SKRIPSI. ANALISA LAJU ALIRAN AIR BERSIH DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT V 6.39 di PERUMAHAN GRAHA INDAH KELAPA GADING.

Transkripsi

1 SKRIPSI ANALISA LAJU ALIRAN AIR BERSIH DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT V 6.39 di PERUMAHAN GRAHA INDAH KELAPA GADING. KLAMBIR V, MEDAN Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DISUSUN OLEH : MUHAMMAD SAJALI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2 SKRIPSI ANALISA LAJU ALIRAN AIR BERSIH DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT V 6.39 di PERUMAHAN GRAHA INDAH KELAPA GADING. KLAMBIR V, MEDAN Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik MUHAMMAD SAJALI NIM: Disetujui oleh, Dosen Pembimbing Medan, Agustus 2016 Penulis, Ir. A. Halim Nasution, MSc Muhammad Sajali NIP NIM

3 7

4 8

5 9

6 10

7 11

8 12

9 13

10 Abstrak Perumahan Graha Indah Kelapa Gading, Klambir V Medan memiliki sekitar 355 unit rumah dan setiap harinya membutuhkan banyak supply air untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Maka perancangan jaringan sistem pemipaan dilakukan sebagai solusi untuk mendistribusikan air agar sampai ke konsumen. Dengan bantuan pompa, air yang berasal dari dalam tanah disalurkan menuju filter terbuka (open filter) yang dilengkapi dengan media filter dan diolah di Ferro Filter yang bertujuan Sehingga air hasil filtrasi sudah memenuhi standar air bersih yang ditetapkan pemerintah, yaitu Fe maksimum 0.3 ppm dan Mn maksimum 0.4 ppm sehingga tidak berbau. Setelah itu dialirkan menuju tangki penyimpanan yang terletak diatas ketinggian 18 m dari permukaan tanah. Tangki tersebut terbuat dari beton cor dengan pipa PVC sebagai sarana pengantar air bersih menuju setiap rumah. Pada pendistribusiannya pemipaan dapat mengalami kerugian yang diakibatkan oleh kekasaran pipa, panjang pipa, diameter pipa, kapasitas aliran, maupun komponen-komponen lain yang terpasang di sepanjang jaringan pemipaan. Dalam penelitian ini perhitungan head loss dengan simulasi menggunakan program Pipe Flow Expert. Untuk menghitung kerugian Head Mayor yang terjadi di sepanjang jaringan pipa dengan cara manual dapat digunakan persamaan Hazzen Williams dimana kapasitas aliran adalah sebesar 0,00514 m3/detik dengan total kerugian head adalah sebesar 2,27 meter dan total head loss pada perhitungan simulasi adalah sebesar 3,15 meter Kata kunci : Sistem Pemipaan, Laju aliran, Hazzen-William, Darcy- Weisbach 14

11 Abstract Graha Indah Kelapa Gading, Klambir V Medan has about 355 houses and every day requires a lot of supply of water to meet daily needs. Then the piping system network design is done as a solution to distribute the water to reach the consumer. With the help of a pump, the water that comes out of the ground is channeled towards the filter is open (open filter) equipped with filter media and processed in Ferro Filter aimed So water filtrate meets the standards of water set by the government, namely Fe maximum of 0.3 ppm and Mn maximum 0.4 ppm so that no smell. After that flowed into a storage tank located above a height of 18 m above the ground. The tanks are made of cast concrete with PVC pipe as a means towards the introduction of clean water every home. On the distribution piping can suffer losses caused by the roughness of the pipe, the pipe length, pipe diameter, flow capacity, as well as other components are installed along the pipeline network. In this study, the calculation of head loss by simulation using Pipe Flow Expert program. To calculate the Major Head losses that occur along the pipeline by means of the manual can be used equation Hazzen Williams wherein the flow capacity is equal to m3 / sec with a total head loss is of 2.27 meters and total head loss in the simulation calculation is 3, 15 meters Kata kunci : Sistem Pemipaan, Laju aliran, Hazzen-William, Darcy- Weisbach 15

12 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan Kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya yang telah memberikan berkat, kesehatan dan kesempatan, sehingga saya dapat menyelesaikan tugas sarjana ini dengan judul Analisa laju aliran air bersih dengan menggunakan software Pipe Flow Expert V6.39 di Perumahan Graha Indah Kelapa Gading, Klambir V Medan. Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik mesin-fakultas Teknik,. Selama pembuatan laporan tugas sarjana ini, dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini saya menyampaikan ucapan terima kasih sebesarbesarnya kepada : 1. Orangtua saya, Ayahanda Mending Laya dan Ibunda Narisem, yang telah memberikan doa, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga saudara-saudara saya Yusmalia, Sri Ningsih, dan Siti Nadia yang selalu menyemangati dan mendukung selama pembuatan laporan tugas sarjana ini. 2. Bapak Ir. Abdul Halim Nasution, MSc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan kepada saya dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 5. Bapak Ispandri selaku pembimbing lapangan penulis yang telah memberikan gambaran mengenai Jaringan Distribusi Aliran Air Bersih dan memberikan data-data yang penulis butuhkan dalam penelitian ini. 16

