2.1. aliran saluran terbuka 2.1.1.rumus aliran dan...
Post on 04-Mar-2018
264 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Aliran Saluran Terbuka
2.1.1.Rumus Aliran dan Kriteria Hidrolis
a.Rumus Aliran
Untuk perencanaan ruas, aliran saluran dianggap sebagai aliran tetap, dan
untuk itu diterapkan rumus Strickler.
V = K R 2/3 I ½ ………………………………………(2.1)
R = A …………………………………………….........(2.2)
P
A = ( b + m h ) h …………………………………(2.3)
P = ( b + 2 h 1 + m2 )………………………(2.4)
Q = v x A …………………………………………….(2.5)
b = n x h ………………………………………………….(2.6)
Dimana :
Q = debit saluran (m3/dtk), v = kecepatan aliran (m/dtk), A= potongan melintang
aliran (m2), r = jari – jari hidrolis (m), p = keliling basah (m), b = lebar dasar (m), h =
tinggi air (m), I = kemiringan energi (kemiringan saluran), K= koefisien kekasaran
Stickler (m1/3
/dtk), m = kemiringan talut (1 vertikal : m horizontal)
Parameter potongan melintang saluran dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1. Parameter potongan melintang
Rumus aliran di atas juga dikenal sebagai rumus Manning. Koefisien kekasaran
Manning (“n”) mempunyai harga bilangan 1 dibagi dengan k.
b. Koefisien Kekasaran Strickler
Koefisien kekasaran bergantung kepada faktor – faktor berikut :
- Kekasaran permukaan saluran
- Ketidakteraturan permukaan saluran
- Trase
- Vegetasi (tetumbuhan), dan
- Sedimen
Bentuk dan besar/ kecilnya partikel di permukaan saluran merupakan ukuran
kekasaran. Akan tetapi, untuk saluran tanah ini hanya merupakan bagian kecil
saja dari kekasaran total.
Pada saluran irigasi, ketidak teraturan permukaan yang menyebabkan per-
ubahan dalam keliling basah dan potongan melintang mempunyai pengaruh yang
lebih penting pada koefisien kekasaran saluran daripada kekasaran permukaan.
Perubahan-perubahan mendadak pada permukaan saluran akan mem-
h
w
b
MAN
P
m
1
m
1
Universitas Sumatera Utara
perbesar koefisien kekasaran. Perubahan-perubaban ini dapat disebabkan oleh
penyelesaian konstruksi saluran yang jelek atau karena erosi pada talut saluran.
Terjadinya riak-riak di dasar saluran akibat interaksi aliran di perbatasannya juga
berpengaruh terhadap kekasaran saluran.
Pengaruh vegetasi terhadap resistensi sudah jelas panjang dan kerapatan
vegetasi adalah faktor-faktor yang menentukan. Akan tetapi tinggi air dan
kecepatan aliran sangat membatasi pertumbuhan vegetasi. Vegetasi diandaikan
minimal untuk harga-harga k yang dipilih dan dipakai dalam perencanaan
saluran.
Pengaruh trase saluran terhadap koefisien kekasaran dapat diabaikan,
karena dalam perencanaan saluran tanpa pasangan akan dipakai tikungan berjari-
jari besar.
Pengaruh faktor-faktor di atas terhadap koefisien kekasaran saluran akan
bervariasi menurut ukuran saluran. Ketidak teraturan pada permukaan akan
menyebabkan perubahan kecil di daerah potongan melintang di saluran yang
besar daripada di saluran kecil.
Apakah harga-harga itu akan merupakan harga harga fisik yang sebe-
narnya selama kegiatan operasi, hal ini sangat tergantung pada kondisi
pemeliharaan saluran.
Penghalusan permukaan saluran dan menjaga agar saluran bebas dari
vegetasi lewat pemeliharaan rutin akan sangat berpengaruh pada koefisien
kekasaran dan kapasitas debit saluran.
