33
BAB IIDASAR TEORI
2.1 AirAir merupakan salah satu sumber energi yang ada di bumi
dengan jumlah yang cukup banyak. Peran air sangat penting bagi
kelangsungan hidup manusia dengan memperhatikan kuantitas, kualitas
dan kontinuitas. Untuk itu diperlukan sistem distribusi dan
pengolahan air yang baik sehingga masyarakat mampu mendapatkan air
bersih dengan kuantitas yang cukup untuk menunjang aktivitas
seharihari.Menurut Permenkes RI No 416/Menkes/PER/IX/1990
pengertian air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan
sehari hari dan dapat diminum setelah dimasak. Sedangkan pengertian
air minum menurut Permenkes RI No 907/MENKES/SK/VII/2002 adalah air
yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang
memenuhi syarat kesehatan (bakteriologis, kimiawi, radioaktif, dan
fisik) dan dapat langsung diminum. Air baku adalah air yang
digunakan sebagai sumber atau bahan baku dalam penyediaan air
bersih yaitu air hujan, air permukaan (air sungai, air danau/rawa),
air tanah (air tanah dangkal, air tanah dalam, mata air) (Hartomo,
et.al, 1994).Standar kualitas air yang ada di Indonesia saat ini
menggunakan Permenkes RI No. 416/Menkes/Per/IX/1990 tentang Syarat
Syarat dan Pengawasan Kualitas Air dan PP RI No.82 Tahun 2001
tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air,
sedangkan standar kualitas air minum menggunakan Kepmenkes RI No.
907/MENKES/SK/VII/2002 tentang Syarat-Syarat dan Pengawasan
Kualitas Air Minum.
2.2 Jenis - Jenis Sumber Air Sumber air adalah hal yang sangat
penting dalam penyediaan air bersih. Adapun faktorfaktor yang harus
diperhatikan, meliputi kuantitas air yang harus mencukupi, dan
kualitas air yang nantinya akan dikonsumsi oleh penduduk. Selain
hal tersebut letak sumber air juga akan mempengaruhi dalam
perencanaan jaringan transmisi, distribusi dan sebagainya.Sumber
sumber air yang ada meliputi :1. Air hujan Air hujan mampu
dijadikan air baku dalam keperluan rumah tangga maupun, irigasi
pertanian, air hujan berasal dari uap air yang mengalami
kondensasi, dan jatuh ke permukaan bumi berbentuk air. Biasanya air
hujan yang jatuh di atap rumah dialirkan dan ditampung kedalam bak
penampungan, yang nantinya bisa dikonsumsi.2. Air Permukaan
(Surface Water )Air permukaan dapat diperoleh melalui air yang
mengalir seperti sungai, waduk, danau dll. Air permukaan yang
mengalir seperti air sungai memiliki kualitas fisik yang kurang
bagus karena tercampur dengan lumpur, jadi sebelum didistribusikan
air permukaan harus diproses terlebih dahulu untuk memperbaiki
kualitas kimiawi air.3. Air Tanah ( Ground Water )Sumber air tanah
adalah sumber air yang terjadi akibat peresapan air kedalam tanah
dan bergabung didalam poripori tanah. Air tanah memiliki kualitas
yang cukup baik karena zatzat pencemar air tertahan dilapisan
tanah. Air tanah dapat dibagi dalam beberapa jenis antara lain :
Air Tanah DangkalTerjadi karena adanya daya proses peresapan air
dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan, begitupula dengan
sebagian bakteri, sehingga air tanah akan jernih tetapi lebih
banyak mengandung zat kimia ( garam garam yang terlarut ). Air
Tanah Dalam Berada setelah rapat air yang pertama, cara pengambilan
air tanah dalam ini dengan mengebor tanah (100 m 300 m) dan dengan
bantuan pipa dan pompa maka air tanah dalam dapat dipakai untuk
pendistribusian.
Mata AirMata air adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya
ke permukaan tanah. Mata air yang berasal dari air tanah dalam
hampir tidak terpengaruh oleh musim.
2.3 Kebutuhan Air BersihKebutuhan air penduduk disetiap daerah
berbeda-beda dilihat dari aktivitas penduduk sehari-hari, fasilitas
yang ada, jenis gedung, dll.
