Mat IV Kehilangan Tenaga

Materi Keempat Keempat Kehilangan Tenaga & Garis Tekan pada Pengaliran Tertutup

KEHILANGAN TENAGA & GARIS TEKAN PADA PENGALIRAN PIPA TERTUTUP

1. PENG PENGAN ANTA TAR R Dari materi pelatihan yang lalu, kita telah mengetahui mengenai : Keadaan sumber air • Jenis sumber air • Kualitas Kualitas air sumber sumber • Perhitungan debit sumber air (kuantitas) • Pemanfaatan Pemanfaatan sumber sumber dengan dengan bangunan bangunan penangkap penangkap air yang benar benar • Sistem distribusi jaringan pipa • Pembagian air sesuai kebutuhan konsumen • Penggunaan bangunan penampung (reservoir) • Penggunaan bangunan pengambilan (kran umum = public tap) • Dari apa yang yang telah dipelaj dipelajari, ari, secara secara garis besar besar anda sudah sudah dapat mendesai mendesainn sistem distribusi distribusi air. Yang Yang belum anda ketahui ketahui adalah adalah : bagaimana menghit menghitung ung diameter pipa yang dibutuhkan, sesuai dengan debit air yang harus diberikan kepada konsumen. Manual ini akan menje menjelaskan laskan bagaiman bagaimanaa menghitung menghitung kehilangan kehilangan tenaga tenaga yang yang terjadi terjadi pada pengaliran pengaliran zat cair di dalam dalam pipa. Dapat dikatakan dikatakan materi materi ini hanya menjelaskan menjelaskan mengenai permasalahan-permasalahan yang ada pada pengaliran air dalam pipa dan bagaimana mengatasinya. Setelah Setelah anda dapat mengetah mengetahui ui bagaimana bagaimana cara menentukan menentukan kehilanga kehilangann tenaga, maka langkah terakhir adalah bagaimana bagaimana anda menentukan titik-titik penting di lapangan sehubungan sehubungan dengan dengan sistem sistem jaringan jaringan distribusi distribusi air dengan dengan perpipaan. perpipaan. Menentukan titik-titik penting dilakukan dengan pengukuran beda tinggi pada jalur jalur pipa yang telah telah ditentukan ditentukan di lapangan. lapangan. Kata lainnya lainnya adalah adalah melaksanaka melaksanakann pekerjaan pekerjaan “water passing ”, ”, yaitu melakukan melakukan pengukuran beda tinggi dari dari jalur yang akan dilalui pipa pipa di lapanga lapangan. n. Dari penjelasan ini, maka tinggal dua langkah lagi yang harus ditempuh agar anda dapat membuat membuat perencanaan perencanaan teknis teknis yang lengkap lengkap dari sistem jaringan jaringan air air bersih bagi masyarakat. Pertama : adalah pengetahu pengetahuan an dan perhitunga perhitungan-perh n-perhitung itungan an dengan dengan ilmu hidrolika hidrolika untuk untuk menentu menentukan kan kehilangan kehilangan tenaga aliran zat cair cair dalam dalam pipa dan, kedua : adalah menentukan beda tinggi (elevasi) di lapangan dengan melaksanakan pengukuran “water passing ”. ”. Sengaja dalam dalam menyajikan materi, kami mendahulukan bagaimana menghitung menghitung kehilangan tenaga tenaga dalam pipa, barulah barulah pelatihan pelatihan mengenai “water passing ”. ”. Hal ini dikarenakan saat pelatihan “water passing ”, ”, anda sekalia sekaliann dapat dapat mengerti mengerti apa manfaat manfaat pelaksanaan pengukuran jalur pipa, baik panjang maupun elevasinya.

Materi Pelatian oleh : Anton Lowa

1


Jika materi pelatihan pelatihan dibalik, dibalik, akan cukup menyulitkan menyulitkan dalam dalam pengertian pengertian mengenai mengenai apa sebe sebena narny rnyaa manfa manfaat at dari dari pen pengu guku kura rann jarak jarak dan dan elev elevas asii jalur jalur pipa pipa,, dan dan kaita kaitann nnya ya dengan dengan perhit perhitung ungan an kehilan kehilangan gan tena tenaga ga alira alirann air. air. Dengan Dengan mendah mendahulu ulukan kan materi materi pelapelatihan tihan perhit perhitung ungan an kehila kehilanga ngann tenaga tenaga akibat akibat aliran aliran di dalam dalam pipa, akan akan memudah memudahkan kan para peserta peserta pelatihan pelatihan dalam dalam melihat melihat manfaat penting pentingnya nya pengukur pengukuran an elevasi elevasi sehubungan bungan dengan dengan penera penerapan pannya nya pada pada sistem sistem jaringan jaringan perpip perpipaan aan.. 2. PENGAL PENGALIRA IRAN N TERBUKA TERBUKA DAN TERTU TERTUTUP TUP Pengertian saluran terbuka atau tertutup bukan dilihat secara kontekstual, yaitu jika saluran air tertutup adalah saluran tertutup. Dalam pengertian ilmu hidrolika tidak seperti seperti itu. itu. Saluran Saluran yang tertutup, tertutup, menurut menurut ilmu hidrolika hidrolika bisa sebagai sebagai saluran saluran terbuka, terbuka, sedangkan sedangkan salura salurann terbuka terbuka dalam dalam pengertian pengertian ilmu ilmu hidrolika hidrolika tetap tetap sebagai sebagai saluran saluran terbuka. terbuka. Berarti Berarti untuk saluran saluran yang tertutup tertutup secara secara fisik, fisik, dalam pengertian pengertian ilmu hidrolika belum tentu dilihat atau dikategorikan sebagai saluran tertutup. tertutup. Para perencana perlu memahami perbedaan sistem saluran terbuka dan tertutup, karena dasar perhitungan keduanya sangat berbeda. Dalam kehidupan sehari-hari dapat kita lihat yang termasuk saluran terbuka dalam ilmu hidrolika, adalah : Saluran irigasi • Saluran pembuangan air hujan (riool) di dalam kota yang terletak pada tepi jalan. • Saluran Saluran limbah limbah rumah tangga tangga dari dari kamar kamar mandi, mandi, WC dan salura salurann pembuan pembuangan gan air air • hujan. Termasuk saluran tertutup, adalah : Pipa-pipa jaringan air bersih. • Pipa beton beton atau pipa beton beton dan besi besi sebagai sebagai pipa pesat pesat untuk untuk memutar memutar turbin air. • Slang plastik untuk mengalirkan bensin dari kendaraan kita ke karburator. • Bentuk dari dari saluran terbuka terbuka seperti seperti yang diuraikan diuraikan di depan, sebagai sebagai berikut berikut : udara Tutup Beton udara

udara

(1)

(2)

(3)

(4)

Penjel Penjelas asan an : Gambar 1 s/d 4 di atas adalah gambar saluran terbuka. Gambar Gambar 1 : Salura Salurann terbuka terbuka dari dari pipa pipa berbent berbentuk uk lonjon lonjong. g. Gambar 2 : Saluran terbuka dari pipa berbent berbentuk uk bulat, bulat, bahan bahan dapat dapat dari dari besi, besi, tanah liat, dan PVC. Gamba Gambarr 3 : Salura Salurann iriga irigasi. si. Gambar 4 : Saluran terbuka yang biasa digunakan pada drainase kota.


2


Jika materi pelatihan pelatihan dibalik, dibalik, akan cukup menyulitkan menyulitkan dalam dalam pengertian pengertian mengenai mengenai apa sebe sebena narny rnyaa manfa manfaat at dari dari pen pengu guku kura rann jarak jarak dan dan elev elevas asii jalur jalur pipa pipa,, dan dan kaita kaitann nnya ya dengan dengan perhit perhitung ungan an kehilan kehilangan gan tena tenaga ga alira alirann air. air. Dengan Dengan mendah mendahulu ulukan kan materi materi pelapelatihan tihan perhit perhitung ungan an kehila kehilanga ngann tenaga tenaga akibat akibat aliran aliran di dalam dalam pipa, akan akan memudah memudahkan kan para peserta peserta pelatihan pelatihan dalam dalam melihat melihat manfaat penting pentingnya nya pengukur pengukuran an elevasi elevasi sehubungan bungan dengan dengan penera penerapan pannya nya pada pada sistem sistem jaringan jaringan perpip perpipaan aan.. 2. PENGAL PENGALIRA IRAN N TERBUKA TERBUKA DAN TERTU TERTUTUP TUP Pengertian saluran terbuka atau tertutup bukan dilihat secara kontekstual, yaitu jika saluran air tertutup adalah saluran tertutup. Dalam pengertian ilmu hidrolika tidak seperti seperti itu. itu. Saluran Saluran yang tertutup, tertutup, menurut menurut ilmu hidrolika hidrolika bisa sebagai sebagai saluran saluran terbuka, terbuka, sedangkan sedangkan salura salurann terbuka terbuka dalam dalam pengertian pengertian ilmu ilmu hidrolika hidrolika tetap tetap sebagai sebagai saluran saluran terbuka. terbuka. Berarti Berarti untuk saluran saluran yang tertutup tertutup secara secara fisik, fisik, dalam pengertian pengertian ilmu hidrolika belum tentu dilihat atau dikategorikan sebagai saluran tertutup. tertutup. Para perencana perlu memahami perbedaan sistem saluran terbuka dan tertutup, karena dasar perhitungan keduanya sangat berbeda. Dalam kehidupan sehari-hari dapat kita lihat yang termasuk saluran terbuka dalam ilmu hidrolika, adalah : Saluran irigasi • Saluran pembuangan air hujan (riool) di dalam kota yang terletak pada tepi jalan. • Saluran Saluran limbah limbah rumah tangga tangga dari dari kamar kamar mandi, mandi, WC dan salura salurann pembuan pembuangan gan air air • hujan. Termasuk saluran tertutup, adalah : Pipa-pipa jaringan air bersih. • Pipa beton beton atau pipa beton beton dan besi besi sebagai sebagai pipa pesat pesat untuk untuk memutar memutar turbin air. • Slang plastik untuk mengalirkan bensin dari kendaraan kita ke karburator. • Bentuk dari dari saluran terbuka terbuka seperti seperti yang diuraikan diuraikan di depan, sebagai sebagai berikut berikut : udara Tutup Beton udara

udara

(1)

