditambahkan lagi dengan kebutuhan air untuk guru dan pegawai kantor. Jumlah guru = 11 orang. Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 100 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 11 x 100 liter = 1100 liter Jadi total kebutuhan air untuk sekolah TK adalah 4200 liter 2. Sekolah SD Jumlah siswa = 180 orang Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 50 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 180 x 50 liter = 9000 liter Kebutuhan air untuk siswa ini ditambahkan lagi dengan kebutuhan air untuk guru dan pegawai kantor. Jumlah guru = 38 orang Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 100 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 38 x 100 liter = liter Jadi total kebutuhan air untuk sekolah SD adalah liter. 3. Sekolah SMP Jumlah siswa Kebutuhan air rata-rata per hari per orang Kebutuhan air rata-rata per hari = 120 orang = 50 liter = 120 x 50 liter = liter Kebutuhan air untuk siswa ini ditambahkan lagi dengan kebutuhan air untuk guru dan pegawai kantor. Jumlah guru Kebutuhan air rata-rata per hari per orang Kebutuhan air rata-rata per hari = 43 orang. = 100 liter = 43 x 100 liter = liter Jadi total kebutuhan air untuk sekolah SMP adalah liter.

39 39 4. Sekolah MADRASAH. Jumlah siswa = 150 orang Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 50 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 150 x 50 liter = liter Kebutuhan air untuk siswa ini ditambahkan lagi dengan kebutuhan air untuk guru dan pegawai kantor. Jumlah guru = 31 orang Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 100 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 31 x 100 liter = liter Jadi total kebutuhan air untuk sekolah MADRASAH adalah liter. Diperoleh jumlah kebutuhan air total untuk keempat sekolah tersebut adalah liter per hari Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah. 1. Mesjid Jumlah rata-rata jemaah per hari = 100 orang Jumlah gedung = 1 buah Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 10 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 100 x 1 x 10 liter = 1000 liter 2. Gereja Jumlah rata-rata umat Jumlah gedung Kebutuhan air rata-rata per hari per orang Kebutuhan air rata-rata per hari = 100 orang = 1 buah = 10 liter = 100 x 1 x 10 liter = 1000 liter

40 Kebutuhan air bersih untuk Rumah Sakit. Sebagai tempat pertolongan pertama dan sarana informasi kesehatan khususnya untuk pasien yang berobat jalan pada perumahan, dibangun sebuah Rumah Sakit Umum. Jumlah tempat tidur pasien = 40 tempat tidur. Kebutuhan air rata-rata per hari per pasien = 500 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 40 x 500 liter = liter Kebutuhan air ini masih harus ditambahkan lagi dengan kebutuhan air untuk pegawai/staf rumah sakit, pasien luar dan keluarga pasien. Kebutuhan air untuk pegawai/staf rumah sakit. Jumlah pegawai = 96 orang. Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 100 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 96 x 100 liter = liter Kebutuhan air untuk keluarga pasien. Disini diambil rata-rata jumlah keluarga pasien adalah 2 orang/pasien rawat inap dimana jumlah pasien rawat inap diambil dari jumlah tempat tidur pasien. Jumlah orang = 80 orang. Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 100 liter Kebutuhan air rata-rata per hari = 80 x 100 liter = liter Maka total kebutuhan air untuk rumah sakit adalah liter per hari Kebutuhan Air Untuk Wisma. Pada Komplek Perumahan ini terdapat 1 buah wisma yang digunakan untuk penginapan para tamu yang datang dari luar. Wisma tersebut memiliki 15 buah kamar.