Tabel 2.1 Kebutuhan Air Per Orang Per Hari
Jenis FasilitasPopulasi yang diperhitungkanJumlah Kebutuhan Air
RataRataJumlah Kebutuhan Air Maksimum
PerumahanJumlah penghuni100150
SekolahJumlah orang di dalam gedung3550
HotelJumlah orang di dalam gedung70100
PerkantoranJumlah pegawai5070
Rumah saitJumlah tempat tidur250400
Jenis GedungPemakaian Air Rata-Rata Per HariWaktu Pemakaian Air
Rata-Rata (liter)Jummlah Kebutuhan Air Maksimum(liter)
Kantor Rumah sakit100-120250-1000810Per karyawanPer tempat tidur
(pasien luar : 8 ltr, karyawan : 120 ltr, perawat : 160 ltr)
Gedung bioskop dan sandiwaraToko, department store10
33
8Per pengunjung
Per pengunjung (karyawan : 100 ltr, karyawan penghuni : 160
ltr)
Rumah makanKafetariaPerumahanHotel, losmenSekolah dasar, sekolah
lajutanLaboratoriumPabrik1530160-250150-30040-50
100-20060-140758-10105-6
88Perpengunjung PerpengunjungPerpenghuniPer tamuPer murid
Per karyawanPer orang per shift (pria : 80, wanita : 100)
Stasiun kereta api315Per penumpang
Sumber : Sularso dan Tahara, 2000, hal 21
Tabel 2.2. Kebutuhan Air Berdasarkan Kategori KotaKategoriUkuran
KotaKebutuhan Air (l/orang/hari)
IKota Metropolitan190
IIKota Besar130
IIIKota Sedang120
IVKota Kecil90
VKota Kecamatan75
VIPedesaan60
Sumber : DPU Dirjen Cipta Karya, 2001
2.3.1 Angka Pertumbuhan PendudukAngka pertumbuhan penduduk
dihitung dalam prosen dengan rumus :
Angka pertumbuhan (%) = . ( 2.1 )
2.3.2 Proyeksi Jumlah PendudukAngka pertumbuhan dalam suatu
prosen tersebut digunakan untuk memproyeksikan jumlah penduduk
untuk beberapa tahun mendatang. Pada kenyataannya tidak selalu
tepat tetapi perkiraan ini dapat dijadikan sebagai perhitungan
volume kebutuhan air di masa mendatang.Ada beberapa metode yang
digunakan untuk memproyeksikan jumlah penduduk : 1. Metode
Geometrical Increase :
Pn = P0 ( 1 + r )n .. ( 2.2)Di mana :Pn = jumlah penduduk pada
tahun ke nP0 = jumlah pada awal tahunr = persentase pertumbuhan
geometrical penduduk tiap tahun. n = periode waktu yang ditinjau2.
Metode Arithmatical Increase :
Pn = P0 + nr .. ( 2.3 )
r = ... ( 2.4 )Di mana : Pn = jumlah penduduk di tahun ke nP0 =
jumlah penduduk pada awal tahun proyeksiPt = jumlah penduduk akhir
tahun proyeksir = angka pertumbuhan pendudukn = periode waktu yang
ditinjau t = banyaknya yahun sebelum analisi
2.3.3 Fluktuasi Penggunaan AirFluktuasi penggunaan air bersih
adalah penggunaan air oleh konsumen dari waktu ke waktu dalam
sekala jam, hari, minggu, bulan maupun dari tahun ke tahun yang
hampir secara terus menerus. Adakalanya kebutuhan air lebih kecil,
adakalanya sama dengan kebutuhan air rata-ratanya atau bahkan lebih
besar dari rata-ratanya. Sesuai dengan keperluan perencanaan sistem
air bersih, maka terdapat dua pengertian yang ada kaitannya dengan
fluktuasi pelayanan air, yaitu :1. Faktor hari maksimum/Maximum Day
FactorFaktor perbandingan antara penggunaan air maksimum dengan
penggunaan air rata-rata harian selama setahun, sehingga akan
diperoleh :
Q hari maks = fhm x Qhari rata-rata ..(2.5)
2. Faktor Jam Puncak/Peak Hour FactorFaktor perbandingan antara
penggunaan air jam terbesar dengan penggunaan air rata-rata harian
selama setahun, sehingga akan diperoleh :
Qjam puncak = fjp x Q hari maks .(2.6)Di mana : Q hari maks =
kebutuhan air maksimum pada suatu hari (liter/dt)Qjam puncak =
kebutuhan air maksimum pada saat tertentu dalam sehari
(liter/dt)fhm = nilai faktor harian maksimum adalah 1 sampai dengan
1.5 fjp = nilai faktor jam puncak adalah 1.5 sampai dengan 2.5
2.4 Konsep Dasar Aliran fluida2.4.1 Persamaan
KontinyuitasPersamaan kontinyuitas dihasilkan dari prinsip
kekekalan massa. Untuk aliran steady melalui pipa persamaan
kontinyuitas dapat dilihat dari persamaan sebagai berikut : ..