(2)

(3)

(4)

Penjel Penjelas asan an : Gambar 1 s/d 4 di atas adalah gambar saluran terbuka. Gambar Gambar 1 : Salura Salurann terbuka terbuka dari dari pipa pipa berbent berbentuk uk lonjon lonjong. g. Gambar 2 : Saluran terbuka dari pipa berbent berbentuk uk bulat, bulat, bahan bahan dapat dapat dari dari besi, besi, tanah liat, dan PVC. Gamba Gambarr 3 : Salura Salurann iriga irigasi. si. Gambar 4 : Saluran terbuka yang biasa digunakan pada drainase kota.


2


Saluran tertutup :

Gambar 5

Pengaliran pada saluran tertutup, airnya memenuhi seluruh penampang pipa. Akibatnya tidak ada udara di dalam pipa. Seperti contoh gamb gambar ar 5 di seb sebel elah ah.. Jika pada sistem jaringan pipa, ada bagian pipa yang terisi udara, maka pada bagian tersebut harus diberi ventilasi udara (mengenai ventilasi ventilasi udara, udara, akan dijelaskan dijelaskan tersendiri) tersendiri)..

3. TEKANAN TEKANAN STATIS DAN TEKANAN TEKANAN DINAMIS DINAMIS 3.1. Tekana anan pada Dasa asar Kolam lam Air Teka Tekana nann stati statiss : adalah adalah tekanan tekanan zat cair cair yang terjadi terjadi di dalam bak penamp penampung ung dalam keadaa keadaann diam. diam. Misalny Misalnyaa tekana tekanann air yang yang terjad terjadii di dalam dalam bak, drum, drum, dan dan alat alat penampung lainnya. Contoh air di dalam dua dua buah wadah seperti seperti gambar di bawah ini : Gambar 5

h = 10 m

1,00 m

Gambar Gambar 6 : ada dua dua kolam kolam yang yang ukuranny ukurannyaa berberbeda, tetapi tinggi airnya sama. (h = 10 m). Pada keadaan ini, tekanan yang terjadi pada dasar dasar kolam kolam seluas seluas 1 cm2 pada kedua kolam adalah sama, yaitu 10 kg/cm2

2

A m Gamb Gambar ar 6

Berarti, besarnya tekanan air (zat cair) yang terjadi pada dasar kolam tergantung dari kedalaman airnya. Walaupun luas dasar kolamnya berbeda, tetapi tinggi airnya sama, maka tekanan yang terjadi pada dasar dasar kolam adalah sama. Tekanan air setinggi setinggi 2 2 10 meter dan seluas 1 cm = 10 kg/cm = 1 Atmosfer ( 1 atm). Berarti tekanan sebesa sebesarr 1 Atm Atm adala adalah h besarn besarnya ya tekana tekanann air air setin setinggi ggi 10 m dengan dengan luas dasar dasar = 1 cm2. 3.2. Tekanan Hidro Statis Garis Hidrostatis

H

h

Gbr 7 : Tekanan hidro statis

Pada sistem jaringan pipa, jika dalam keadaan diam (air tidak mengalir), tekanan air pada titik-titik tertentu tergantung dari perbedaan ketinggian antara titik tersebut dengan permukaan air. Titik-titik yang setinggi = H, tekanannya = H m/cm 2. Sedangkan yang setinggi = h, tekanannya = h m/cm 2 di mana mana H > h. Tekana Tekanann ini ini dinamakan tekanan hidrostatis, hidrostatis, yaitu tekanan yang terjadi pada dinding pipa saat air dalam keadaan diam (tidak mengalir) .


3

Materi Keempat Kehilangan Tenaga & Garis Tekan pada Pengaliran Tertutup

Grs hidrostatis

H2

H1

H

C

H3

B

Gbr 8

A D

Gambar 8 adalah gambar aliran air dalam keadaan diam pada pengaliran tertutup dengan dasarnya tidak sama tinggi. Di mana H2 < H1 < H < H3. Tentu saja tekanan statis yang terjadi di titik H 3 > H > H1 > H2 3.3. Tekanan Hidro Dinamis Tekanan hidrodinamis adalah tekanan yang terjadi pada dinding pipa saat air dalam keadaan mengalir . Garis Hidrostatis

hf1

hf2

h

H

A

A

hf3

HGL

Garis Hidro dinamis B

C

Gbr 9 : Tekanan hidro dinamis yang terjadi

Pada saat air mengalir, tekanan di semua titik tidak lagi sama besar. Pada titik yang semakin jauh dari sumber pengurangan tekanan semakin besar dan berarti kehilangan tenaga bertambah besar. Akibatnya tekanannya yang terjadi semakin berkurang. Pengurangan tekanan akibat pengaliran di titik : A = hf 1; B = hf2; C = hf3. Kekurangan tekanan ini dinamakan kehilangan tekanan (hf). hf = high friction = tinggi geseran atau tinggi kehilangan tenaga akibat geseran pada titik tertentu. Garis penghubung antara titik-titik kehilangan tenaga tersebut, dinamakan “ Garis Hidro Dinamis = HGL (Hidraulic Grade Line). 3.4.

Tekanan Negatif

Grs hidrostatis B

H

C

HD

A

HGL Gbr 10 : Tekanan Negatif

D

Bisa juga penurunan garis tekan seperti gambar 10 berikut. Pada keadaan ini di titik BC terjadi tekanan negatif. Pada titik ini, tidak ada air yang mengalir, melainkan udara yang menghambat aliran air. Tekanan negatif harus dihindari. Materi Pelatian oleh : Anton Lowa

4


4. RUMUS-RUMUS PERHITUNGAN KEHILANGAN TENAGA 4.1. Rumus Darcy Weisbach 4.1.1. Faktor-faktor yang mempengaruhi kehilangan tenaga Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kehilangan tenaga pengaliran air dalam pipa ??. Untuk menghitung kehilangan tenaga dapat dihitung dengan berbagai rumus. Rumus-rumus yang biasa digunakan adalah : Hazen Williams , Reynolds , Darcy Waisbach , Biegeleisen dan sebagainya. Rumus yang akan digunakan disini adalah rumus Darcy-Weisbach dan Hazen Williams untuk menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi tinggi kehilangan tenaga. Untuk perhitungannya kita akan menggunakan Nomogram dari Biegeleisen dan tabel dari Hazen Williams. Kedua metode perhitungan ini yang akan digunakan dalam manual ini. Rumus kehilangan tenaga dari Darcy Weisbach :

hf = f x

L d

2

xx

V

2.g

Dimana : hf = tinggi kehilangan tenaga (meter) • f = Koefisien dipengaruhi kekasaran dinding pipa dan dimeter pipa • L = Panjang pipa (meter) • d = Diameter pipa ( θ) • V = Kecepatan air mengalir di dalam pipa (m/det) • g = gravitasi bumi, diambil g = 9,8 m/det 2 •

Karena debit aliran air = Q = A x V ............... (1) Dimana : A = Luas penampang untuk pipa, A = ¼ π d2 • V = Kecepatan aliran air dalam pipa • Substitusi dengan (1), maka : Q = ¼ π d2 x V ------- V = Q/(¼ π d2) = 4.Q/(π d2) Maka : V2 = 16.Q2/(π2 d4) .............. (2) (2) disubstitusikan dengan rumus di atas, maka : hf =

8.f.L.Q 2

π

.g.d

2

5

Dari rumus ini, dapat kita lihat bahwa kehilangan tenaga pengaliran air (zat cair) di dalam pipa sangat dipengaruhi oleh : Panjang pipa = L • Jumlah debit air yang dialirkan dalam pipa = Q • Diameter pipa = d - semakin kecil diameter pipa, maka hf semakin besar • Jenis bahan pipa yang mempunyai kekasaran yang berbeda. Misalnya kekasaran • dinding pipa PVC berbeda dengan pipa besi atau plastik. Jenis cairan yang dipindahkan. Misalnya mengalirkan aspal cair berbeda dengan • mengalirkan air.