41 41 Jumlah orang Kebutuhan air rata-rata per hari per orang Kebutuhan air rata-rata per hari = 15 orang. = 150 liter = 15 x 150 liter = liter Kebutuhan air bersih untuk fasilitas lainnya. Kebutuhan air bersih untuk fasilitas lainnya seperti gedung serba guna, lapangan olah raga, dan taman bermain membutuhkan air sekitar 1,5 % dari sirkulasi air bersih yang ada, maka kebutuhan air adalah : = 0,015 ( ) liter = 0,015 x liter = 6486,75 liter Sehingga keperluan air bersih pada kompleks perumahan PT. PERTAMINA (PERSERO) menjadi : = 6486,75 liter liter = ,75 liter untuk mengatasi kebocoran yang terjadi selama pendistribusian, maka kapasitas kapasitas total tersebut harus ditambahkan sebesar %.. Dalam perencanaan ini diambil faktor sebesar 10 %, sehingga kapasitas total air bersih pada kompleks perumahan PT. PERTAMINA (PERSERO) adalah = 10 % ( ,75 liter) ,75 liter = 4389,3675 liter ,75 liter = ,1175 liter. Jadi total kapasitas yang harus dialirkan ke perumahan dalam 24 jam adalah sebesar ,1175 liter per hari = 443, m3 per hari 3.2 Estimasi pemakaian beban puncak. Dari hasil survey diperoleh data-data sebagai berikut : Tabel 3.2 Pressure Gauge yang terbaca selama 24 jam Waktu (WIB) Pressure Gauge (kgf/cm2)

42 Dari data diatas dapat ditentukan bahwa beban puncak (peak hour) terjadi pada pukul wib dan wib. Persentase pemakaian air selama 24 jam dapat dihitung sebagai berikut Tabel 3.3 Estimasi pemakaian per hari Fasilitas Periode Pemakaian air(%) Rumah Kantor Mess Sekolah Mesjid Gereja Rumah Sakit Wisma GOR + Taman Tabel 3.4 Pemakaian pada periode I ( ) wib Persentase pemakaian air (%) Kapasitas pemakaian air (Liter/hari) Kapasitas pemakaian air (Liter/3 jam) Kapasitas Pemakaian air (L/jam) Fasilitas Rumah ,666 Kantor ,000 0,000 Mess Sekolah ,000 0,000 Mesjid Gereja ,333 Rumah Sakit

43 43 Wisma GOR + Taman , , , ,545 Tabel 3.5 Pemakaian pada periode II ( ) wib Fasilitas Persentase pemakaian air (%) Kapasitas pemakaian air (Liter/hari) Kapasitas pemakaian air (Liter/3 jam) Kapasitas Pemakaian air (L/jam) Rumah ,333 Kantor Mess ,0 Sekolah Mesjid ,000 0,000 Gereja Rumah Sakit Wisma GOR + Taman ,000 0, ,166 Tabel 3.6 Pemakaian pada periode III ( ) wib Fasilitas Persentase pemakaian air (%) Kapasitas pemakaian air (Liter/hari) Kapasitas pemakaian air (Liter/3 jam) Kapasitas Pemakaian air (L/jam) Rumah Kantor Mess Sekolah Mesjid Gereja ,00 0,000 Rumah Sakit Wisma GOR + Taman ,000 0, Tabel 3.7 Pemakaian pada periode IV ( ) wib Persentase pemakaian air (%) Kapasitas pemakaian air (Liter/hari) Kapasitas pemakaian air (Liter/3 jam) Kapasitas Pemakaian air (L/jam) Fasilitas Rumah Kantor Mess Sekolah Mesjid Gereja ,000 0,000

44 44 Rumah Sakit ,333 Wisma ,5 GOR + Taman ,000 0, , ,166 Tabel 3.8 Pemakaian pada periode V ( ) wib Persentase pemakaian air (%) Kapasitas pemakaian air (Liter/hari) Kapasitas pemakaian air (Liter/3 jam) Kapasitas Pemakaian air (L/jam) Fasilitas Rumah ,666 Kantor ,000 0,000 Mess Sekolah ,000 0,000 Mesjid ,333 Gereja Rumah Sakit Wisma GOR + Taman ,5 1621, , ,500 Tabel 3.9 Pemakaian pada periode VI ( ) wib Fasilitas Persentase pemakaian air (%) Kapasitas pemakaian air (Liter/hari) Kapasitas pemakaian air (Liter/5 jam) Kapasitas Pemakaian air (L/jam) Rumah ,000 Kantor ,000 0,000 Mess Sekolah ,000 0,000 Mesjid ,000 0,000 Gereja ,000 0,000 Rumah Sakit Wisma ,5 13,500 GOR + Taman ,000 0, , ,500 Tabel 3.10 Pemakaian pada periode VII ( ) wib Persentase pemakaian air (%) Kapasitas pemakaian air (Liter/hari) Kapasitas pemakaian air (Liter/4 jam) Kapasitas Pemakaian air (L/jam) Fasilitas Rumah Kantor ,000 0,000 Mess ,500 Sekolah ,000 0,000 Mesjid ,000 0,000