(2.7)
Persamaan dapat ditulis dalam bentuk debit menjadi :
. (2.8)
Dan untuk aliran tak termampatkan (incompressible) :
. (2.9)
Dimana :Q = debit air (m3/dt)A = luas penampang pipa (m2)v =
kecepatan aliran air (m/dt)
2.4.2Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli dapat dinyatakan
sebagai berikut :
. (2.10)
Dalam praktek, sebagian energi biasanya berubah kedalam energi
panas, baik karena gesekan maupun pembentukan ulakan dalam aliran
terbuka. Energi dari fluida yang hilang dinyatakan dengan HL, dan
persamaan Bernoulli dapat dinyatakan sebagai berikut :
. (2.11)
Dimana :p = tekanan statis (N/m2)v = kecepatan aliran air
(m/dt)Z = ketinggian (m)
2.5 Penentuan Debit yang TersediaDebit aliran merupakan laju
aliran air ( dalam bentuk volume air ) yang melewati suatu
penampang melintang sungai per satuan waktu ( Asdak, 2002 ).
Menurut (Larry, 2004) dijelaskan bahwa :
Q = v A ..( 2.12)Di mana :Q = laju aliran air (m3/dt)v =
kecepatan aliran air (m/dt)A = luas penampang aliran (m2)Adapun
hubungan laju aliran air dengan menentukan volume dalam liter per
satuan waktu, dengan persamaan :Q = (2.13)Di mana :Q = laju aliran
air (ltr/dt) = volume air () = perubahan waktu (d)
2.6 PompaPompa adalah peralatan mekanis untuk mengubah energi
mekanik dari mesin penggerak pompa menjadi energi tekan fluida yang
dapat membantu memindahkan fluida ke tempat yang lebih tinggi.
Pompa dapat diklasifikasikan dalam dua macam, yaitu Pompa
Perpindahan Positif (Positive Displacement Pump) dan Pompa Dinamik
(Dynamic Pump). Pada Pompa Perpindahan Positif dapat dibagi menjadi
tiga jenis yaitu Pompa Torak (Reciprocating Pump), Pompa Putar
(Rotary Pump), Pompa Diafragma (Diaphragm Pump) sedangkan pada
Pompa Dinamik dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu Pompa
Sentrifugal (Centrifugal Pump) dan Pompa Jenis Khusus (Special
pump), salah satu Pompa Jenis Khusus ini adalah Pompa Hydraulic Ram
(Hidram).
2.6.1 Pompa Perpindahan Positif (Positif Displacement Pump)Pompa
perpindahan positif adalah pompa yang dimana energy secara periodic
ditambahkan dengan gaya ke satu arah atau lebih piston atau sudu
yang dapat berpindah pada suatu bidang batas tertutup, yang
meningkatkan tekanan sehingga fluida dipindahkan melalui
katup/valve ke saluran discharge/buang.1. Reciproating Pumpa.
Piston/Plunger Pumpb. Diaphragma Pump2. Rotary Pumpa. Gear Pumpb.
Screw Pumpc. Lobe Pumpd. Vane Pumpe. Rotary Piston Pumpf. Flexible
Member Pumpg. Roller Pump2.6.2 Pompa DinamikPompa dinamik adalah
pompa yang dimana energi secara kontinyu diberikan untuk
meningkatkan kecepatan fluida di dalam rumah pompa yang kemudian
sudu-sudu hantar atau ruang volute kecepatan tersebut berkurang
untuk meningkatkan tekanan ke saluran buang.1. Centrifugal Pump a.
Radial Pumpb. Axial Pumpc. Mixed Flow Pump2. Special Effect Pumpa.
Jet Pumpb. Hydraulic Ram Pump
2.7 Karakteristik PompaDalam pemilihan pompa parameter kapasitas
discharge atau laju aliran (Q) dan head total pompa (H) harus
diketahui disamping karakteristik lainnya seeperti efisiensi, daya,
putaran, dll.
2.7.1 Kapasitas (Q)Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang
dialirkan oleh pompa per satuan waktu. Kapasitas pompa ditentukan
dari jumlah kebutuhan air untuk masyarakat. Berdasarkan persamaan
kontinyuitas, maka kapasitas pompa engine adalah : Q = ..(2.14)Di
mana :Q = kapasitas pompa (m3/jam) = Kebutuhan air masyarakat
(m3/hari)top = waktu operasi pompa (jam/hari)
2.7.2 HeadHead merupakan tekanan yang dihasilkan oleh pompa.
Head pada umumnya dinyatakan pada tinggi kolom air dan umumnya
dalam satuan meter.