13 6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, yang telah memberikan bantuan selama saya mengikuti pendidikan di Teknik Mesin Fakultas Teknik 7. Seluruh teman-teman satu angkatan 2010 yang telah banyak memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana ini. Demikian laporan ini diperbuat agar dapat dimafaatkan sebaik-baiknya dalam menumbuhkan suasana ilmiah dan pengembangan ilmu pengetahuan. Saya juga mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca sekalian demi kesempurnaan skripsi ini. Medan, Agustus 2016 Muhammad Sajali NIM

14 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR NOTASI... xiii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan...4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Sistem Pemipaan Aliran Fluida Sifat Dasar Fluida Kerapatan (Density) Berat Jenis (Spesific Gravity) Tekanan (Pressure) Kekentalan (Viscocity) Karakteristik Aliran Fluida

15 2.4.1 Aliran Laminar dan Turbulen Bilangan Reynold Daerah Masuk dan Aliran Berkembang Penuh Tekanan dan Gaya Geser Aliran Dalam Pipa Fluida Newtonian dan Fluida Non-Newtonian Persamaan Pada Fluida Newtonian Persamaan Kontinuitas Persamaan Bernoulli Kerugian Head (Head Loss) Head Loss Mayor Head Loss Minor Mekanisme Aliran Pada Pipa Pipa Seri Pipa Paralel...27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Tempat Penelitian Waktu Penelitian Bahan Penelitian Prosedur Penelitian Data yang Diperoleh Perumahan Pipa Tangki Analisa Data...31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Jumlah Pemakaian Air Kebutuhan Air Bersih Pada Perumahan

16 4.1.2 Kebutuhan Air Bersih untuk Mesjid Kapasitas Aliran Fluida Analisa Kapasitas Aliran Fluida Perhitungan Head Loss dengan Menggunakan Program Pipe Flow Expert V Hasil Perhitungan Dengan Menggunakan Program Pipe Flow Expert Perhitungan Head Loss menggunakan Simulasi Perbandingan Perhitungan Head Loss Manual dan Simulasi Perbandingan Perhitungan Head Loss Manual dan Simulasi dengan 10 titik Sampel...66 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran...68 DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN 20

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai Kekasaran Dinding untuk Pipa komersil Tabel 2.2 Nilai Koefisien Kekasaran Pipa Hazzen- Williams Tabel 3.1 Total Perumahan Graha Indah Kelapa Gading Klambir V Medan Tabel 3.2 Data Instalasi Pipa Tabel 3.1 Data Tangki Tabel 4.1 Standart Kebutuhan Air Penduduk Tabel 4.2 Kapasitas Aliran yang Keluar Dari Jaringan Pipa Tabel 4.3 Perhitungan Loop 1 Iterasi Tabel 4.4 Perhitungan Loop 2 Iterasi Tabel 4.5 Perhitungan Loop 3 Iterasi Tabel 4.6 Perhitungan Loop 4 Iterasi Tabel 4.7 Perhitungan Loop 5 Iterasi Tabel 4.8 Perhitungan Loop 6 Iterasi Tabel 4.9 Perhitungan Loop 7 Iterasi Tabel 4.10 Perhitungan Loop 8 Iterasi Tabel 4.11 Perhitungan Loop 9 Iterasi Tabel 4.12 Perhitungan Loop 10 Iterasi Tabel 4.13 Perhitungan Loop 11 Iterasi Tabel 4.14 Perhitungan Loop 12 Iterasi Tabel 4.15 Perhitungan Loop 13 Iterasi Tabel 4.16 Perhitungan Loop 14 Iterasi Tabel 4.17 Perhitungan Loop 15 Iterasi Tabel 4.18 Perhitungan Loop 16 Iterasi Tabel 4.19 Koreksi Kapasitas Iterasi

18 Tabel 4.20 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 1 Iterasi Tabel 4.21 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 2 Iterasi Tabel 4.22 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 3 Iterasi Tabel 4.23 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 4 Iterasi Tabel 4.24 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 5 Iterasi Tabel 4.25 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 6 Iterasi Tabel 4.26 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 7 Iterasi Tabel 4.27 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 8 Iterasi Tabel 4.28 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 9 Iterasi Tabel 4.29 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 10 Iterasi Tabel 4.30 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 11 Iterasi Tabel 4.31 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 12 Iterasi Tabel 4.32 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 13 Iterasi Tabel 4.33 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 14 Iterasi Tabel 4.34 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 15 Iterasi Tabel 4.35 Perhitungan Laju Aliran Akhir Loop 16 Iterasi Tabel 4.36 Perhitungan Loop 1 Iterasi Tabel 4.37 Perhitungan Loop 2 Iterasi Tabel 4.38 Perhitungan Loop 3 Iterasi Tabel 4.39 Perhitungan Loop 4 Iterasi Tabel 4.40 Perhitungan Loop 5 Iterasi Tabel 4.41 Perhitungan Loop 6 Iterasi Tabel 4.42 Perhitungan Loop 7 Iterasi Tabel 4.43 Perhitungan Loop 8 Iterasi Tabel 4.44 Perhitungan Loop 9 Iterasi

