PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ALBERT EDWIN NIM. 080401128 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
TUGAS SKRIPSI SISTEM PEMIPAAN PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE ALBERT EDWIN NIM. 080401128 Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. NIP. 196412241992111001 NIP. 194910121981031002 Disetujui oleh : Penguji I, Penguji II, Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. Tulus B. Sitorus, ST, MT. NIP. 19540321981021001 NIP. 197209232000121003
TUGAS SKRIPSI SISTEM PEMIPAAN PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE ALBERT EDWIN NIM. 080401128 Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. NIP. 196412241992111001 NIP. 194910121981031002
TUGAS SKRIPSI SISTEM PERPIPAAN PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE ALBERT EDWIN NIM. 080401128 Telah Disetujui Dan Diperbaiki Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-603, Pada Tanggal 15 Juni 2011 Pembanding I, Pembanding II, Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. Tulus B. Sitorus, ST, MT. NIP. 19540321981021001 NIP. 197209232000121003
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA Sub. Program Studi Bidang Tugas : Judul Tugas : Sistem Pemipaan 960 NO :. / TS /2010 : Konversi Energi / Teknik Produksi Perancangan sistem distribusi air bersih pada perumahan Setia Budi Residence dari distribusi PDAM Medan, dengan menggunakan Pipe Flow Expert Software. 07-02-2011 26-05-2011 Diberikan Tgl : Selesai Tgl : Dosen Pembimbing : Ir... Mulfi Hazwi, M.Sc. Nama Mhs : N.I.M :. ALBERT EDWIN. 080401128 NO. Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan Dosen pemb. 1. 01-03-2011 Konsultasi tema dasar 2. 08-03-2011 Pemberian Spesifikasi tugas 3. 16-03-2011 Konsultasi pengajuan pemilihan program 4. 22-03-2011 Test dan pemeriksaan awal program 5. 30-03-2011 Survey lapangan 6. 06-04-2011 Gambar site plan project 7. 12-04-2011 Finishing skets dan test run program 8. 19-04-2011 Study literatur 9. 26-04-2011 Test dan check program kedua dan assistensi Bab I, II &III 10. 30-04-2011 Lanjutkan ke Bab IV 11. 05-05-2011 Perbaiki penulisan Bab IV pada titik beban puncak 12. 12-05-2011 Grafik perbandingan 13. 19-05-2011 Assistensi Bab V dan VI 14. CATATAN : 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen pembimbing setiap Asistensi. 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan ke jurusan, bila kegiatan Asistensi telah selesai. Diketahui Ketua Departemen Teknik Mesin F.T.U.S.U Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001
KATA PENGANTAR Segala Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala berkat pertolongan-nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Skripsi ini. Tugas Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Sistem Perpipaan, yaitu Perancangan Sistem Distribusi Air Bersih Pada Perumahan Setia Budi Residence dari Distribusi PDAM Medan Dengan Menggunakan Pipe Flow Expert. Dalam penulisan Tugas Skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan dalam penyajian materi pembahasan, 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. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas skripsi ini dapat terselesaikan. 2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T, sebagai dosen pembanding seminar tugas skripsi penulis yang banyak membimbing dan memberi saran pada penulis untuk menyelesaikan tugas skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 4. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda P.Tarigan dan Ibunda M.N. br. Sitepu, abang dan adik adik yang saya sayangi. Doa dan kasih sayang yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini. 5. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T. selaku dosen wali saya.
6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 7. Bapak Rotua Siboro dan segenap pihak kontraktor yang berkenan memberikan bimbingan dan data survey kepada penulis. 8. Sara Yosephina Br. Bangun yang selalu memberikan semangat, doa dan bimbingan secara spiritual kepada penulis. 9. Ferriza R. Putra dan Budi Fani Tarigan, teman bertukar pikiran dalam pengerjaan tugas skripsi ini. 10. Rekan-rekan Mahasiswa Departemen teknik Mesin, yang memberikan semangat dan dukungan doanya. 11. Serta semua pihak yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Skripsi 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 bermanfaat bagi kita semua. Medan, Juli 2011 Penulis, Albert Edwin 080401128