45 45 Gereja ,000 0,000 Rumah Sakit Wisma ,250 GOR + Taman ,000 0, , ,750 Tabel 3.11 Total pemakaian selama 24 jam adalah Pemakaian air Periode Liter/hari L/jam L/dtk m3/dtk I , ,500 13, , II 38277, ,166 3, , III 43957, ,500 4, , IV 38127, ,166 3, , V , ,500 13, , VI 11916, ,300 0, , VII 8571, ,7500 0, , Total , ,883 40, , Konsumsi air perhari Kapasitas (m3/dtk) Waktu (jam) Kapasitas (m3/dt) Grafik 3.1 Estimasi pemakaian air per hari Dari grafik dapat dilihat bahwa kebutuhan maksimal terjadi pada periode V pada pukul wib sebesar ,5 Liter = m3/dtk. Menurut [29] besarnya kapasits beban puncak dapat ditentukan dengan rumus :

46 46 Q h-max = (C 1 )(Qh) dimana : Qh = pemakaian air (m3/dtk) C 1 = konstanta yang bernilai antara Q h-max = pemakaian air jam puncak (m3/dtk). Dari rumus diatas di peroleh kebutuhan air puncak sebesar Q h-max = (1.3)( ) m3/dtk Q h-max = m3/dtk Diperoleh kebutuhan beban puncak adalah sebesar m3/dtk Dari kebutuhan beban puncak sebesar m3/dtk dapat ditaksir kapasitas air yang mengalir pada tiap-tiap cabang mainline pipe seperti pada gambar 3.1 dengan menggunakan metode Hardy-Cross

47 47 Gambar 3.1 Distribusi air pada pipa 3.3 Pemilihan Jenis Pipa Pada perancangan ini digunakan pipa Galvaniced. Pipa jenis ini bahannya terbuat dari pipa besi yang dilapisi seng. Umurnya relative pendek antara 7-10 tahun, pipa ini dipakai secara luas untuk jaringan pelayanan yang kecil di dalam suatu distribusi. Adapun keunggulan yang dimiliki pipa jenis ini dibandingkan pipa jenis lain ialah: Tahan terhadap tekanan/beban dari luar. Permukaan dinding dalamnya tidak terlalu kasar sehingga pengaruh kehilangan tekanannya relatif kecil. Ringan sehingga mudah diangkut ke lokasi pekerjaan. Mudah dalam proses penyambungan. Harga terjangkau dan banyak terdapat di pasaran.

48 48 Ukuran pipa yang digunakan pada perencanaan ini adalah pipa Galvaniced iron dengan diameter 3 inci, 4 inci, 6 inci dan 10 inci. Penentuan diameter pipa diperoleh dari data hasil survei. Posisi penempatan pipa berada di atas tanah yang beri pondasi beton untuk dudukan pipa, dengan jarak tiap pondasi adalah 4 m seperti terlihat pada gambar 3.2 Gambar 3.2 posisi penempatan pipa Adapun pemilihan penempatan posisi pipa diatas tanah ini adalah karena beberapa alasan seperti : Jenis tanah di lokasi yang berada ± 2 Km dari pantai yang memiliki kadar garam yang tinggi. Tertanamnya jalur pipa gas disebagian jalur pipa air. Untuk mempermudah perawatan pipa. 3.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida Setelah menetukan besarnya kapasitas aliran fluida yang mengalir di dalam pipa-pipa pada suatu jaringan pipa dengan cara menaksirnya, maka persoalan diatas belum dapat dianggap selesai dengan begitu saja. Langkah selanjutnya ialah dengan mencari harga kerugian head perpanjangan pipa untuk memperoleh kesetimbangan aliran fluida pada setiap pipa.