19 Tabel 4.45 Perhitungan Loop 10 Iterasi Tabel 4.46 Perhitungan Loop 11 Iterasi Tabel 4.47 Perhitungan Loop 12 Iterasi Tabel 4.48 Perhitungan Loop 13 Iterasi Tabel 4.49 Perhitungan Loop 14 Iterasi Tabel 4.50 Perhitungan Loop 15 Iterasi Tabel 4.51 Perhitungan Loop 16 Iterasi Tabel 4.52 Total Head Loss Iterasi Tabel 4.53 Perhitungan Head Loss dengan Manual Tabel 4.54 Perhitungan Head Loss dengan Simulasi Tabel 4.55 Perbandingan Perhitungan Head Loss Manual dengan Simulasi Tabel 4.56 Persentasi Perbedaan Perhitungan Head Loss Manual dengan Simulasi Tabel 5.57 Perbandingan perhitungan Total Head Loss Manual dan Simulasi

20 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Distribusi Gaya... 9 Gambar 2.2 Penentuan Kekentalan Gambar 2.3 Aliran Laminar dan Turbulen Gambar 2.4 Daerah Masuk Aliran Sedang Berkembang dan Aliran Berkembang Penuh Didalam Sebuah Pipa.12 Gambar 2.5 Distribusi Tekanan Sepanjang Pipa Horizontal Gambar 2.6 Diagram Rheologi Gambar 2.7 Tabung Aliran Membuktikan Persamaan Kontinuitas Gambar 2.8 Tabung Aliran Fluida Gambar 2.9 Diagram Moody Gambar 2.10 Efek bilangan bilangan Reynolds terhadap koefisien kerugian pada elbow 90 o...24 Gambar 2.11 Komponen katup pada sistem perpipaan Gambar 2.12 Pipa yang Dihubungkan Seri Gambar 2.13 Pipa yang Dihubungkan Paralel Gambar 3.1 Alur Pengerjaan Skripsi Gambar 4.1 Peta Aliran Distribusi Air Bersih Gambar 4.2 Loop I Iterasi Gambar 4.3 Loop II Iterasi Gambar 4.4 Loop III Iterasi Gambar 4.5 Loop IV Iterasi Gambar 4.6 Loop V Iterasi Gambar 4.7 Loop VI Iterasi Gambar 4.8 Loop VII Iterasi

21 Gambar 4.9 Loop VIII Iterasi Gambar 4.10 Loop IX Iterasi Gambar 4.11 Loop X Iterasi Gambar 4.12 Loop XI Iterasi Gambar 4.13 Loop XII Iterasi Gambar 4.14 Loop XIII Iterasi Gambar 4.15 Loop XIV Iterasi Gambar 4.16 Loop XV Iterasi Gambar 4.17 Loop XVI Iterasi Gambar 4.18 Grafik Perhitungan Head Loss Dengan Manual Gambar 4.19 Jaringan Distribusi pada Pipe Flow Expert Gambar 4.20 Hasil Simulasi Menggunakan Pipe Flow Expert Gambar 4.21 Grafik Perhitungan Head Loss Dengan Simulasi Gambar 4.22 Grafik Perhitungan Head Loss Dengan Manual dan Simulasi

22 DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN ρ Massa Jenis kg/m 3 m Massa kg V Volume m³ υ Volume Jenis m 3 /kg γγ Berat Jenis Fluida N/m 3 gg Percepatan Gravitasi m/s 2 P Tekanan N/m 2 T Temperatur K ν Viskositas Kinematik m 2 /s μ Viskositas Dinamik kg/m.s Q Laju Aliran Fluida m³/s A Luas Penampang Aliran m² v Kecepatan Rata-Rata Aliran Fluida m/s W Laju Aliran Berat Fluida N/s ṁ Laju Aliran Massa Fluida kg/s W Berat Fluida N z Beda Ketinggian m L Panjang Pipa m D Diameter m H t Head Loss Total m H lf Head Loss Mayor m H lm Head Loss Minor m f Faktor Gesekan Hf Unit Head Loss m C Koefisien Kekasaran Pipa Hazen Williams Re Reynolds EF Energi Tekanan Joule Ek Energi Kinetik Joule Ep Energi Potensial Joule 26