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR GRAFIK... viii DAFTAR LAMBANG... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan Penulisan... 2 1.3. Batasan Masalah... 2 1.4. Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1. Tekanan Atmosfer... 4 2.2. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida... 5 2.3. Energi dan Head... 8 2.4. Persamaan Bernoulli... 9 2.5. Kerugian Head... 10 2.6. Persamaan Empiris untuk Aliran di dalam Pipa... 13 2.7. Sistem Perpipaan Ganda... 14 2.8. Sistem Jaringan Pipa... 17 2.9. Dasar Perencanaan Pompa... 18 BAB III METODOLOGI... 21 BAB IV PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA... 22 4.1. Jumlah Pemakaian Air... 22 4.2. Kapasitas Aliran Fluida Keluar Jaringan Pipa... 24 4.3. Pemilihan Jenis Pipa... 27 4.4. Analisa Kapasitas Aliran Fluida... 28 4.5. Perencanaan dalam menanggulangi titik jam beban puncak (peak hours)... 51
BAB V TANGKI DAN PEMILIHAN POMPA... 75 5.1. Tanki Bawah... 75 5.2. Tangki Atas... 76 5.3. Tinggi Tanki atas... 77 5.4. Instalasi Pompa dan Perpipaan... 78 5.5. Penentuan Ukuran pipa... 79 5.6. Head pompa... 80 5.7. Pemilihan jenis Pompa... 82 5.8. Putaran Motor Penggerak Pompa... 82 5.9. Putaran Spesifik dan Jenis Impeler... 83 5.10. Daya Motor Penggerak... 84 5.11. Pompa (Distribusi air dari Tangki bawah ke Tangki Atas)... 86 5.12. Spesifikasi Pompa... 89 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 90 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1. Nilai kekerasan dinding untuk berbagai pipa komersil... 11 Tabel 2.2. Kondisi pipa dan harga C (Hazzen Williams)... 14 Tabel 4.1. Pemakaian air rata rata pada rumah tangga... 23 Tabel 4.2. Hasil perhitungan loop I Iterasi I... 29 Tabel 4.3. Hasil perhitungan loop II Iterasi I... 30 Tabel 4.4. Hasil perhitungan loop III Iterasi I... 31 Tabel 4.5. Hasil perhitungan loop IV Iterasi I... 32 Tabel 4.6. Head Friction Loss pada pipa distribusi 1... 35 Tabel 4.7. Hasil perhitungan loop I Iterasi I (pada jam beban puncak)... 53 Tabel 4.8. Hasil perhitungan loop II Iterasi I... 54 Tabel 4.9. Hasil perhitungan loop III Iterasi I... 55 Tabel 4.10. Hasil perhitungan loop IV Iterasi I... 56 Tabel 5.1. Nilai head losses masing masing pipa... 80 Tabel 5.2. Harga putaran dan kutubnya... 83 Tabel 5.3. Klasifikasi impeler berdasarkan putaran spesifik... 84
DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 2.1. Variasi temperature terhadap ketinggian... 4 Gambar 2.2. Kecepatan aliran melalui saluran tertutup... 5 Gambar 2.3. Kecepatan aliran melalui saluran terbuka... 6 Gambar 2.4. Koefisien kerugian gesekan pada ellbow 90... 12 Gambar 2.5. Pipa yang dihubungkan secara seri... 15 Gambar 2.6. Pipa yang dihubungkan secara paralel... 16 Gambar 2.7. Sistem jaringan pipa... 17 Gambar 2.8. Kerapatan air sebagai fungsi temperature... 19 Gambar 4.1. Instalasi distribusi pipa air bersih pada komplek Setia Budi Residence... 26 Gambar 4.2. Loop I Ilterasi I... 29 Gambar 4.3. Loop II Ilterasi I... 30 Gambar 4.4. Loop III Ilterasi I... 31 Gambar 4.5. Loop IV Ilterasi I... 32 Gambar 4.6. Aliran fluida dari pipa distribusi 1... 35 Gambar 4.7. Aliran distribusi pipa air bersih pada komplek Setia Budi Residence pada jam beban puncak... 52 Gambar 4.8. Analisa kapasitas pada jam beban puncak (Loop I Ilterasi I).. 53 Gambar 4.9. Loop II Ilterasi I... 54 Gambar 4.10. Loop III Ilterasi I... 55 Gambar 4.11. Loop IV Ilterasi I... 56 Gambar 5.1. Penyediaan air panas ke pancuran mandi dengan pemanas air gas... 77 Gambar 5.2. Instalasi pipa... 78 Gambar 5.3. Instalasi pompa dan perpipaan... 78 Gambar 5.4. Penentuan Head pompapada titik 1 ke titik 2... 80 Gambar 5.5. Pemilihan berdasarkan kapasitas dan head pompa... 82
Gambar 5.6. Grafik effisiensi pompa vs putaran spesifik... 85 Gambar 5.7. Distribusi dari tangki bawah ke tangki atas... 87 Gambar 5.8. Koefisien gesekan pada ellbow 90º... 88 Gambar 5.9. Koefisien gesekan pada gate valve... 88 Gambar 5.10. Koefisien gesekan pada check valve... 88
DAFTAR GRAFIK Hal. Grafik 4.1. Perhitungan head loss dengan perhitungan manual... 33 Grafik 4.2. Perhitungan head loss dengan menggunakan program pada jam normal... 50 Grafik 4.3. Perhitungan head loss dengan perhitungan manual pada jam beban puncak... 57 Grafik 4.4. Perhitungan head loss dengan menggunakan program pada jam beban puncak... 73 Grafik 4.5. Perbandingan head friction loss pada kondisi jam normal dan jam beban puncak, dengan perhitungan manual dan program... 74
DAFTAR LAMBANG Simbol Keterangan Satuan A Luas penampang m 3 C Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams D Diameter dalam mm f Faktor gesekan pipa Darcy-Weisbach g Percepatan gravitasi m/s 2 hl Head losses sepanjang pipa m Hp Head pompa m Hst 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 kpa p Jumlah kutub Q Kapasitas pompa m 3 /s Re Bilangan Reynold V Kecepatan aliran m/s α Faktor cadangan daya γ Berat jenis air N/m 3 ε Kekasaran pipa η p Efisiensi pompa % η t Efisiensi transmisi % υ Viskositas kinematik air m 2 /s π Konstanta phi ρ Massa jenis air kg/m 3