5


4.1.2. Kekasaran dinding pipa Air yang mengalir, apakah mengalir pada sistem terbuka atau tertutup akan mengalami geseran antara air dan dinding saluran atau pipa yang dilewatinya. Kekasaran dinding sangat dipengaruhi oleh jenis material yang digunakan. Misalnya kekasasaran saluran tanah berbeda dengan saluran dari pasangan batu yang diplaster. Demikian juga dengan kekasaran dinding pipa plastik berbeda dengan dinding pipa baja atau plastik. Beberapa contoh angka kekasaran dinding pipa dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 1 : kekasaran dinding pipa JENIS PIPA

KEKASARAN DINDING PIPA =

Pipa baja (commercial steel or wrought iron )

= 0.045 mm

Besi tuang diaspal

= 0.120 mm

Besi tuang (cast iron)

= 0.260 mm

Besi digalvanisir (Galvanized iron)

= 0.150 mm

Baja dikeling (Rivited steel)

= 0.900 – 9.0 mm

Beton (Concrete)

= 0.300 – 3.0 mm

Kayu papan

= 0.180 – 0.9 mm

Angka kekasaran dinding pipa pada tabel di atas kemudian dibagikan dengan diameter pipa yang digunakan, akan mempengaruhi besarnya koefisien f. Angka kekasaran dinding pipa Galvanized Iron (GI) yang sering dijumpai dalam perdagangan dan yang biasa digunakan untuk jaringan pipa air minum adalah pipa GI, yang besarnya koefisien (f) untuk pipa GI seperti tabel yang telah dibuat oleh Moody, sebagai berikut : Tabel 2 : Koefisien = f, untuk pipa GI

Diameter (θ) pipa inch

f

½” ¾” 1 1 ¼” 1 ½” 2” 2 ½” 3” 4” 5” 6” 8” 10” 12”

0.03700 0.03650 0.03240 0.03200 0.02700 0.02655 0.02600 0.02500 0.02400 0.02200 0.0200 0.01900 0.01800 0.01650


6


4.1.3. Penggunaan rumus Darcy Weisbach Dari penjelasan di atas, kita sudah dapat menggunakan rumus Darcy Weisbach. Untuk jelasnya dapat dilihat dari contoh berikut : Diketahui : Sebuah desa memiliki sumber air dengan Q sumber = 2 liter/detik • Pemerintah membantu pipa GI Pipe θ = 2” • Jarak dari sumber ke bak tandon tempat penduduk mengambil air = 1200 meter. • Beda tinggi antara sumber dan bak tandon = 50 meter. • Pertanyaan : Dapatkah air tersebut dialirkan ke bak tampung di desa tersebut ? • Berapa tinggi kehilangan tenaga ? • Jawab : Pipa GI Pipe θ = 2”, maka f = 0,02655 (tabel 2) θ = 2” = 5 cm = 0,05 m L = 1.200 meter Q = 2 liter/detik = 0,002 m3/det g = 9,80 m/detk2 2

hf =

hf =

8.f.L.Q 2

π

.g.d

5

8 x 0,02655 x 1.200 x (0,002) 2

= 33,76 m

(3,14)2 x 9,80 x (0,05) 5

Kehilangan tenaga = hf = 33,76 m 4 33,80 m Sket :

Hidro Statis Sumber

hf = 33,80 m HGL θ

L = 1.200 m = 2”, Q = 2 lt/det

P/ = 16,20 m

Reservoir

Hasil Perhitungan : Air dapat dialirkan ke reservoir di desa • • Kehilangan tenaga yang terjadi = h f = 33,80 meter Tekanan pada ujung pipa = P/  = 16,20 m • Beda tinggi bak dan sumber air = H = 50 m > h f 33,80 m maka air dapat mengalir •


7


4.2. Rumus Biegelieisen - Bukowski Perhitungan dengan menggunakan rumus Biegelesien – Bukowski, berdasarkan rumus : Q1,90

i = 0,00150 x

d4,90

Dimana :

i = Kemiringan garis tekan Q = Debit aliran d = Diameter ( θ) pipa yang digunakan Untuk memudahkan dalam perhitungan telah dibuatkan nomogram (terlampir). Nomogram terdiri dari 4 lajur, yaitu : Lajur pertama menunjukkan diameter pipa yang digunakan (terbagi bagian kiri • dalam mm dan kanan dalam inch) Lajur kedua menunjukkan debit (Q) dalam liter/detik • Lajur ketiga menunjukkan kecepaten aliran dalam pipa = V cm/detik • Lajur keempat (terakhir) menunjukkan i (kemiringan) garis tekan (hidraulic • gradient) dan angka ini yang digunakan dalam perhitungan kehilangan tenaga. 4.2.1. Penggunaan rumus Nomogram Biegelieisen - Bukowski Contoh : (sama seperti kasus di halaman 7) Diketahui : Sebuah desa memiliki sumber air dengan Q sumber = 2 liter/detik • Pemerintah membantu pipa GI Pipe θ = 2” • Jarak dari sumber ke bak tandon tempat penduduk mengambil air = 1200 meter. • Beda tinggi antara sumber dan bak tandon = 50 meter. • Pertanyaan : • Dapatkah air tersebut dialirkan ke bak tampung di desa tersebut ? Berapa tinggi kehilangan tenaga ? • Jawab : (lihat nomogram) Q = 2 lt/dt sudah diketahui dan θ = 2” (sdh diketahui) • Tarik garis dari θ = 2” (lajur pertama) ke angka 2 lt/det lajur 2 terus sampai • memotong lajur 4 (i), diperoleh i = 0,0275 d

Q

V

i

2”

2 lt/dt

0,0275


8


• •

•

Maka hf = i x L = 0,0275 x 1.200 = 33 m Dengan menggunakan rumus Darcy Weisbach untuk kasus yang sama hf = 33,80 meter. Sedangkan menggunakan rumus Biegelesien – Bukowski : hf = 33 meter. Ada perbedaan sebesar 0,80 meter. Memang angka yang diperoleh tidak mungkin sama tetapi agak mendekati sama.

Contoh kasus : (lihat gambar di bawah ini ) Grs Hidro Statis

H = 30 meter Q = 3 lt/detik L = 2.200 meter

Pertanyaan : Berapakah diameter pipa (θpipa ) yang diperlukan • Masalah dihadapi : Kasus ini berbeda dengan contoh kasus sebelumnya di mana pada kasus sebelum• nya diameter pipa (θpipa) sudah diketahui. Sedangkan pada kasus ini, baik θpipa maupun tinggi kehilangan belum diketahui. • Cara Penyelesaian : Cara Pertama : Tentukan terlebih dahulu θpipa, kemudian menghitung hf • Cara Kedua : Tentukan h f, kemudian kita menghitung θ pipa nya. • Penyelesaian : Cara pertama : • Misalkan kita ambil θpipa = 2” Dengan nomogram diperoleh : i = 0,06 Maka hf = 2.200 x 0,06 = 132 m > 30 m --- Air tak mungkin mengalir. Diubah θpipa = 4” – dari nomogram diperoleh i = 0,009 Maka hf = 2.200 x 0,0090 = 19,80 m < 30 m - ok Cara kedua : • Misalkan kehilangan tenaga hf = 15 m, maka i = 15/2.200 = 0,007 Dengan nomogram dihubungkan i = 0,007 dengan Q = 3 lt/detik diperoleh diameter pipa = θ pipa > 3”, maka kita ambil 4”. Dari nomogram diperoleh i = 0,009 maka hf = 0,0090 x 2.200 = 19,80 m < 30 m --- OK Kesimpulan : • Dari kedua cara ini, kami menganjurkan untuk menggunakan cara kedua, sebab lebih mudah dan lebih agak pasti dibandingkan cara pertama. Baik cara pertama maupun cara kedua, pertama-tama yang dilakukan adalah dengan cara coba-coba.


9


4.3. Rumus Hazen Williams Ada beberapa rumus yang biasa digunakan untuk menghitung kehilangan tenaga. Selain rumus yang telah dijelaskan di depan, masih ada lagi rumus lainnya, yaitu : Rumus Hazen Williams, sebagai berikut :

hf =

10,666 x Q

1,85

C1,85 x d4,85

Dimana : Q = Debit aliran dalam pipa (liter/detik) L = Panjang pipa (meter) C = Coefisien kekasaran pipa dari Hazen Williams

• • •

Tabel 3 : koefisien C dari Hazen Williams

Jenis Pipa Pipa besi cor baru Pipa besi cor suda tua (lama) Pipa baja baru Pipa baja tua

C 130 100 120 – 130 80 - 100

Untuk memudahkan dalam perhitungan, dapat menggunakan tabel 4 dan 5 di halaman 11 dan 12. Cara Penggunaan Tabel

Panjang pipa = L Diameter pipa = θ Debit air = Q

H

Menentukan : Qpipa dan hf Tentukan i = H/L x 100% Qaliran dalam pipa

Lihat tabel, dari tabel diperoleh diameter pipa. Dipilih θpipa yang terbesar

Maka kehilangan tenaga = h f = L x F Catatan : Pada saat menentukan faktor pada tabel, diperoleh dua kemungkinan, sebab nilai H/L x 100%, angkanya belum tentu sama persis dengan yang ada pada tabel, kemungkinan besar terletak diantara dua angka. Untuk itu, dipilih angka tertinggi, dengan sendirinya diperoleh θpipa yang lebih besar dan ini biasanya lebih pasti dan aman.