Koefisien-koefisien kekasaran untuk perencanaan saluran irigasi
disajikan pada Tabel 2.1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1. Harga – harga kekasaran koefisien Strickler (k) untuk saluran –
saluran irigasi tanah
Debit rencana
m3/dt
K
m1/3/dt
Q > 10
5 < Q < 10
1 < Q < 5
Q < 1 dan saluran tersier
45
42,5
40
35
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986
2.1.2. Potongan Melintang saluran
a. Geometri
Untuk mengalirkan air dengan penampang basah sekecil mungkin, potongan
melintang yang berbentuk setengah lingkaran adalah yang terbaik.
Usaha untuk mendapatkan bentuk yang ideal dari segi hidrolis dengan saluran
tanah berbentuk trapesium, akan cenderung menghasilkan potongan melintang yang
terlalu dalam atau sempit. Hanya pada saluran dengan debit rencana sampai dengan
0,5 m3/dt saja yang potongan melintangnya dapat mendekati bentuk setengah
lingkaran. Saluran dengan debit rencana yang tinggi pada umumnya lebar dan
dangkal dengan perbandingan b/h (n) sampai 10 atau lebih.
Harga n yang tinggi untuk debit-debit yang lebih besar adalah perlu, sebab jika
tidak, kecepatan rencana akan melebihi batas kecepatan maksimum yang diizinkan.
Lebih-lebih lagi, saluran yang lebih lebar mempunyai variasi muka air sedikit saja
dengan debit yang berubah-ubah, dan ini mempermudah pembagian air. Pada saluran
yang lebar, efek erosi atau pengikisan talut saluran tidak terlalu berakibat serius
terhadap kapasitas debit. Dan karena ketinggian air yang terbatas, kestabilan talut
dapat diperoleh tanpa memerlukan bahu (berm) tambahan.
Universitas Sumatera Utara
Kerugian utama dari saluran yang lebar dan dangkal adalah persyaratan pembebasan
tanah dan penggaliannya lebih tinggi, dan dengan demikian biaya pelaksanaannya
secara umum lebih mahal.
Karakteristik saluran yang dipakai disajikan dalam Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Karakteristik saluran yang dipakai
Debit
Kemiringan
talut
Perbandingan
b/h
Faktor
kekasaran k
m3/dt 1:m n
0.15-0.30 1.0 1.0 35
0.30-0.50 1.0 1.0-1.2 35
0.50-0.75 1.0 1.2-1.3 35
0.75-1.00 1.0 1.3-1.5 35
1.00-1.50 1.0 1.5-1.8 40
1.50-3.00 1.5 1.8-2.3 40
3.00-4.50 1.5 2.3-2.7 40
4.50-5.00 1.5 2.7-2.9 40
5.00-6.00 1.5 2.9-3.1 42.5
6.00-7.50 1.5 3.1-3.5 42.5
7.50-9.00 1.5 3.5-3.7 42.5
9.00-10.00 1.5 3.7-3.9 42.5
10.00-11.00 2.0 3.9-4.2 45
11.00-15.00 2.0 4.2-4.9 45
15.00-25.00 2.0 4.9-6.5 45
25.00-40.00 2.0 6.5-9.0 45
Universitas Sumatera Utara
Sumber:Standar Perencanaan Irigasi, 1986
b.Kemiringan Saluran
Untuk menekan biaya pembebasan tanah dan penggalian, talut saluran di-
rencana securam mungkin. Bahan tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan
akan menentukan kemiringan maksimum untuk talut yang stabil.
Harga – harga kemiringan minimum untuk saluran tanah yang dibuat dengan
bahan – bahan kohesif yang dipadatkan dengan baik diberikan pada Tabel2.3.
Tabel 2.3. Kemiringan minimum talut untuk berbagai bahan tanah
Bahan tanah Simbol Kisaran
kemiringan
Batu
Gambut kenyal
Lempung kenyal, geluh ),
Tanah lus
Lempung pasiran, tanah pasiran kohesif
Pasir lanauan
Gambar lunak
Pt
CL, CH, MH
SC, SM
SM
Pt
< 0,25
1 – 2
1 – 2
1,5 – 2,5
2 – 3
3 – 4
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986
Kemiringan talut mnimum untuk saluran timbunan disajikan Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Kemiringan talut mnimum untuk saluran timbunan yang dipadatkan
dengan baik.