HLdPdvd
ZdHgd
P0V0
HgpVi
HLSPiZsHgs
PsVS Gambar 2.1 Head PompaPersamaan energi per satuan berat
fluida untuk sistem pompa Gambar 2.1 adalah : zs + + + Hp = zd + +
+ HL ..(2.15)Di mana : zs = head statis elevasi isap/suction pompa
(m)zd =head statis elevasi buang/ discharge pompa (m)Ps =head
statis tekanan isap/ suction pompa (N/m2)Pd =head statis tekanan
buang/ discharge pompa (N/m2)vs =kecepatan dinamis fluida pada
ujung isap/ suction pompa (m/det)vd =kecepatan dinamis fluida pada
ujung buang/ discharge pompa (m/det)Hp =head pompa (m)HL =head
losses total instalasi perpipaan pompa (m)Dari persamaan diatas
maka head total pompa adalah : Hp = (zd - zs) + () +( ) + HL
..........(2.16)Unjuk kerja pompa pada umumnya digambarkan pada
kurva Q-H, seperti pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kurva Unjuk Kerja Pompa
2.7.3 Daya2.7.3.1 Water Horse PowerDaya output pompa (Water
Horse Power =WHP) adalah daya efektif yang merupakan fungsi dari
kapasitas dan head pompa, yang dihitung dengan persamaan : Pp =
.(2.17a)Pe = .(2.17b)WHP = .(2.17c)Di mana :Pp = daya air pompa
(watt)WHP = daya air pompa/Water Horse Power (HP)Pe = daya
output/efektif pompa (watt)= berat jenis air (N/m3)Q = kapasitas
pompa (m3/det)Hp = head total pompa (m)= efisiensi total pompa
SHPEL = (Pm)PMotor2.7.3.2 Shaft Power
Gambar 2.3 Daya Pompa
Daya poros adalah daya yang masuk pada poros pompa yang
diberikan oleh mesin penggerak mula (prime - mover), seperti
terlihat pada gambar 2.2 .SHP = Psh = Hp Q / ..(2.18) Pmot = Pem /
...(2.19) Plis = Pm / (2.20)Di mana : Pmot = daya motor/ prime
mover (watt)Plis = daya listrik untuk motor (watt)= efisiensi total
pompa = efisiensi transmisi= efisiensi motor
2.7.4 Efisiensi2.7.4.1 Efisiensi HidrolisEfisiensi hidrolis
adalah efisiensi yang disebabkan oleh adanya kerugian head akibat
gesekan antara partikel fluida dengan dinding rumah pompa.
(2.21)2.7.4.2 Efisiensi volumetrisEfisiensi volumetris adalah
efisiensi yang disebabkan oleh adanya kebocoran sejumlah (QL)
fluida dari dalam rumah pompa keluar, misalnya lewat seal-seal
pompa. ..(2.22) 2.7.4.3 Efisiensi MekanisEfisiensi mekanis adalah
efisien akibat kerugian gesekan antara bantalan dan poros pompa.
.(2.23)
2.8 Pompa HidramPompa Hidram adalah pompa yang bekerja secara
otomatis tanpa menggunakan energi listrik yaitu dengan memanfaatkan
energi dari aliran air untuk mengangkat air dari sumber ke tempat
penampungan air (Jenings, 1996). Energi aliran air yang dimaksud
adalah energi potensial dari ketinggian tertentu yang dikonversikan
menjadi energi kinetik yang berupa kecepatan air kemudian dikuatkan
dengan terjadinya efek palu air atau water hammer.Keuntungan pompa
hidram adalah tidak memerlukan aliran listrik, bahan bakar, serta
motor penggerak untuk pengoprasiannya. Disamping itu perawatannya
tidak memerlukan keterampilan khusus dan mudah dalam
pembuatannya.2.8.1 Komponen Utama Pompa Hidram
Gambar 2.4 Komponen Utama Pompa Hidram(sumber : Tessema, 2000,
hal 3)
Komponen utama pompa hidram adalah sebagai berikut :1. Badan
pompa (hydram body)2. Katup limbah (impulse valve)3. Katup udara
(snifer valve)4. Katup tekan (delivery valve)5. Tabung udara (air
chamber)6. Pentil udara (relief valve)
2.8.2 Prinsip Kerja Pompa Hidram
kfGambar 2.5 Skema Instalasi Pompa Hidram Secara Umum
Air mengalir ari sumber (a) melalui pipa penggerak (c) ke badan
pompa (g) dan keluar melalui katup limbah (f) yang terbuka. Aliran
air terus menerus akan bertambah hingga maksimum dan tekanan dalam
pipa penggerak juga bertambah sehingga mampu mengangkat katup
limbah (f) dan katup limbah akan tertutup. Katup limbah yang
menutup secara tiba-tiba tersebut akan menyebabkan aliran air pada
pipa penggerak akan terhenti, hal ini akan menimbulkan efek palu
air sehingga air masuk ke tabung udara (j) melalui katup tekan (i).
Air yang masuk ke tabung udara akan menekan udara yang ada didalam
tabung sehingga tekanan udara dalam tabung akan naik. Tekanan dalam
tabung udara ini akan menutup katup tekan dan menekan air ke bak
penampungan (n) melalui pipa penghantar (m). Palu air dari badan
pompa sebagian dikurangi dengan mengalirkan air ke tabung air dan
sebagian lagi kembali ke pipa penggerak sehingga menyebabkan katup
limbah terbuka (karena beratnya sendiri). Katup limbah yang terbuka
menyebabkan air dari sumber air mengalir kembali melalui pipa
penggerak keluar melalui katup limbah yang terbuka dan siklus
terulang kembali.