10


Tabel 4 : Faktor kehilangan tenaga oleh gesekan pipa besi baru dalam meter/100 meter (%)


11


Ta bel 5 : Faktor kehilangan tenaga oleh gesekan pipa PVC dalam meter/100 meter (%) Debit 0.10

DIAMETER PIPA 1/2" 4.20

3/4" 1.00

1" 0.25

1 1/4"

1 1/2"

2"

2 1/2"

3"

4"

0.08

0.15

8.80

2.20

0.53

0.17

0.07

0.20

15.00

3.70

0.90

0.28

0.12

0.25

22.00

5.50

1.35

0.44

0.18

0.30

31.00

7.80

1.90

0.60

0.25

0.35

41.00

10.00

2.45

0.80

0.34

0.40

53.00

13.00

3.10

1.00

0.43

0.45

66.00

16.30

4.00

1.25

0.54

0.13

0.50

19.00

4.80

1.50

0.65

0.16

0.55

23.50

5.60

1.80

0.78

0.19

0.60

27.50

6.60

2.10

0.90

0.22

0.65

32.00

7.80

2.40

1.04

0.25

0.70

36.00

8.70

2.70

1.19

0.28

0.75

41.00

9.90

3.10

1.32

0.33

0.10

0.80

45.00

11.00

3.50

1.50

0.37

0.12

0.85

52.00

12.50

4.00

1.70

0.41

0.14

0.90

57.00

14.00

4.50

1.90

0.45

0.15

0.95

63.00

15.00

4.90

2.10

0.50

0.17

1.00

16.50

5.40

2.25

0.55

0.18

0.08

1.05

18.00

5.80

2.50

0.60

0.20

0.09

1.10

19.50

6.30

2.70

0.67

0.22

0.095

1.15

21.50

6.90

2.95

0.71

0.24

0.10

1.20

23.00

7.30

3.20

0.78

0.26

0.11

0.30

26.50

8.60

3.75

0.90

0.29

0.13

1.40

30.00

10.00

4.25

1.00

0.34

0.15

0.50

35.00

11.20

4.90

1.15

0.39

0.17

0.60

39.00

12.50

5.50

1.30

0.43

0.19

0.70

44.00

14.20

6.05

1.45

0.49

0.21

0.80

49.00

15.90

6.90

1.60

0.54

0.24

0.90

55.00

17.40

7.50

1.80

0.60

0.26

2.00

60.00

19.00

8.00

2.00

0.66

0.28

2.20

22.50

9.70

2.35

0.79

0.34

2.40

26.80

11.50

2.75

0.90

0.40

2.60

31.00

13.30

3.20

1.05

0.45

2.80

35.10

15.20

3.70

1.20

0.52

3.00

40.00

17.00

4.20

1.36

0.60

3.20

45.00

19.30

4.70

1.52

0.68

3.40

50.00

21.90

5.25

1.70

0.75

3.60

56.00

24.00

5.80

1.90

0.84

0.20

3.80

62.00

26.00

6.30

2.10

0.90

0.22

4.00

69.00

29.00

7.00

2.30

1.00

0.24

4.50

36.00

8.80

2.80

1.20

0.30

5.00

44.00

10.50

3.50

1.50

0.37

5.50

62.00

12.50

4.20

1.75

0.44

6.00

14.70

4.90

2.10

0.52

6.50

17.00

5.60

2.40

0.60

7.00

19.50

6.50

2.80

0.70


12


Contoh kasus : Grs Hidro Statis

H = 30 meter Q = 3 lt/detik L = 2.200 meter

Pertanyaan : Berapakah diameter pipa (θpipa ) yang diperlukan jika digunakan pipa GI. • Masalah dihadapi : Kasus ini berbeda dengan contoh kasus sebelumnya di mana pada kasus sebelum• nya diameter pipa (θpipa) sudah diketahui. Sedangkan pada kasus ini, baik θpipa maupun tinggi kehilangan belum diketahui. • Cara Penyelesaian : H/L = 30/2.200 x 100% = 1,3636% Dari tabel 4, diperoleh F = antara 0,92 – 2,10 Qpipa = 3 liter/detik

F = 0,92 untuk θ 3” F = 2,10 untuk θ 2 ½”

Disini dipilih F = 0,92 dan θ 3” Maka hf = L x F = 2.200 x 0,92% = 20,24 m Bandingkan dengan perhitungan Biegeleisen di halaman 9. Catatan : Menurut pengalaman selama menangani air bersih pedesaan. Dalam melakukan perhitungan, sebaiknya menggunakan nomogram (Biegeleisen – Bukowski) atau dengan menggunakan tabel (Hazen Williamz). Diantara kedua cara ini, mana yang lebih mudah ??. Menurut pengalaman keduanya mudah tergantung keadaan. Untuk menghitung secara cepat, memang sebaiknya menggunakan Biegeleisen – Bukowski, tetapi untuk menghitung secara teliti menggunakan komputer, memang sebaiknya menggunakan tabel. Terutama untuk jaringan yang rumit dan luas, dianjurkan menggunakan tabel Hazen Williams di atas. Selesaikan kasus berikut ini : Air dari sebuah sumber, akan dialirkan ke sebuah bak yang jaraknya 2.600 meter • dari sumber. Debit yang akan dialirkan 2,50 liter/detik • Perbedaan tinggi antara sumber air dengan bak = H = 42 meter • Hitunglah : Berapakah kehilangan tenaga (h f) – hitung dengan nomogram dan tabel. •


13


5. TEKANAN YANG TERJADI DI DALAM PIPA 5.1. Tekanan Air Dalam Keadaan Diam Tekanan yang terjadi pada pipa dapat dibagi dua, yaitu tekanan statis dan tekanan dinamis. Contoh tekanan statis dijelaskan dengan gambar, sebagai berikut : Garis Tekanan hidrostatis

Sumber Air

H2 H1

H3

B

Gbr 11 ; Tekanan statis

A

C

Gambar 11 : adalah gambar air pada pipa dalam keadaan diam. Pada keadaan ini, tekanan yang terjadi adalah tekanan statis. Garis tekan hidrostatis dari sumber air. Tekanan yang terjadi di titik : A = H1 yaitu perbedaan tinggi dari muka air sumber sampai ke titik yang ditinjau (A) B = H2 yaitu perbedaan tinggi dari muka air sumber sampai ke titik yang ditinjau (B) C = H3 yaitu perbedaan tinggi dari muka air sumber sampai ke titik yang ditinjau (C) Tekanan yang terjadi = A = P A/ = H1 (meter) 3  = berat jenis air = 1 ton/m Tekanan di A = P A = H1 m x  (ton/m3) = H1 ton/m3 = Misalkan H1= 25 meter, maka PA = 25 m x 1 t/m3 = 25 t/m2 = 2,5 kg/cm2 = 2,50 atm 5.2. Tekanan yang terjadi dalam pipa saat air mengalir Pengaliran air dalam pipa akan menimbulkan kehilangan tenaga (h f) akibat geseran. Misalkan kehilangan tenaga seperti gambar di bawah ini : Garis Tekanan hidrostatis

hf1 Sumber Air

hf2

HGL

hf3

h2

h1

B

A

h3

Gbr 10 : Kehilangan tenaga pada aliran pipa

C

Akibat geseran air dengan dinding pipa terjadi pengurangan tekanan di titik-titik A, B dan C sebesar h f1; hf2; dan h f3.


14


5.2.1. Tekanan negatif Tekanan negatif adalah tekanan yang garis hidraulisnya memotong jalur pipa. Contoh gambar di bawah ini. Garis Tekanan hidrostatis

Sumber Air

hf1

HGL

hf2 h1

B

hf3

C D h3

Gbr 11 : Garis Tekan Negatif

A

C

Garis HGL memotong pipa pada titik C dan D, pada bagian ini terjadi tekanan negatif. Akibat tekanan negatif : pada bagian C – D terjadi vakuum dan air tidak mengalir. Cara mengatasinya : Turunkan bagian B – D dengan ke dalam tanah (ditanam). Permasalahannya adalah • seberapa dalam harus ditanam ??. Kira-kira minimal lebih dalam dari 5 m dan ini cukup sulit dan mahal. Atau alihkan jalur pipa ke lokasi yang lebih rendah. Naikkan garis HGL dengan memperbesar pipa pada bagian B – D. Dengan • memperbesar diameter pipa (θpipa), berarti garis HGL dapat naik dan terjadi tekanan positif. Dengan mengubah diameter pipa pada bagian B – D, akan terjadi garis tekan sebagai berikut : Garis Tekanan hidrostatis

Sumber Air

hf2

HGL

hf3

hf1 h1

h2

h3

C B A

hf4

h4

D

Gbr 11 : Garis Tekan Negatif

h5

C

Tekanan yang terjadi pada setiap titik dari jalur pipa menjadi positif. Dengan memperbesar diameter pipa di bagian B – D, maka garis tekan akan menjadi positif. Tekanan yang terjadi di titik C = h 3. Besarnya h3 minimal harus lebih besar 5 meter. Jika kurang, akan terjadi gelembung-gelembung udara yang dapat menghambat aliran air dalam pipa. Kantung udara Gelembung Udara