Kedalaman air + tinggi jagaan
D (m)
Kemiringan minimum talut
D ≤ 1,0
1,0 < D ≤ 2,0
D> 2,0
1 : 1
1 : 1,5
1 : 2
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986
Universitas Sumatera Utara
Talut yang lebih landai daripada yang telah disebutkan dalam tabel di atas
harus dipakai apabila diperkirakan akan terjadi rembesan ke dalam saluran.
Untuk tanggul yang tingginya lebih dari 3 m lebar bahu (berm) tanggul
harus dibuat sekurang-kurangnya 1 m (setiap 3 m). Bahu tanggul harus dibuat
setinggi muka air rencana di saluran. Untuk kemirinan luar, bahu tanggul (jika
perlu) harus terletak di tengah-tengah antara bagian atas dan pangkal tanggul.
c. Lengkung Saluran
Lengkung yang diizinkan untuk saluran tanah bergantung kepada:
- Ukuran dan kapasitas saluran
- Jenis tanah
- Kecepatan aliran.
Jari-jari minimum lengkung seperti yang diukur pada as harus diambil
sekurang-kurangnya 8 kali lebar atas pada lebar permukaan air rencana.
Jika lengkung saluran diberi pasangan, maka jari-jari minimumnya dapat
dikurangi. Pasangan semacam ini sebaiknya dipertimbangkan apabila jari – jari
lengkung saluran tanpa pasangan terlalu besar untuk keadaan topografi setempat.
Panjang pasangan harus dibuat paling sedikit 4 kali kedalaman air pada tikungan
saluran.
Jari-jari minimum untuk lengkung saluran yang diberi pasangan harus seperti
berikut
- 3 kali lebar permukaan air untuk saluran-saluran kecil (< 0,6 m3/dt), dan
sampai dengan
- 7 kali lebar permukaan air untuk saluran-saluran yang besar
(> 10 m3/dt).
Universitas Sumatera Utara
d. Tinggi Jagaan
Tinggi jagaan berguna untuk :
- Menaikkan muka air di atas tinggi muka air maksimum
- Mencegah kerusakan tanggu saluran
Meningginya muka air sampai di atas tinggi yang telah direncana bisa
disebabkan oleh penutupan pintu secara tiba-tiba disebelah hilir, variasi ini akan
bertambah dengan membesarnya debit. Meningginya muka air dapat pula
diakibatkan oleh pengaliran air buangan ke dalam saluran.
Tinggi jagaan minimum yang diberikan pada saluran primer dan sekunder
dikaitkan dengan debit rencana saluran seperti yang diperlihatkan dalam Tabel
2.5.
Tabel 2.5. Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986
e. Lebar Tanggul
Untuk tujuan – tujuan eksploitasi, pemeliharaan dan inspeksi akan diper-
lukkan tanggul di sepanjang saluran dengan lebar minimum seperti yang disajikan
pada Tabel 2.6.
Tabel 2.6. Lebar Minimum Tanggul
Q (m3/ dt) Tinggi Jagaan (m)
< 0,5
0,5 – 1,5
1,5 – 5,0
5,0 – 10,0
10,0 – 15,0
> 15,0
0,40
0,50
0,60
0,75
0,85
1,00
Universitas Sumatera Utara
debit rencana
(m3/dt)
tanpa jalan Inspeksi
(m)
dengan jalan inspeksi
(m)
Q ≤ 1
1 < Q < 5
5 < Q ≤ 10
10 < Q ≤ 15
Q > 15
1,00
1,50
2,00
3,50
3,50
3,00
5,00
5,00
5,00
5,00
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986
Jalan inspeksi terletak ditepi saluran di sisi yang diairi agar bangunan sadap
dapat dicapai secara langsung dan usaha penyadapan liar makin sulit dilakukan. Lebar
jalan inspeksi dengan perkerasan adalah 5,0 m atau lebih, dengan lebar perkerasan
sekurang-kurangnya 3,0 meter.