2.8.3 Kapasitas Pompa HidramWaktu yang diperlukan selama
akselerasi dari aliran tidak konstan (Young, 1997), yaitu :
. (2.24) Dimana :Ta= Waktu akselerasi (dt)vc= Kecepatan air di
pipa penggerak untuk menutup katup limbah (m/dt)L= Panjang pipa
penggerak (m)Hs= Ketinggian sumber air (m)K1= Fungsi dari rasio
kecepatanVolume air keluar dari katup limbah, yaitu :
. (2.25)
Dimana :Va= Volume air keluar katup limbah (m3)As= Luas
penampang pipa penggerak (m3)K2= Fungsi dari rasio kecepatanRasio
kecepatan, yaitu :
. (2.26)Dan,
. (2.27)Waktu pemompaan (Young, 1997), yaitu :
. (2.28)Dimana :Tp= Waktu pemompaan (dt)N= Jumlah denyutan tiap
detikc= Kecepatan gelombang tekanan (m/s)Volume pemompaan tiap
siklus, yaitu :
. (2.29)
Dimana :Vq= Volume pemompaan tiap siklus (m3)Vd= Volume pipa
penggerak (m3)Hd= Tinggi pemompaan (m)Total waktu siklus dengan
asumsi waktu recoil nol, yaitu :
. (2.30)
Dimana :To= Total waktu satu siklus (dt)
. (2.31)Kapasitas air keluar katup limbah (Young, 1997), yaitu
:
Dimana :Qw= Kapasitas air yang keluar dari katup limbah
(dt)Kapasitas air hasil pemompaan, yaitu :
. (2.32)
Dimana :Qd= Kapasitas air hasil pemompaan (m3/dt)Sehingga
kapasitas air yang keluar dari sumber air yaitu :
. (2.33)
Dimana :Qtot= Kapasitas total air dari sumber (m3/dt)2.8.4
Efisiensi Pompa HidramDaya yang dibutuhkan untuk menaikan air
adalah berbanding lurus dengan laju alir volumetris (kapasitas) air
yang dipompa dikalikan dengan ketinggian pemompanya. Demikian juga
daya yang tersedia pada aliran air yang disuplai untuk
mengoprasikan pompa hidram berbanding lurus dengan besarnya laju
volumetris air yang disuplai dikalikan dengan suplainya. Pompa
hidram bekerja dengan memanfaatkan daya yang tersedia tersebut
untuk membawa aliran ke tempat yang lebih tinggi. Sehingga
efisiensi total pompa hidram dinyatakan sebagai persamaan
D-Aubuission, adalah sebagai berikut :
. (2.34)
Dimana :Qd= Kapasitas air hasil pemompaan (m3/dt)Qw= Kapasitas
air yang keluar dari katup limbah (m3/dt)Hd= Tinggi pemompaan
(m)Hs= Ketinggian sumber air (m)
Setelah pompa hidram dapat bekerja menyuplai air pada ketinggian
tertentu, unjuk kerja yang penting dicapai adalah efisiensi
volumetris. Efisiensi volumetris merupakan indikataor nyata
menunjukan seberapa besar pemanfaatan daya yang tersedia untuk
memperoleh air dalam volume yang sebesar-besarnya.
. (2.35) 2.9 Sistem PerpipaanSistem perpipaan sangat penting
bagi sistem air bersih dimana sistem perpipaan merupakan media
untuk mengalirkan air. Pada sistem air bersih sistem perpipaan
meliputi pipa transmisi, pipa distribusi, perlengkapan pipa
(valves, fittings, flanges, dll).
2.9.1 Sistem Transmisi Air BersihSistem transmisi air adalah
sistem yang berfungsi mengalirkan air dari sumber air menuju titik
awal distribusi/reservoir. Perencanaan pipa transmisi diusahakan
lurus/tanpa belokan tajam, karena akan menambah head loss.
2.9.2 Sistem Distribusi Air bersihSistem distribusi air adalah
sistem yang langsung berhubungan dengan konsumen, yang mempunyai
fungsi pokok mendistribusikan air yang telah memenuhi syarat ke
seluruh daerah pelayanan. Sistem ini meliputi unsur perpipaan dan
perlengkapan, tekanan yang tersedia, sistem pemompaan (bila
diperlukan), dan reservoir distribusi ( Damanhuri, 1989).
2.9.3 Jenis-Jenis PipaSecara umum jenis-jenis pipa yang
digunakan pada sistem transmisi dan distribusi adalah :1. Cast
iron2. Baja (steel)3. Beton (concrete), 4. Asbestos cement5.