49 49 Head losses (kerugian head) yang terjadi sepanjang pipa dapat ditentukan dengan 2 cara, yaitu : 1. Dengan rumus empiris. Menurut [16], yaitu : 3 ( 0, m / s) 10,666 hf = 34. 5m 1,85 ( 120) ( 0,15m) 10,666Q = 1,85 4, C d hf 85 4,85 1,85 1,85 Untuk pipa no. 4 diperoleh : Q = laju aliran (ditaksir). = 0, m 3 /s. C = koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams = 120 (untuk pipa Galvanized iron). d = diameter pipa = 0,15 m (6 in). L = panjang pipa = 32.4 m (dari data site plan hasil survei) Sebingga diperoleh : L = 10, , m = 0, m. 2. Dengan menggunakan Diagram Pipa. Diagram pipa Hazen-Williams juga dapat digunakan untuk menetukan besarnya kerugian head sepanjang pipa. Pada literatur untuk pipa Galvanized iron nilai C = 120. Dengan mengambil data-data pada pipa no.4, dimana Kapasitas yang ditaksir (Q) = 0, m/s, Panjang pipa (L) = 34.5 m, Diameter pipa (d) = 150 mm = 6 inci, maka dari Diagram pipa Hazen - William diperoleh :

50 50 Gambar 3.3 Perhitungan es dengan Diagram Pipa 36 x 2 ( ) = ( 3) x = mm. 5 y 5 0 log160 log150 = log160 log140 y = 2,583 mm ,5 log 0,001 hf = 36 0 log 0,001 log 0,0001 hf = inv log -2, = 0, Sehingga head losses sepanjang pipa No. adalah : hl = hf x L = 0, x 34.5 m = 0, m. Dari perhitungan secara rumus empiris dan grafik di atas dapat dilihat bahwa kedua nilainya tidak jauh berbeda. Penentuan head losses sepanjang pipa dengan metode grafik harus dikoreksi lebih lanjut dikarenakan penggunaan dan

51 51 pembacaan alat ukur. Sehingga untuk memudahkan penentuan head losses sepanjang pipa dilakukan dengan rumus empiris. Perhitungan besar kapasitas dengan menggunakan metode Hardy-Cross, meliputi perhitungan koreksi kapasitas untuk masing-masing loop, seperti diuraikan pada perhitungan berikut. ITERASI I

52 52 Gambar 3.4 Loop I Loop I Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L Gambar 3.5 Loop II Loop II Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

53 53 Gambar 3.6 Loop III Loop III Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hf) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

54 54 Gambar 3.7 Loop IV Loop IV Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hfx L

55 55 Gambar 3.8 Loop V Loop Pipa V Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

56 m3/s Gambar 3.9 Jaringan Pipa A Jaringan Pipa A Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

57 57 Gambar 3.10 Jaringan Pipa B Jaringan Pipa B Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L Gambar 3.11 Jaringan Pipa C Jaringan Pipa C Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

58 58 Gambar 3.12 Jaringan Pipa D Jaringan pipa D Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L Gambar 3.13 Jaringan Pipa E Jaringan Pipa E Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

59 59 Gambar 3.14 Loop VI Loop VI Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

60 60 Gambar 3.15 Loop VII Loop Pipa VII Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Q no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hfx L

61 61 Gambar 3.16 Loop VIII Loop VIII Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss (hl) hf / Qo no (m) (m) (m3/s) hf (m) Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