15


5.2.2. Tekanan Maksimum Berapakah tekanan maksimum yang diijinkan untuk pipa ?. Besarnya tekanan maksimum tergantung dari kekuatan pipa yang akan dipakai. Ada berbagai jenis pipa yang tersedia dalam perdagangan dengan berbagai kekuatan tertentu. Untuk itu, kita harus mengetahui berapa kekuatan pipa. Kekuatan pipa dinyatakan dalam satuan ATM (Atmosfeer). Misalnya pipa dengan 8 Atm, berarti pipa ini kuat menahan tekanan air sebesar 8 atm atau = setinggi 80 m (1 atam = 10 m tekanan air/cm2). Oleh karenanya tekanan maksimum ditentukan dengan berpedoman pada kakuatan pipa yang tersedia. Contoh kasus berikut ini : Garsi Hidrostatis

hf 1 HGL

80 m

hf 2 80 m D

120 80 meter meter

A

C

Lembah

B

Gbr 11 : Pipa di daerah lembah

Jalur Kritis

Jaringan pipa melalui lembah yang bagian terrendah terletak 120 m lebih rendah dari sumber air. Sedangkan pipa yang tersedia dengan kekuatan 8 atm, berarti 80 meter. • Pertanyaannya : Apakah pipa tersebut dapat digunakan secara langsung dipasang dari sumber air ke titik D? Jawaban : Tidak dapat digunakan karena Tekanan statis = 120 m = 12 atm, sedangkan • kekuatan pipa = 80 m = atm. Jika dipasang, saat air mengalir pipa langsung pecah. Jalur A – C = jalur kritis, pipa pada bagian ini akan pecah. • Cara mengatasinya : • Membuat bangunan bak pemecah tekanan – akan dijelaskan secara khusus. ° Mengalihkan jalur pipa – jika mungkin, sehingga tekanan yang terjadi tidak ° melampaui batas maksimum. Mengganti dengan pipa yang kuat menahan tekanannya di atas 120 m – mahal. ° •

5.3. Manfaat Besarnya Tekanan yang terjadi di Percabangan dan Kran Umum 5.3.1. Percabangan Biasa Dimaksudkan percabangan biasa adalah percabangan pipa yang menuju ke permukiman misalnya seperti pada sistem cabang atau buntu. Untuk itu, kita perlu mengetahui tekanan yang tersedia pada cabang, guna menentukan apakah air dapat mengalir ke pipa cabang.


16


Misalkan sebagai berikut : Sumber Air  0,00

A (- 35 m)

B (- 55 m)

L 1 = 350 m Q 1 = 3,00 ltr/det

L 2 = 400 m Q 2 = 2 00 ltr/det

L 3 = 250 m Q 3 = 1,00 ltr/det

C (- 55 m)

Dari gambar terlihat bahwa : Pada setiap titik penting terdapat informasi mengenai ketinggian titik tersebut • dari sumber air. Dengan menganggap tinggi ( elevasi) sumber air = 0,00. Jarak pipa dan debit aliran juga diketahui ( lihat gambar). • Skema ini merupakan skema yang biasa dibuat pada jalur pipa • Pertanyaan : Berapa tekanan di B agar air dapat mengalir ke C jika dipakai pipa besi baru. • Sket tinggi kehilangan tenaganya • Jawab : Pertama-tama kita tinjau jaringan pipa dari sumber ke B, sebagai berikut : • Hidrostatis

hf 1

Sumber  0,00

L1 = 350 m Q1 = 3,00 ltr/det

Hidrostatis

A’ P A/

hf 2

A ( - 35,00 m) L1 = 400 m Q1 = 2,00 ltr/det B ( - 55,00 m) •

Perhitungan dengan Tabel Hazen Williams dari Sumber - A Q = 3,00 ltr/det Tabel diperoleh : θ pipa = 2” – f = 6,70 dan H/L = 35/350 x 100% = 10 θ pipa = 1 ½” – f = 26,70 Dipakai : θ pipa (1) = 2” – f = 6,70 Maka hfA= L x f = 350 x 6,70% = 23,45 m Berarti tekanan di A = 35 – 23,45 = P A/ = 11,55 m Maka elevasi A’ = 0,00 – 23,45 = - 23,45 m


17


•

Perhitungan dengan Tabel Hazen Williams dari A – B H = - 23,45 - (- 55) = + 31,55 m Dari tabel diperoleh antara : H/L2 x 100% = 31,55/400 x 100% = 7,89 θ 2” – f = 3,20 dan Q2 = 2,00 ltr/det θ 1 ½” – f = 12,80 Dipakai θ 2” – f = 3,20 Maka hfC = L2 x 3,20% = 400 x 3,20% = 12,80 m Tekanan di B = PB/ = 31,55 – 12,80 = 18,70 m Gambar kehilangan tenaga dari sumber – B : Hidrostatis hf A = 23,45 m

Sumber  0,00

Hidrostatis

HGL

A’

L1 = 350 m Q1 = 3,00 ltr/det

P A/ = 11,55 m

hf C = 12,80 HGL

A ( - 35,00 m)

PB /  = 18,75 m L2 = 400 m Q2 = 2,00 ltr/det B ( - 55,00 m)

•

Perhitungan dari A ( cabang) ke C Untuk perhitungan di cabang, tekanan yang tersedia di cabang merupakan tinggi tekanan yang diperlukan untuk mengalirkan air ke pipa cabang. A’ ( - 23,45)

Hidrostatis

P A / = 11,55 m

hf C

A (- 35,00) H = 31,55 L3 = 250 m Q3 = 1,00 ltr/det

PC/

C (- 55,00)

H = - 23,45 – ( - 55,00) = 31,55 m H/L x 100% = 31,55/250 x 100 = 12,62% Q = 1 liter/detik

Dari tabel diperoleh antara : θ 1 ¼” – f = 8,20% f = 26,20% θ 1 ” –

Dipakai θ 1 ¼” – f = 8,20% Maka hfC = L3 x f% = 250 x 8,20% = 20,50 m Tekanan di C = h C/ = 31,55 – 20,50 = 11,05 m


18


Hasil perhitungan disajikan dengan gambar : Hidrostatis Sumber  0,00

hf A = 23,45 m

HGL

L1 = 350 m Q1 = 3,00 ltr/det θ1 = 2”

Hidrostatis

A’ P A/ = 11,55 m

hf C = 12,80 m HGL

A ( - 35,00 m)

PC/ = 18,75 m L2 = 400 m Q2 = 2,00 ltr/det θ2 = 2” B ( - 55,00 m)

Hidrostatis

A’ ( - 23,45)

P A / = 11,55 m

hf C = 20,50 HGL

A (- 35,00)

PC/ = 11,05

L 3 = 250 m Q 3 = 1,00 ltr/det θ 3 = 1 ¼”

C (- 55,00)

Gambar seperti di atas ini biasanya disajikan pada perencanaan penggambaran teknis. Hasil perhitungan dibuatkan tabel, sebagai berikut : Jalur

Panjang pipa (m)

Diameter (inch)

Debit aliran (liter/detik)

Sumber – Cabang (A) Cabang A - B Cabang - C

350 m 400 m 250 m

2” 2” 1 ¼”

3,00 ltr/det 2,00 ltr/det 1,00 ltr/det

Untuk memudahkan perhitungan, dapat dilakukan dengan sistem tabel yang akan dijelaskan dengan menggunakan contoh-contoh. Dari penjelasan dan contoh ini, dapat disimpulkan bahwa pengaliran pada percabangan adalah : Ada tekanan positif di titik percabangan (PA/) • • Tekanan ini dipakai sebagai elevasi untuk menentukan tinggi tekanan statis di pipa percabangan. Pada contoh kasus ini tekanan yang tersedia di cabang = PA/ = 11,55 m • Perhitungan dilakukan per jalur pipa yang melalui cabang. • Kemudian dari cabang, perhitungan dilakukan untuk jalur berikutnya. •


19


Perhitungan dengan menggunakan tabel Sumber Air  0,00

A (- 35 m)

B (- 55 m)

L 1 = 350 m Q 1 = 3,00 ltr/det

L 2 = 400 m Q 2 = 2,00 ltr/det

L 3 = 250 m Q 3 = 1,00 ltr/det

C (- 55 m)

Panjang

Debit

HGL

Elevasi

Tekanan

H/L x 100

Diameter

Faktor

Kehilangan

Elv HGL

Tinggi

Sta (1)

Station Sta (2)

Pipa (L)

Q (ltr/det)

Sta 1

Sta 2

Statis

(%)

Pipa ( )

Geser (F)

Tenaga (hf)

Sta 2

Tek Sta 2

[3]

[4]

[6]

[7]=[5]-[6]

[9]

[10]

[11]=[3]*[10]

[12]=[5]-[11]

[13]=[12]-[6]

[1]

[2]

Sumber

A

350

3

[5] 0

-35

35

[8] 10

2"

6.7

23.45

-23.45

11.55

A

B

400

2

-23.45

-55

31.55

7.89

2"

3.2

12.8

-36.25

18.75

A

C

250

1

-23.45

-55

31.55

12.62

1 1/4"

8.2

20.5

-43.95

11.05

Catatan : • • • • • • •

Station 1 dan 2 adalah bagian yang ditinjau pada satu jalur antara. Kolom 9 dan 10 dilihat pada tabel Perhitungan akan jauh lebih mudah menggunakan komputer dengan program Excel Perhitungan dengan tabel akan memudahkan perhitungan jaringan pipa yang rumit. Perhitungan bagian demi bagian seperti contoh di halaman 17 s/d 19, sukar untuk mengontrol kesalahan yang dilakukan. Dianjurkan untuk menghitung jaringan pipa menggunakan tabel, seperti contoh yang diberikan ini. Pengalaman penulis untuk menghitung jaringan pipa distribusi, lebih mudah dengan sistem tabel dan memakai rumus Hazen Williams yang telah dibuatkan tabel.