Plastica. low density polythene pipe (LDP)b. high density polythene
pipe (HDP)6. Polyvinyl Chloride Pipe (PVC /Unplasticed)
2.9.4 Head LossesHead kerugian yang terjadi pada instalasi pompa
terdiri atas head kerugian gesek di dalam pipa dan head kerugian di
dalam acsesories perpipaan seperti belokan-belokan,
reducer/diffuser, katup-katup dan sebagainya.1. Kerugian karena
gesekan dalam pipa (mayor losses)Kerugian ini dihitung pada jalur
perpipaan lurus dengan panjang tertentu. Semakin panjang jalur
perpipaannya, maka makin besar pula kerugian yang terjadi. Misalnya
pada jalur perpipaan dari rumah pompa hingga tangki penampungan
yang berjarak puluhan kilometer (Menon, 2005). Rumus umum untuk
menentukan kerugian energi pada pipa lurus adalah denngan
menggunakan persamaan Darcy-Weisbach sebagai berikut :
. (2.36)
Dimana :hf = Kerugian gesek dalam pipa (m)f= Koefisien kerugian
gesekL= Panjang pipa (m)g= Percepatan grafitasi (m/dt2)v= Kecepatan
rata-rata aliran dalam pipa (m/dt2)
Untuk aliran laminar dan turbulen, dapat digunakan bilangan
Reynold (Re) sebagai acuan untuk menentukan sifat alirannya.
. (2.37)Dimana :Re= Bilangan Reynoldv= Kecepatan rata-rata
aliran dalam pipa (m/dt)D= Diameter dalam pipa (m)= Viskositas
kinematik zat cair (m2/dt)pada Re < 2300, aliran bersifat
laminarpada Re > 4000, aliran bersifat turbulenDalam aliran
laminar, koefisien gesek untuk pipa (f ) dari persamaan dapat
dinyatakan dengan :
. (2.38)
Dalam aliran turbulen, koefisien gesek untuk pipa dapat
digunakan diagram moody.
2. Kerugian dalam jalur pipa (minor losses)Minor losses adalah
kerugian energi yang terjadi pada komponen-komponen pipa yang mana
besar kerugiannya umumnya relatif kecil bila dibandingkan dengan
kerugian energi pada pipa lurus. Namun pada suatu sistem perpipaan
yang kompleks seperti pada kilang minyak, minor losses yang terjadi
besarnya mungkin sama besar dengan kerugian energi pada pipa lurus
sehingga harus diperhitungkan dalam perencanaan sistem perpipaan.
Umumnya minor losses dihitung berdasarkan panjang equivalen dari
komponen-komponen perpipaan ataupun menggunakan koefisien hambatan
atau faktor K yang dikallikan dengan energi kecepatan V2/2g.
(2.39)Dimana :k= Koefisien kerugian gesekg= Percepatan gravitasi
(m/dt2)v= Kecepatan rata-rata aliran dalam pipa (m/dt)
Adapun komponen-kmponen perpipaan yang termasuk dalam kategori
minor losses adalah sebagai berikut :
2.9.5 Katup dan Sambungan (Valves and Fittings)Sistem perpipaan
air mencakup beberapa perlengkapan sebagai bagian dari sitem
perpipaan. Katup, sambungan, dan perlengkapan-perlengkapan lain
dgunakan di dalam sistem perpipaan untuk mencapai beberapa criteria
dari operasi perpipaan. Katup bisa digunakan untuk menghubungkan
antara jalur perpipaan dan fasilitas penampungan begitu pula antara
sistem pemompaan dengan tangki penampungan. Menurut (Soegiharto)
pengertian katup sendiri adalah komponen yang dapat digunakan untuk
membuka, menutup, mengurangi, mengontrol, menstabilkan fluida
terhadap suhu, tekanan dan melindungi peralatan proses dari
kerusakan. Ada banyak jenis katup, dimana setiap katup mempunyai
fungsi khusus masing-masing, yang dapat dilihat pada tabel
berikut.
Tabel 2.3 Jenis Katup Beserta FungsinyaNo.Jenis KatupFungsi
Katup
1.Katup Gerbang (Gate Valve)Membuka atau menutup aliran, dapat
terbuka sebagian atau seluuruhnya. Namun sebaiknya tidak untuk
mengatur aliran.
2.Katup Globe (Globe Valve)Membuka atau menutup aliran
sepenuhnya.
3.Katup Sudut (Angle Valve)Mengatur aliran
4.Katup Bola (Ball Valve)Membuka atau menutup aliran
sepenuhnya.
5.Katup Sumbat (Plug Valve)Membuka atau menutup aliran
sepenuhnya.
6.Katup Jarum (Needle Valve)Mengatur aliran.
7.Katup Diafragma (Diaphargm Valve)Mengatur, membuka maupun
menutup aliran. Menghasilkan aliran tanpa riak.