62 62 loop/jaringan : Dari perhitungan iterasi I di atas, diperoleh koreksi kapasitas untuk tiap Q = n hl hl Q Dimana harga n diambil sebesar 1,85 untuk Hazen - Williams. FAKTOR KOREKSI Loop hl (hl/qo) Q I II III IV E-05 V VI VII VIII Untuk menghitung laju aliran tiap pipa dilakukan dengan menjumlahkan kapasitas tiap pipa dengan koreksi kapasitas tiap loop. Loop I Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Loop II Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir

63 63 Loop III Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Loop IV Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir E E E E E E E E E E Loop V Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir

64 Jaringan pipa A Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Jaringan Pipa B Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Jaringan Pipa C Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s

65 65 no mula - mula m3/s akhir Jaringan pipa D Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Jaringan pipa E Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Loop VI Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Loop VII Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir

66 Loop VIII Pipa Laju aliran (Qo) m3/s Koreksi Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s no mula - mula m3/s akhir Dikarenakan nilai Q iterasi pertama belum mendekati nol, maka diteruskan ke iterasi berikutnya. Untuk lebih lengkapnya, perhitungan iterasi kedua sampai iterasi ke-10, dapat dlihat pada lampiran. Setelah iterasi, nilai Q

67 67 sudah mendekati nol, arah dan kapasitas aliran sudah konstan sehingga perhitungan dihentikan. BAB IV PEMILIHAN POMPA Dalam pemilihan suatu pompa, yang perlu diperhatikan adalah mengetahui fungsi dan instalasi pompa, jenis fluida yang akan dipompakan, kapasitas aliran, serta head yang diperlukan untuk mengalirkan fluida tersebut. Selain itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu diperkirakan tekanan minimum yang tersedia pada sisi hisap pompa. Analisa Fungsi dan Instalasi Pompa Pompa digunakan untuk memompakan air bersih dari unit reservoar Water Decolorization Plant (WDcP) ke kompleks Perumahan PT. PERTAMINA (PERSERO). Pompa direncanakan akan beroperasi pada kapasitas yang fluktuatif. Instalasi pompa secara sederhana diperlihatkan pada gambar 4.1. Gambar 4.1 Instalasi Pompa dan reservoar Penentuan Kapasitas dan Jumlah Pompa.

68 68 Dalam menentukan jumlah pompa dan kapasitasnya, perlu diperhatikan beberapa hal berikut : Kapasitas total pompa harus dapat memenuhi kebutuhan maksimum (kebutuhan pada titik puncak ) dari konsumen. Pompa harus dapat bekerja secara efisien pada kebutuhan yang berfluktuasi dari waktu ke waktu. Sebaiknya pompa-pompa yang digunakan sama, agar penyediaan suku cadang lebih mudah. Pemilihan head pompa yang sesuai dengan yang dibutuhkan. Kapasitas pompa yang direncanakan harus mampu memenuhi kebutuhan pada saat terjadinya beban puncak (peak hour) dimana pada perhitungan di BAB III diperoleh besarnya kapasitas pada saat terjadinya beban puncak adalah m 3 /dtk = m 3 /jam Adapun jumlah pompa yang diperlukan untuk memenuhi jumlah air yang dibutuhkan dapat di tentukan berdasarkan tabel 4.1 berikut ini Debit yang direncanakan (m3/jam) Tabel 4.1 Penentuan jumlah pompa Jumlah utama pompa Jumlah cadangan pompa Sampai Besar 1 Kecil 1 Lebih dari 400 Besar : 3-5 atau lebih Kecil : 1 1 Besar 2 Kecil 1 Besar : 1 Atau lebih Kecil : 1 Jumlah pompa keseluruhan Besar : 4-6 Atau lebih Kecil : 2 Sumber : Sularso, Haruo Tahara Pompa dan Kompressor, Pemilihan, Pemakaian dan pemeliharaan.pt.pradnya Paramitha, Jakarta, hal. 16 Menurut tabel 4.1 diatas dan atas pertimbangan lahan yang tersedia, maka direncanakan penggunaan pompa sebanyak 3 unit dengan spesifikasi yang sama. ketiga pompa dihubungkan secara paralel, dimana 2 unit pompa beroperasi secara bergantian selama 12 jam per hari dan pada saat tejadi beban puncak (peak Hour)