20


5.3.2. Tekanan pada Kran Umum Kran umum adalah bangunan pengambilan air, yang biasa disebut “Public Tap ” , seperti yang telah dijelaskan pada manual yang lalu. (Kebutuhan Air dan Pembagiannya Dengan Sistem Jaringan Perpipaan ). Pada prinsipnya pengambilan air untuk bangunan kran umum, dilakukan dengan percabangan pipa. Sebab, pipa pengambilan air untuk kran umum langsung dicabang dari pipa induk atau pipa distribusi dengan menggunakan pipa berdiameter lebih kecil. Perlu diperhatikan disini adalah, pada saat pemakaian puncak (Qpeak = Qpuncak) semua kran pengambilan dalam keadaan terbuka – pada situasi ini jangan sampai ada kran umum yang tidak mengeluarkan air. Jika hal ini terjadi, pasti akan menimbulkan keributan di kalangan kelompok pemakai air. Misalnya antara kelompok pemakai kran umum satunya dengan kran umum lainnya. Oleh karenya perlu diperhatikan letak kran umum terhadap pipa induk atau distribusi yang ditinjau dari tinggi kehilangan tenaga.


5.3.2. Tekanan pada Kran Umum Kran umum adalah bangunan pengambilan air, yang biasa disebut “Public Tap ” , seperti yang telah dijelaskan pada manual yang lalu. (Kebutuhan Air dan Pembagiannya Dengan Sistem Jaringan Perpipaan ). Pada prinsipnya pengambilan air untuk bangunan kran umum, dilakukan dengan percabangan pipa. Sebab, pipa pengambilan air untuk kran umum langsung dicabang dari pipa induk atau pipa distribusi dengan menggunakan pipa berdiameter lebih kecil. Perlu diperhatikan disini adalah, pada saat pemakaian puncak (Qpeak = Qpuncak) semua kran pengambilan dalam keadaan terbuka – pada situasi ini jangan sampai ada kran umum yang tidak mengeluarkan air. Jika hal ini terjadi, pasti akan menimbulkan keributan di kalangan kelompok pemakai air. Misalnya antara kelompok pemakai kran umum satunya dengan kran umum lainnya. Oleh karenya perlu diperhatikan letak kran umum terhadap pipa induk atau distribusi yang ditinjau dari tinggi kehilangan tenaga. Kehilangan tenaga A - B Kehilangan tenaga katup Kehilangan tenaga B - C Tekanan saat kran umum tidak digunakan

A

Pipa Induk

Tekanan yang tersedia untuk kran

B

C

Tekanan yang tersedia pada kran umum antara 5 – 15 meter. Jika tekanan yang tersedia terlalu besar, maka air yang keluar sangat deras dan kran mudah rusak. Dalam perhitungan, usahakan tekanan yang terjadi pada kran tidak lebih dari 15 m. Jika lebih rendah dari 5 m, air yang keluar sangat lemas/lambat. Kehilangan Tenaga pada katup ( stop kran ) sangat kecil, dalam perhitungan biasanya dapat diabaikan. 5.4. Kolam Tiga Tando Kolam tiga tando adalah sistem percabangan untuk memungkinkan pelayanan pada sistem distribusi atau dapat juga digunakan untuk memanfaatkan beberapa sumber air yang pengalirannya dengan sistem percabangan atau tanpa bak perantara. Pada perhitungan kolam tiga tando, yang perlu diperhatikan adalah arah pengalirannya harus benar dan persyaratan tinggi tekanan tersedia yang diperlukan untuk ter jadinya pengaliran harus sesuai dengan perencanaan.


21


Ada tiga kemungkinan pengaliran kolam tiga tando, yang dapat dijelaskan sebagai berikut :

A

B Q1 Q2

T Q3

C

Gambar sistem pengaliran kolam tiga tando. Ada tiga kemungkinan pengaliran yang terjadi, yaitu : 1. Dari (A + B) ke T (Cabang) kemudian ke C A T

B

C

2. Dari (A) ke (T) ke (C) dan ke (B) = 0 A

T

C

3. Dari (A) ke (T) ke (B + C) B A

T C

Tiga keadaan ini, dapat dilihat dari tinggi garis tekan pada titik cabang (T) terhadap tinggi muka air di A (ma A ) dan tinggi muka air di B (ma B). Tiga kemungkinan tersebut: Kemungkinan (1)

A

hf 1

hf 2 B Q1

Q2

PT /

hf 3

A B

T

C

T Q3

Gbr Situasi Kehilangan Tenaga & Garis Tekan


C

22


Kemungkinan (1) hanya bisa terjadi jika garis tekan di T (PT /) lebih rendah dari elevasi muka air di kolam A (Z A) dan Kolam B (ZB), tetapi lebih tinggi dari tinggi muka air di kolam C (Z C). Persamaan yang harus dipenuhi (lihat gambar garis tekan di halaman 22) hf1 = ZA – (ZT + PT /) • • hf2 = ZB – (ZT + PT /) hf3 = ZT + PT /) • Q1 + Q2 = Q3 atau Q1 + Q2 - Q3 = 0 • Kemungkinan (2)

A

T

C

hf 1

A

B

Q1

Q2 = 0 Hf 3

T Q3

C

Gambar Kehilangan Tenaga & Garis Tekan Persamaan yang harus dipenuhi : hf1 = ZA – (ZT + PT /) • hf3 = ZT + PT / • • hf2 = 0 Q1 = Q3 ----- Q1 – Q3 = 0 • • Q2 = 0 B

Kemungkinan (3)

T

A

C

hf 1

A

hf 2 PT /

B

Q1

hf 3

Q2

T Q3

Gambar Kehilangan Tenaga & Garis Tekan


C

23


Persamaan yang harus dipenuhi : hf1 = ZA – (ZT + PT /) • hf2 = ( ZT + PT /) - ZB • hf3= ZT + PT / • Q1 – Q2 - Q3 = 0 • Atau Q1 = Q2 + Q3 • Contoh Kasus : Dua buah sumber air akan dialirkan ke satu bak penampung melalui percabangan (T) ke penampang. Situasi sebagai berikut : 

0,00

- 20,00

Pipa 1

Pipa 2

T (- 50) Pipa 3

Pipa (1) (2) (3)

Panjang (m) 1.300 900 2.100

- 80,00

Debit (ltr/det) 3,00 2,50 5,50

Pipa yang dipakai dengan kekuatan 8 atm Pertanyaan : Tentukan besarnya kehilangan tenaga • Berapakah besarnya Tekanan di T • • Berapakah diameter pipa yang diperlukan ? Gambarkanlah Garis tekan danb kehilangan tenaga • Pertanyaan yang diajukan ini sebenarnya merupakah hal-hal yang harus dihitung, karena semua jawaban pertanyaan di atas merupakan hasil dari seluruh perhitungan yang tak dapat dipisahkan satu dengan lainnya (saling terkait). Perhitungan dilakukan dengan tabel perhitungan, seperti di halaman selanjutnya Persamaan yang harus dipenuhi (lihat gambar garis tekan di halaman 22) hf1 = ZA – (ZT + PT /) • hf2 = ZB – (ZT + PT /) • hf3 = ZT + PT /) • Q1 + Q2 = Q3 atau Q1 + Q2 - Q3 = 0 •


24


A

hf 1

hf 2 B Q1

Q2

PT/

hf 3

T ( - 50,00) Q3

C

Panjang

Debit

HGL

Elevasi

Tekanan

H/L x 100

Diameter

Faktor

Kehilangan

Elv HGL

Tinggi

Sta (1)

Station Sta (2)

Pipa (L)

Q (ltr/det)

Sta 1

Sta 2

Statis

(%)

Pipa ( )

Geser (F)

Tenaga (hf)

Sta 2

Tek Sta 2

[4]

[5]

[6]

[7]=[5]-[6]

[8]

[1]

[2]

[3]

A

T

1,300

3.00

0

(50.00)

50.00

3.85

2 1/2"

[9]

[10] 2.10

[11]=[3]*[10] 27.3

(27.30)

22.70

B

T

900

2.50

-20

(50.00)

30.00

3.33

3"

1.50

13.5

(33.50)

16.50

T

C

2,100

5.50

(27.30)

(80.00)

52.70

2.51

4"

14.28

(41.58)

38.42

0.68

[12]=[5]-[11]

[13]=[12]-[6]

Hasil perhitungan : Pipa (1) (2) (3)

Panjang (m) 1.300 900 2.100

Kehilangan Tenaga (hf) hf1 = 27,30 m hf2 = 13,50 m hf3 = 14,28 m

Debit aliran Q1 = 3,00 ltr/detik Q2 = 2,50 ltr/detik Q3 = 5,50 ltr/detik

Diameter (θ) inch 2 ½” 3” 4”

P/ 22,70 m < 80 m – ok aman 16,50 m < 80 m – ok aman 38.42 m < 80 m – ok aman

Perhitungan dengan menggunakan tabel jauh lebih mudah dan kontrol kesalahan juga mudah. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada contoh-contoh kasus yang disiapkan secara khusus. Tugas : Coba Anda gambarkan garis tekannya (skets saja)


25


Contoh kasus : Situasi jaringan pipa seperti gambar di bawah ini : Sumber Air 

Q

0,00

Res 1 ( - 25,00)

Q2

A, ( - 45,00)

Q1

B, ( - 60,00) RT. 2

RT. 1

Q3 I, (- 60,00) Res 2 (- 65,00) H, ( - 50,00)

Q4 D, ( - 90,00)

C, ( - 75,00)

K, (- 85,00)


Contoh kasus : Situasi jaringan pipa seperti gambar di bawah ini : Sumber Air 

Q

0,00

Res 1 ( - 25,00)

Q2

Q1

A, ( - 45,00)