8.Katup Cek (Check Valve)Mencegah aliran balik.
9.Katup Pengatur (Control Valve), terdapat dua jenis yaitu Swing
Check Valve dan Horizontal Lift Check ValveMengatur tekanan, dimana
tekanan dikurangi dan untuk menjaga terus tekanan tertentu pada
bagian yang lebih kecil.
10.Katup kupu-kupu (Buterfly Valve)Mengatur aliran.
11.Katup Pelepas Udara (Air Relief Valve)Untuk melepaskan udara
yang terperangkap di dalam aliran dan mencegah terbentuknya kantung
udara.
12.Katup Pelepas Tekanan (Pressure Relief Valve)Untuk melindungi
fasilitas dan sistem perpipaan dari kelebihan tekanan akibat
gangguan yang terjadi pada sistem.
Sumber : (Raswari, 1986 dan T. Christopher Deckinson, 1999)
Sedangkan untuk sambungan umumnya adalah menggunakan siku
(elbow) dan T (tee). Tee di bagi menjadi dua yaitu tee plane dan
tee-Y, seperti pada gambar 2.3. Untuk tabel panjang ekuivalen katup
dan sambungan, akan dilampirkan disini.
Tabel 2.4 Panjang Equivalen Dari Katup Dan
SambunganDeskripsiL/D
Katup Gerbang8
Katup Globe340
Katup Sudut55
Katup Bola3
Katup sumbat 18
Katup Cek Berayun90
Katup Cek Angkat100
Siku Standar
30
16
dengan radius panjang16
T standar
Melalui jalur utama20
Melalui cabang60
Sumber : (Menon, E.S, 2005)
Tee T Tee Y Gambar 2.6 Jenis Jenis TeeSumber :
(www.azpartsmaster.com dan www.alibaba.com)
2.9.6 Pembesaran dan Pengecilan PipaPembesaran dan pengcilan
pipa ikut menyumbang losses dalam bentuk minor losses. Dimana
pembesaran ataupun pengecilan pipa dapat dibedakan menjadi dua
yaitu pembesaran dan pengecilan secara tiba-tiba ataupun pembesaran
dan pengcilan secara gradual (membentuk sudut).
D1
D2
Sudden pipe enlargement
D2D1
Sudden pipe reduction
Gambar 2.7 Pembesaran Dan Pengecilan Pipa Secara Tiba-Tiba
Sumber : (Menon, E.S, 2005)
Tabel 2.5 Koefisien Pembesaran Pipa Secara Tiba-Tiba
A1/A20.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00
Cc0.5850.6240.6320.6430.6950.6810.7120.7550.8130.8921.000
Sumber : (Menon, E.S, 2005)
Tabel 2.6 Koefisien Pengecilan Pipa Secara Tiba-Tiba
A1/A20.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00
Cc0.500.480.450.410.360.290.210.130.070.010
Sumber : (Sularso dan Haruo Tahara, 1983)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba dapat
dilihat pada gambar 2.7. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
.(2.40)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara gradual dapat dilihat
pada gambar 2.8. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
...(2.41)
Gambar 2.8 Pembesaran Atau Pengecilan Pipa Secara GradualSumber
: (Menon, E.S, 2005) Gambar 2.9 Diagram Koefisien Pembesaran Pipa
Secara GradualSumber : (Menon, E.S, 2005)
2.9.7 ReservoirReservoir adalah bangunan yang berfungsi untuk
mengatasi beban puncak, menampung air yang telah diolah dan memberi
tekanan. Jenis reservoir meliputi :
1. Ground ReservoirBangunan prnampung air bersih yang terletak
di bawah permukaan tanah.2. Elevated ReservoirAdalah bangunan
penampung air bersih yang terletak di atas tanah dengan ketinggian
tertentu sehingga tekanan air pada titik terjauh masih
tercapai.2.9.7.1 Volume Tanki ReservoirVolume tanki reservoir yang
akan dibuat pada sistem air bersih yaitu :
Vtanki = 30% x Kebutuhan air penduduk .(2.42)
2.10 Software Epanet 2.0 dalam Sistem Air BersihEpanet adalah
program komputer yang menggambarkan simulasi hidrolis dan
kecenderungan kualitas air yang yang mengalir di dalam jaringan
pipa (User Manual Epanet 2.0, 2000). Jaringan itu sendiri terdiri
dari pipa, node (titik koneksi pipa), pompa, katup, dan tanki air
atau reservoir. Epanet menjajaki aliran air di setiap pipa, kondisi
tekanan air di setiap titik dan kondisi konsentrasi bahan kimia
yang mengalir didalam pipa selama dalam periode pengaliran dan juga
mampu mensimulasi umur air (water age).