69 69 kedua pompa beroperasi secara bersamaan sedangkan 1 unit pompa yang lain digunakan sebagai cadangan. Kapasitas pompa per unit yang direncanakan adalah : Qp = kapasitas total / jumlah pompa beroperasi Qp = 0, m 2 3 dtk Qp = 0, m 3 /dtk = 0,01 m 3 /dtk = 10 l/dtk Sehingga dipilih pompa dengan kapasitas 10 liter/dtk per unit atau Qp = 0,01 m 3 /dtk per unit. Instalasi Pompa dan Perpipaan Setelah kapasitas dan jumlah pompa ditentukan, maka selanjutnya dapat digambarkan instalasi perpipaan pada pusat pemompaan tersebut. Jumlah pompa yang digunakan dalam instalasi adalah 3 unit pompa yang dihubungkan secara paralel. Gambar 4.2 menunjukkan sistem perpipaan pada pusat pemompaan (pumping station). Keterangan gambar : 1. Reservoar Gambar 4.2 instalasi pada pumping station.

70 70 2. Pompa 3. Check Valve 4. Gate Valve 5. Pressure Gauge 6. Pipa Transmisi Head Pompa Head pompa adalah energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari satu tempat ke tempat yang lain yang mempunyai ketinggian tertentu. Gambar 4.3 Instalasi pipa Untuk keadaan seperti gambar 4.3 di atas, head yang diperlukan untuk memindahkan air dari titik 1 ke titik 2 dapat ditentukan dengan rumus : 2 P1 V1 P2 V2 + + Z1 + Hp = + + Z2 + γ 2g γ 2g 2 h L P2 P1 V2 V1 Maka : Hp = + + Z 2 Z1 + hl γ 2g Dimana : Hp = Head pompa P 1 = Tekanan pada titik 1 = 0 Pa 2 2

71 71 P 2 = Tekanan pada pipa terjauh ( pipa no. 102) = menurut [30] besarnya tekanan standar adalah 1,0 kgf/cm2 = Pa Z 2 Z 1 = Perbedaan ketingian antara titik 1 dan 2 = (0,8-1,5 ) m = - 0,7 m V 1 V 2 = Kecepatan pada titik 1 yang besarnya 0 m/s = Kecepatan air pada titik 2 yang menurut [31] untuk perencanaan awal digunakan kecepatan sebesar 2 m/dtk γ = Berat jenis air (9810 N/ m 3 ) h L = Head losses di sepanjang pipa Sebelum melakukan perhitungan head pompa, maka perlu dicari terlebih dahulu head losses yang terjadi sepanjang pipa. Karena kerugian head minor diabaikan, maka perhitungan head losses hanya berdasarkan kerugian gesekan saja. Dengan menggunakan persamaan Hazen-William sebagai berikut : 1,85 Q h = 10,666 L L 1,85 4, C d 85 Dimana : h L = es Q = Laju aliran pada tiap-tiap pipa (m 3s /dtk) L = Panjang pipa (m) C = 120 untuk pipa Galvanized d = Diameter dalam pipa (m) Tabel 4.2 Perhitungan head losses untuk jalur pipa terjauh Pipa Panjang (L) Diameter(d) Kapasitas tiap es no (m) (m) pipa(q) (m3/s) (HL) Ditentukan Diketahui Diketahui

72 E Total head loses Dari hasil perhitungan di atas didapat total head losses yang terjadi untuk jalur pipa terjauh adalah H L total = 13,13615 m = 13,2 m Sehingga untuk mencari head pompa adalah : P1 γ V1 P2 V2 + Z1 + Hp = + + Z 2g γ 2g + h L