B, ( - 60,00) RT. 2

RT. 1

Q3 I, (- 60,00) Res 2 (- 65,00) H, ( - 50,00)

Q4 K, (- 85,00)

C, ( - 75,00)

D, ( - 90,00)

Q5

J, (- 70,00)

Q6 E, (- 110) Res 3, (- 95)

F, (- 125)

Q8

Q7

Q9 G, (- 125)

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Jalur

Jarak (m)

Jalur arah kanan Sumber – Reservoir 1 450 m Reservoir 1 – Titik A 380 m Titik A – Titik B 310 m Titik A – Reservoir 2 320 m Reservoir 2 - Titik C 180 m Titik C – Titik D 245 m Titik C – Reservoir 3 340 m Reservoir 3 – Titik E 360 m Titik E – Titik F 310 m Titk E – Titik G 270 m Jalur arah kiri Reservoir 1 – Titik H 410 m Titik H – Titik I 290 m Titik H – Titik J 280 m Titik J – Titik K 310 m Total 4.455 m

Jumlah orang dilayani ---------230 jiwa 275 jiwa 160 jiwa 115 jiwa 200 jiwa 290 jiwa 255 jiwa 260 jiwa 215 jiwa 330 jiwa 260 jiwa 230 jiwa 220 jiwa 3.040 jiwa

Pertanyaan : Rencanakan sistem distribusi tersebut sampai dengan tahun 2018. Pertambahan penduduk • per tahun = 2,5% dan penentuan kran umum dapat berdasarkan penduduk atau jarak. Gambarkanlah garis tekan jaringan pipa tersebut. • Pipa yang digunakan adalah pipa besi (GI pipe) •


26


Perhitungan : Pemakaian air per hari = 80 liter/orang/hari Pertambahan penduduk s/d 2018 = P 2018 = P2004 x ( 1 + r) n = P2004 x ( 1 + 2,5%)14 = P2004 x 1,4130 Tabel hasil perhitungan untuk reservoir Sumber

Penduduk

Res 1

2005

Pemakaian air

Volume

Debit

2015

per hari

Res

harian rata-rata

[4] = [3] x 1,4130

[5] = [4] * 80/1000

[6] = [5] * 50%

[7] = [5]/86,40

-----

-----

-----

-----

[1]

[2]

Sumber

Res 1

450

Res 1

Titik A

230

324.99

26.00

13.00

0.30

Titik A

Titik B

275

388.58

31.09

15.54

0.36

Titik A

Res 2

160

226.08

18.09

9.04

0.21

Res 2

Titik C

115

162.50

13.00

6.50

0.15

Titik C

Titik D

200

282.60

22.61

11.30

0.26

[3]

Titik C

Res 3

290

409.77

32.78

16.39

0.38

Res 3

Titik E

255

360.32

28.83

14.41

0.33

Titik E

Titik F

260

367.38

29.39

14.70

0.34

Titik E

Titik G

215

303.80

24.30

12.15

0.28

Res 1

Titik H

330

466.29

37.30

18.65

0.43

Titik H

Titik I

260

367.38

29.39

14.70

0.34

Titik H

Titik J

230

324.99

26.00

13.00

0.30

Titik J

Titik K

220

310.86

24.87

12.43

0.29

3,490

4,296

344

172

Total Sumber

Reservoir 1

3.98

450

3.98

Perhitungan kapasitas masing-masing Reservoir : Reservoir

Reservoir 1

Reservoir 2

Reservoir 3

Melayani Jalur Reservoir 1 – Titik A Titik A – Titik B Titik A – Reservoir 2 Reservoir 1 – Titik H Titik H – Titik I Titik H – Titik J Titik J – Titik K Total Reser 2 – Titik C Titik C – Titik D Titik C – Reservoir 3 Total Reservoir 3 – Titik E Titik E – Titik F Titik E – Titik G Total

3

Kapasitas (m ) 13,00 15,54 9,04 18,65 14,70 13,00 12,43 96,36 = 100 m 6,50 11,30 16,39 34,19 = 35 m 14,41 14,70 12,15 41,26 = 42 m

Hasil perhitungan

100 m

3

3

35 m

3

42 m

Perhitungan aliran pelayanan : No

Jalur

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Reservoir 1 – Titik A Titik A – Titik B Titik A – Reservoir 2 Reservoir 2 - Titik C Titik C – Titik D Titik C – Reservoir 3 Reservoir 3 – Titik E Titik E – Titik F Titk E – Titik G Reservoir 1 – Titik H Titik H – Titik I Titik H – Titik J Titik J – Titik K


Jarak (m) 380 m 310 m 320 m 180 m 245 m 340 m 360 m 310 m 270 m 410 m 290 m 280 m 310 m

Jumlah orang dilayani 2014 325 jiwa 389 jiwa 226 jiwa 163 jiwa 283 jiwa 410 jiwa 361 jiwa 368 jiwa 304 jiwa 467 jiwa 367 jiwa 325 jiwa 311 jiwa

Jml Kran Umum 2 3 2 1 2 3 3 3 2 3 3 2 2

Debit kran umum (N/s x 18,52 lt)/ 4 jam 0,20 lt/det 0,17 lt/det 0,15 lt/det 0,20 lt/det 0,175 lt/det 0,175 lt/det 0,155 lt/det 0,16 lt/det 0,195 lt/det 0,20 lt/det 0,157lt/det 0,21 lt/det

27


Perhitungan debit aliran dalam pipa Sumber Air 

Q

0,00

Res 1 ( - 25,00)

Q2

Q1

A, ( - 45,00)

B, ( - 60,00)

Q10 RT. 1

RT. 2

Q11

Q3

I, (- 60,00)

Res 2 (- 65,00)

Q12

H, ( - 50,00)

Q4 K, (- 85,00)

C, ( - 75,00)

D, ( - 90,00)

Q13

J, (- 70,00)

Q5 Q6

E, (- 110) Res 3, (- 95)

F, (- 125)

Q8

Q7

Q9 G, (- 125)

Perhitungan debit aliran harian (Debit Rencana) Q 7 = Q Re s 3 – E + (Q 8 + Q 9) = 0,33 + 0,34 + 0,28 = 0,95 lt/detik Q 6 = QC – R es 3 + Q7 = 0,38 + 0,95 = 1,33 lt/det Q 4 = Q Re s 2 – C + Q5 + Q6 = Q R es 2 – C + Q C – D + Q6 = 0,15 + 0,26 + 1,33 = 1,74 lt/det Q 3 = Q A – Re s 2 + Q4 = 0,21 + 1,74 = 1,95 lt/det Q 1 = Q R es 1 – A + Q2 + Q3 = Q Res 1 – A + QA - B + Q3 = 0,30 + 0,36 + 1.95 = 2,61 lt/det Q 13 = Q J – K = 0,29 lt/det Q 12 = Q H – J + Q13 = 0,30 + 0,29 = 0,59 lt/det Q 10 = Q 11 + Q 12 + Q Res 1 – H = Q HI + Q 11 + QRes 1 – H = 0,34 + 0,59 + 0,43 = 1,36 lt/det

Q = Q1 + Q10 = 2,61 + 1,36 = 3,97 lt/detik Maka debit yang diambil dari sumber air = Q = 3,97 lt/detik = 4,00 lt/detik Setelah diketahui debit pipa masing-masing, barulah dihitung tinggi kehilangan tenaga yang terjadi dan diameter pipa yang diperlukan.


28


Perhitungan kehilangan tenaga dan tinggi tekanan dengan menggunakan tabel (perhitungan menggunakan Excel) Panjang

Debit

HGL

Elevasi

Tekanan

H/L x 100

Diameter

Faktor

Kehilangan

Elv HGL

Tinggi

Sta (1)

Station Sta (2)

Pipa (L)

Q (ltr/det)

Sta 1

Sta 2

Statis

(%)

Pipa ( )

Geser (F)

Tenaga (hf)

Sta 2

Tek Sta 2

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]=[5]-[6]

[8]

[9]

[10]

[11]=[3]*[10]

[12]=[5]-[11]

[13]=[12]-[6]

Arah kanan Sumber

Res 1

450

4.00

0

(25.00)

25

5.56

2 1/2"

3.55

15.98

(15.98)

9.03

Res 1

Titik A

380

2.61

(25.00)

(45.00)

20

5.26

2 1/2"

1.60

6.08

(31.08)

13.92

Titik A

Titik B

310

0.36

(31.08)

(60.00)

28.92

9.33

1 1/4

1.20

3.72

(34.80)

25.20

Titik A

Res 2

320

1.95

(31.08)

(65.00)

33.92

10.60

1 1/4"

7.50

24.00

(55.08)

9.92

Res 2

Titik C

180

1.74

(65.00)

(75.00)

10

5.56

2"

2.25

4.05

(69.05)

5.95

Titik C

Titik D

245

0.26

(69.05)

(90.00)

20.95

8.55

1 1/4

0.68

1.67

(70.72)

19.28

Titik C

Res 3

340

1.33

(69.05)

(95.00)

25.95

7.63

1 1/2"

5.94

20.196

(89.25)

5.75

Res 3

Titik E

360

0.95

(95.00)

(110.00)

15

4.17

1 1/2"

3.20

11.52

(106.52)

3.48

Titik E

Titik F

310

0.34

(106.52)

(125.00)

18.48

5.96

1 1/4"

1.20

3.72

(110.24)

14.76

Titik E

Titik G

270

0.28

(106.52)