2.10.1 Data input dan Output pada Epanet 2.01. Komponen Komponen
FisikNode pada Epanet adalah :a. Sambungan (junction)Sambungan
(junction) adalah titik pada jaringan dimana link-link bertemu dan
dimana air memasuki atau meninggalkan jaringan. Input dasar yang
dibutuhkan bagi sambungan (junction) adalah: Elevasi (m) Kebutuhan
air (liter/dt) Kualitas airOutput : Head hidrolis (m) Tekanan
(Pressure) Kualitas air
b. Reservoir Reservoir pada Epanet adalah sumber air yang
berasal dari luar, biasanya berupa sungai, waduk, danau, air bawah
tanah dan sumber air yang berkaitan.Input : Elevasi (m)Output :
Kebutuhan air (Demand) (liter/dt) Head (m) Tekanan (Pressure)
c. Tanki ReservoirTanki merupakan tempat penyimpanan air, dimana
volume dalam air dapat berubah ubah sepanjang waktu simulasi.Input
: Elevasi dasar tangki (m) Diameter tangki (m) Tinggi air minimal,
maksimal, dan saat awal (m) Kualitas air Output : Total head (m)
Kualitas aird. Pipa Epanet mengasumsikan bahwa pipa selalu penuh
setiap saat. Input : Diameter pipa (mm) Panjang pipa (m) Koefisien
kekasaran pipa Kondisi pipa ( open, close, atau terpasang check
valve )Output : Laju aliran (Flow) (liter/dt) Kecepatan (Velocity)
(m/dt) Kehilangan tekanan (Head loss) (m) Friction factorKehilangan
tekanan (head loss) akibat gesekan air dengan dinding pipa pada
Epanet 2.0 dapat dihitung menggunakan persamaan Hazen-Williams,
Darcy-Weisbach atau Chezzy-Manning.
a. Persamaan Chezzy-ManningPersamaan Chezzy-Manning banyak
digunakan pada aliran saluran terbuka.
. (2.43)Dimana :HL = head loss dalam (m) Q = debit aliran dalam
(liter/dt)L = panjang pipa dalam (m)D = diameter pipa dalam (mm)n =
koefisien kekasaran Manning
b. Persamaan Darcy-WeisbachPersamaan Darcy-Weisbach banyak
digunakan secara teoritis. Dapat diaplikasikan untuk semua jenis
cairan. Menurut (Menon, E.S, 2005), nilai Hf adalah:
. (2.44)Dimana :Hf= head loss (m)g= percepatan gravitasi
(m/s2)L= panjang pipa (m)d= diameter pipa (mm)v= kecepatan aliran
(m/s)f= faktor gesekan
c. Persamaan Hazen-WilliamsPersamaan Hazen-Williams biasanya
dipakai untuk menghitung kerugian head pada pipa yang relativ
panjang, tidak dapat digunakan untuk caiaran selain air dan hanya
untuk aliran turbulen.
. (2.45)Dimana :HL= headloss dalam (m)Q= debit aliran dalam
(liter/dt)L= panjang pipa dalam (m)D= diameter pipa dalam (mm)C=
koefisien kekasaran (faktor Hazen-Williams)
Tabel 2.7 Koefisien Kekasaran Pada PipaMaterialHazen-Williams C
(unitless)Darcy-Weisbach (Feet x 103)Chezzy-Manning (unitless)
Cast iron130 - 1400.850.012 0.015
Concrete or concrete lined120 -1401.0 100.012 0.017
Galvanized iron1200.50.015 0.017
Plastic140 - 1500.0050.011 0.015
Steel140 - 1500.150.015 0.017
Vatrivied clay1100.013 0.015
e. PompaData pompa yang dimasukkan adalah kurva pompa, yaitu :
Input : Laju aliran (flow) (liter/dt) Head pompa (m)
f. Valve Valve berfungsi utuk mengatur tekanan atau laju aliran
pada titik khusus pada sistem air.Input : Diameter valve (mm) Tipe
valve dan setting sesuai jenis katupnya Kondisi valve ( open,
close, none )Output : Laju aliran (flow) (liter/dt) Kecepatan
(velocity) (m/dt) Kehilangan tekanan (Headloss) (m)
2. Komponen Komponen non-fisika. Pola Waktu (Time Pattern)Pola
waktu (Time Pattern) berupa kumpulan faktor pengali yang dapat
diaplikasikan sebagai kuantitas yang bervariasi terhadap waktu.b.
Kurva (Curve)Kurva adalah objek yang mengandung rangkaian data yang
menjelaskan hubungan antara dua besaran. Kurva pada Epanet 2.0
terdiri dari : pump curve head curve volume curve efisiensi
curve
c. Kontrol (Controls)Controls adalah pernyatan yang menjelaskan
bagaimana sistem dioperasikan sepanjang waktu. Secara khusus
terdiri dari status dari link yang terpilihsebagai fungsi dari
waktu, level air pada tanki, dan tekanan pada titik terpilihdalam
sistem air.