73 73 Hp = P2 P1 γ V V 2g Z 2 Z 1 + hl ,8 Hp = + + ( 0,8 1,5 ) + 13, 2 Hp = 22,7 m 23 m Maka didapat head pompa adalah sebesar 23 m. Pemilihan Jenis Pompa Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan kapsitas Q = 10 l/dtk = 36 m 3 / jam dan head, Hp = 23 m, maka dari gambar 4.4 dapat dilihat jenis pompa yang cocok digunakan adalah pompa radial bertingkat satu. Pada perancangan ini dipilih pompa radial bertingkat satu Tinggi kenaikan H pompa radial bertingkat banyak pompa radial bertingkat satu Pompa saluran roda Pompa aksial Kapasitas V Gambar 4.4 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa sentrifugal

74 74 Putaran Motor Penggerak Pompa Penggerak pompa yang akan direncanakan di atas adalah motor listrik dimana pemilihan ini berdasarkan atas beberapa kriteria, antara lain : Tersedianya sumber listrik pada tempat pengoperasian pompa. Motor lisrik mudah untuk dikopel langsung dengan pompa sehingga tidak memerlukan transmisi yang rumit. Dimensi dari motor listrik relatif kecil, konstriksinya sederhana serta ringan. Tidak menimbulkan polusi udara dan polusi suara. Pemeliharaan dan pengaturannya mudah. Menurut [32] jika kecepatan putar pompa berubah maka karakteristik pompa berubah sesuai dengan hukum kesebangunan yang ditunjukkan dengan grafik pengaturan putaran. Grafik 4.1 Grafik karakteristik H vs Q untuk perubahan kecepatan Pengaturan kecepatan biasanya memberikan kerugian yang lebih kecil dan efisiensi yang lebih tinggi daripada pengaturan katup. Untuk mengatur putaran pompa, terdapat beberapa cara, yaitu dengan mengubah putaran motor penggeraknya atau mengubah perbandingan putaran pada alat transmisi daya porosnya.

75 75 Motor dengan puataran variabel yang dapat dipakai untuk pengaturan putaran diperlihatkan dalam Tabel 4.3 Tabel 4.3 Cara-cara pengaturan putaran pada motor listrik Jenis motor Cara Pengaturan putaran Motor Arus searah Pengatur Ward-Leonard thyrisror Pengatur Ward-Leonard transistor Pengatur medan Motor Induksi Motor Induksi jenis Mengubah Kutub sangkar bajing Pengaturan tegangan primer Pengaturan frekuensi primer dengan inverter Dengan Converter getaran Motor induksi jenis rotor lilit Pengaturan tegangan primer Pengaturan tegangan sekunder Pengaturan medan sekunder Pengaturan scherbius statis Pengaturan scherbius sipersinkron Motor kopling arus pusar Motor Sinkron Motor thyristor Pengaturan frekuensi primer Motor magnet Pengaturan frekuensi primer permanen Motor komutator Motor shunt 3 phasa

76 76 arus bolak-balik Sumber : Sularso. Pompa dan Kompresor. Hal. 97 Dari tabel diatas untuk perancangan dipilih motor listrik yang digunakan adalah jenis motor induksi dengan pengaturan frekuensi primer dengan inverter. Di Indonesia, frekuensi listrik yang dihasilkan sistem pembangkit adalah 50 Hz. Maka putaran motor dipilih pada frekuensi 50 Hz. Putaran motor listrik dengan frekuensi 50 Hz dapat dilihat pada tabel 4.4. Tabel 4.4. Harga putaran dan kutubnya Jumlah kutub Putaran (rpm) Sumber : Sularso. Pompa dan Kompresor. Hal. 50 Pada pemilihan kali ini dipilih motor listrik dengan 4 buah kutub dan putaran 1500 rpm. Akibat adanya faktor slip, maka putaran motor harus diambil 1 2 % lebih kecil dari harga-harga dalam tabel 4.4 di atas. Dalam perencanaan ini diambil faktor slip sebesar 2 %, sehingga putaran motor sebenarnya adalah : n = (2% x 1500) = rpm Motor listrik dikopel langsung dengan pompa sehingga putaran pompa sama dengan putaran motor. Putaran Spesifik dan Jenis Impeler