(125.00)

18.48

6.84

1 1/4

0.90

2.43

(108.95)

16.05

Arah Kiri Res 1

Titik H

410

1.36

(25.00)

(50.00)

25

6.10

1 1/2"

4.00

16.4

(41.40)

8.60

Titik H

Titik I

290

0.34

(41.40)

(60.00)

18.6

6.41

1 1/4

1.20

3.48

(44.88)

15.12

Titik H

Titik J

280

0.59

(41.40)

(70.00)

28.6

10.21

1 1/4

3.22

9.016

-50.416

19.584

Titik J

Titik K

310

0.29

(50.42)

(85.00)

34.584

11.16

1"

2.80

8.68

-59.096

25.904

Catatan :

Menggunakan pipa 1” sudah mencukupi, tetapi karena tinggi tekanan yang terjadi mendekati nol, maka diubah dengan memperbesar pipa menjadi 1 ¼”. Contoh ini telah memberikan gambaran perencanaan sesungguhnya dan perhitungan juga cukup kompleks dan semakin luas - memerlukan ketelitian. Ketelitian terutama pada penentuan debit aliran tiap pipa (perhitungan di halaman 28). Jika perhitungan ini salah, maka seluruhnya akan menjadi salah. Jika perhitungan tinggi kehilangan tenaga dilakukan secara biasa, akan menjadi sulit dan memerlukan ketelitian, tetapi dengan tabel, menjadi jauh lebih mudah. Perhitungan menggunakan tabel, dapat dilakukan dengan komputer menggunakan program EXCEL. Dari hasil perhitungan, maka kita sudah dapat menggambar tinggi kehilangan (hal 30) tenaga akibat geseran pipa.


29


Gambar tinggi kehilangan tenaga dan tinggi tekanan pada bagian kanan jaringan L2 = 380 m Q = 2,61 l/dt θ 2 ½”

hf = 15,98 Sumber ( 0,00) L1 = 450 m Q = 4 l/dt θ 2 ½”

hf = 6,08m

Res 1 (- 25,00)

hf = 3,72 m

- 31,08 P/ = 13,92 m

hf = 24,00 m

A (- 45,00) hf =25,20 m

L2 = 1 80 m Q = 1,74 l/dt θ2” P/  = 9,93 m

hf = 1,67 m

hf = 4,05 m

L2 = 320 m Q = 1,95 l/dt θ 1 ¼”

Res 2 (- 65,00)

P/  = 5,95 m

B (- 60,00)

hf = 20,196 m L2 = 360 m Q = 0,95 l/dt θ 1 ½”

C (- 75,00)

P/  = 19,28 L2 = 245 m Q =0,26 l/dt θ 1 ¼”

L2 = 310 m Q = 0,34 l/dt θ 1 ¼”

L2 = 3 40 m Q =1,33 l/dt θ 1 ½”

P/  = 5,75

Res 3 (- 95,00)

hf = 2.72m


Gambar tinggi kehilangan tenaga dan tinggi tekanan pada bagian kanan jaringan L2 = 380 m Q = 2,61 l/dt θ 2 ½”

hf = 15,98 Sumber ( 0,00) L1 = 450 m Q = 4 l/dt θ 2 ½”

hf = 6,08m

Res 1 (- 25,00)

hf = 3,72 m

- 31,08 P/ = 13,92 m

hf = 24,00 m

A (- 45,00) hf =25,20 m

L2 = 1 80 m Q = 1,74 l/dt θ2” L2 = 320 m Q = 1,95 l/dt θ 1 ¼”

P/  = 9,93 m hf = 4,05 m

hf = 1,67 m

L2 = 310 m Q = 0,34 l/dt θ 1 ¼”

Res 2 (- 65,00)

P/  = 5,95 m

B (- 60,00)

hf = 20,196 m L2 = 360 m Q = 0,95 l/dt θ 1 ½”

C (- 75,00)

P/  = 19,28 L2 = 245 m Q =0,26 l/dt θ 1 ¼”

L2 = 3 40 m Q =1,33 l/dt θ 1 ½”

P/  = 5,75

hf = 2.72m

Res 3 (- 95,00)

D (- 95,00)

hf = 2.43m P/  = 3,48 P/  = 16,05

P/  = 14,76

E (- 110,00) L2 = 270 m Q =0,28 l/dt θ 1 ¼”

G (- 125,00)

L2 = 310 m Q =0,34 l/dt θ 1 ¼” F (- 125,00)


30


Gambar tinggi kehilangan tenaga dan tinggi tekanan pada bagian Kiri jaringan.

Res 1 ( - 25,00)

hf = 16,40 m

L = 410 m Q = 1,36 lt/det θ

= 1 ½”

hf = 3,48 m

hf =9,016

P/ = 8,60 m P/ = 15,12 m

L = 210 m Q = 0,34 lt/det I (- 60,00)

θ

H (- 50,00)

P/ = 19,584 m

L = 280 m Q = 0,59 lt/det

= 1 1 /4”

θ

K (- 85,00)

= 1 1/ 4”

L = 310 m Q = 0,29 lt/det θ

J (- 70,00)

= 1”

Dari gambar garis tekan, terlihat bahwa : • Pengaliran dari bak, garis hidrostatis dimulai dari permukaan air pada bak – sebab tekanan pada muka bak = 1 atm. Pada percabangan, tekanan hidrostatis dimulai dari titik terrendah kehilangan tenaga, atau titik puncak dari tekan•


Gambar tinggi kehilangan tenaga dan tinggi tekanan pada bagian Kiri jaringan.

Res 1 ( - 25,00)

hf = 16,40 m

L = 410 m Q = 1,36 lt/det θ

= 1 ½”

hf = 3,48 m

hf =9,016

P/ = 8,60 m P/ = 15,12 m

H (- 50,00)

L = 210 m Q = 0,34 lt/det I (- 60,00)

θ

P/ = 19,584 m

L = 280 m Q = 0,59 lt/det

= 1 1 /4”

θ

= 1 1/ 4”

L = 310 m Q = 0,29 lt/det

K (- 85,00)

θ

J (- 70,00)

= 1”

Dari gambar garis tekan, terlihat bahwa : • Pengaliran dari bak, garis hidrostatis dimulai dari permukaan air pada bak – sebab tekanan pada muka bak = 1 atm. Pada percabangan, tekanan hidrostatis dimulai dari titik terrendah kehilangan tenaga, atau titik puncak dari tekan• an yang tersedia pada percabangan = P/ m. • Gambar tinggi kehilangan tenaga dan garis tekan ini, telah memberikan penjelasan situasi dari seluruh sistem jaringan perpipaan. • Pada perencanaan, gambar garis tekan ini harus dibuat sebab, dapat melihat seluruh keadaan yang terjadi pada sistem jaringan pipa. Setelah penggambaran selesai, hasilnya memang tampak rumit, tetapi pelaksanaan penggambaran satu persatu, dari • hulu ke hilir - tidak rumit . • Sampai dengan tahap ini, berarti anda sudah bisa menghitung sistem jaringan perpipaan untuk sarana air bersih.


31


•

Perencanaan Ukuran Bak Tandon : Ventilasi 10 CM

Pipa Masuk

Timbunan

Tangga Naik

Pipa peluapan

Air

h

Timbunan Km. Operasi

Tampang A - A Pipa

Ruang Penampung Air

Pipa Distribusi


•

Perencanaan Ukuran Bak Tandon : Ventilasi 10 CM

Pipa Masuk

Timbunan

Tangga Naik

Pipa peluapan

Air

h

Timbunan Km. Operasi

Tampang A - A Pipa

Pipa Distribusi

Ruang Penampung Air A

A

L P

Pandangan atas

Rencana ukuran Reservoir : (data - lihat hasil perhitungan di halaman 27) 3

Reservoir

Kapasitas Air (m )

Res 1 Res 2 Res 3

100 35 42


Tinggi air = h 2,00 m 2,00 m 2,00 m

Ukuran (m) Lebar = L 5,00 m 3,00 m 3,50 m

Panjang = P 10,00 m 6,00 m 6,00 m

32


Selesaikan kasus berikut ini : Sumber Air



Res 1 ( - 40 ,00 )

0,00

Q

Q1 Res 2 ( - 40 ,00 ) Desa B

Q2

Res 4 ( - 80 ,00 ) Res 3 ( - 65,00 )

Q4

T ( - 55 ,00 )

Desa C

Res 5 ( - 90 ,00 )

Q5

Q6

( 70,00 )

Desa E (- 1 10,00)

( - 110 ,00 )

Q3

Desa F (- 1 00,00)

Res 6 ( - 90 ,00 )

Desa D

Data sebagai berikut : No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Jalur Sumber – Reservoir 1 Res 1 – Res 2 Res 1 - T T – Ujung Pipa Res 1 – Res 3 Res 3 – Res 4 Res 4 – Ujung desa E Res 4 – Res 5 Res 5 – Ujung Desa F Res 4 – Res 6 Res 6 – Ujung Desa D

Jarak (m) 800 m 415 m 325 m 436 m 520 m 180 m 320 m 119 m 320 m 445 m 335 m

Jumlah orang --------355 jiwa 423 jiwa 332 jiwa ----550 jiwa ----554 jiwa 488 jiwa 338 jiwa

Rencanakanlah secara lengkap jika, direncanakan proyek tersebut mampu memberikan air secara merata selama 20 tahun.


33

Mat IV Kehilangan Tenaga

Recommend Documents