77 77 Jenis impeler pompa sentrifugal dapat ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut. Menurut [33], putaran spesifik pompa sentrifugal dengan satu tingkat impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut : Dimana : n n. Q n s = 51,64 Hp = putaran pompa = 1470 rpm Q = kapasitas pompa (m 3 / s) = 0.01 m 3 / s Hp = head pompa (m) = 23 m Maka : n s = ,64 3 ( 23) n s = 718, Dari gambar 4.5 diketahui bahwa untuk putaran spesifik, n s = 718 maka jenis impeler yang sesuai adalah jenis radial flow. Gambar 4.5. Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik. Daya Motor Penggerak Untuk mengetahui daya motor penggerak, terlebih dahulu dihitung daya poros pompa yang dipengaruhi oleh efisiensi pompa. Efisiensi pompa tergantung

78 78 pada kerugian mekanis dan kerugian gesekan. Harga efisiensi pompa dapat dilihat dari grafik 4.2. Grafik 4.2 Grafik efisiensi pompa vs putaran spesifik Sumber : Pump Handbook, Igor C. Karasik Untuk putaran spesifik (n s ) = 718 dan kapasitas (Q) = 0.01 m 3 /dtk = g pm, dari grafik 4.2 diperoleh efisiensi pompa sebesar 64 %. Daya poros pompa, Np, merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller. Besar daya yang dibutuhkan pompa adalah : γ. Q. Hp Np = ηp Dimana : Np = Daya pompa (kw) Q = Kapasitas pompa (m 3 / s) = 0,01 m 3 / dtk Hp = Head pompa (m) = 23 m γ = Berat jenis air pada temperatur 25 o C (N/m 3 ) = 9,777 x 10 3 (N/m 3 ) η p = Efisiensi pompa (%) Maka : = 64 % Np = 3 9, ,01 23 = 3.513,609 Watt 3,5 kw 0,64

79 79 Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa. Menurut [34], daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus : Nm = Np η ( 1+α ) Dimana : Nm = Daya motor listrik (kw) Maka : 4 kw. Nm = t α = Faktor cadangan daya motor induksi (0,1-0,2) = 0,15 (direncanakan) η t = efisiensi transmisi = 1,0 (untuk pengoperasian dengan kopel langsung) ( 1 0,15) = Watt 4 kw Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya Perhitungan Ukuran Pipa Ukuran pipa ditentukan berdasarkan laju aliran maksimum. Di samping itu, ada tambahan pertimbangan-pertimbangan lain yang didasarkan pada pengalaman perancang atau kontraktor pelaksana atas penanganan kasus serupa. Dalam menentukan ukuran pipa beberapa hal perlu dipertimbangkan antara lain batas kerugian gesek yang akan digunakan dan batas kecepatan tertinggi yang disarankan Diameter pipa sisi hisap (Suction pipe) Menurut [35], besarnya diameter pipa hisap dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut : 4. Q d + π. v * 2 s = d n Keterangan : Q* = kapasitas aliran = (1,02...1,05) x Q m 3 /dtk d s = diameter mulut hisap

80 80 dan d Q = kapasitas pompa v = kecepatan aliran ( Grafik 4.3) d n = diameter leher poros (hub) d n = (1,2...1,5). d min. min = 3 T π. τ 16 izin P T = ; ω ; 2πn ω = 60 keterangan : d min. = diameter poros T = momen torsi P = daya pompa τ = tegangan ijin yang besarnya 20 N/mm2 untuk pompa 1 tingkat jadi diameter: pipa hisap adalah 60.(6.700) T = 2π (1470) = 43,546 N.mm Diambil nilai τ sebesar 20 N/mm2 didapat d 3 min = / 0,2.(20) = 2,046 mm 2 mm Dimana : n = 1470 rpm dn = (1,5) 2 mm = 3 mm Q* = (1,05).0,01 m 3 /dtk = 0,0105 m 3 /dtk v (dari grafik 4.3) diperoleh = 1,3 m/dtk