2.2. Aliran dalam Pipa.
2.2.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida.
Penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang memungkinkan
untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran sehingga pengukuran
kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam menganalisa suatu aliran fluida.
Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terhadap waktu yang
dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untuk bergerak sepanjang jarak yang telah
ditentukan. Besarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol pada
dinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah-tengah pipa. Kecepatan biasanya
sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalam masalah aliran
fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah pada penampang aliran.
Bentuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnya menunjukkan
kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yang disebutkan.Profil
kecepatan aliran fluida pada saluran tertutup disajikan Gambar 2.2.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Profil kecepatan aliran fluida pada saluran tertutup.
Profil kecepatan aliran fluida pada saluran terbuka disajikan dalam Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Profil kecepatan aliran fluida pada saluran terbuka.
Besarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir dalam suatu
pipa. Jumlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai volume, berat atau massa
fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran volume
(m3/s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa (kg/s). Kapasitas aliran (Q) untuk
fluida yang incompressible yaitu :
Q = A . v………………………………………....... (2.7)
Dimana :
Q = laju aliran volume (m3/s), A = luas penampang aliran (m2), v = kecepatan aliran
fluida (m/s),
Laju aliran berat fluida (W) dirumuskan sebagai :
W = γ. A . v………………………………………. (2.8)
Dimana :
Universitas Sumatera Utara
W = laju aliran berat fluida (N/s), γ= berat jenis fluida (N/m3)
Laju aliran fluida massa (M) dinyatakan sebagai :
M = ρ. A . v ……………………………………………… (2.9)
Dimana :
M = laju aliran massa fluida (kg/s), ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
2.2.2 Energi dan Head
Energi biasanya didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja
merupakan hasil pemanfaatan tenaga yang dimiliki secara langsung pada suatu jarak
tertentu. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N.m (Joule). Setiap fluida yang
sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah aliran fluida
yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial, energi kinetik dan
energi tekanan. Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki fluida dengan
tempat jatuhnya. Energi potensial (Ep) dirumuskan sebagai :
Ep = W . z …………………………………………………. (2.10)
Dimana :
W = berat fluida (N), z = beda ketinggian (m)
Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh
kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik dirumuskan sebagai :
Ek = mv2 ………………………………………………. (2.11)
Dimana :
m = massa fluida (kg) v = kecepatan aliran fluida (m/s2)
Universitas Sumatera Utara
Energi tekanan disebut juga dengan energi aliran adalah jumlah kerja yang
dibutuhkan untuk memeksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu dan
berlawanan dengan tekanan fluida. Besarnya energi tekanan (Ef) dirumuskan sebagai
:
Ef = p . A . L………………………………….......... (2.12)
Dimana :
p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m2), A = luas penampang aliran (m2), L =
panjang pipa (m)
Besarnya energi tekanan dapat juga dirumuskan sebagai berikut :
Ef = ………………………………………………..(2.13)
Dimana :
= berat jenis fluida (N/m3)
Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas,
dirumuskan sebagai :
E = Wz + + …………………………………(2.13)
Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H)
dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan dengan W (
berat fluida), dirumuskan sebagai :
H = z + ………………………………………(2.14)
Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Persamaan Bernoulli
Hukum kekekalan energi menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnahkan namun dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain. Energi yang
ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai head pada suatu
titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi pada titik lain sepanjang aliran
fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang
diambil dari fluida.
Konsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang disebut dengan persamaan
Bernoulli, yaitu :
Z1 + + = Z2 + + …………………………………(2.13)
Dimana :
p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2, v1 dan v2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan
2, z1 dan z2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2, γ= berat jenis fluida, g =
percepatan gravitasi = 9,8 (m/s2)
Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua
titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi
diantara dua titik. Jika head losses tidak diperhitungkan maka akan menjadi masalah
dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan “hl” maka
persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dimana menurut
[11] dirumuskan sebagai :
Z1 + + = Z2 + + + hf……………………………..(2.14)
Ilustrasi persamaan Bernoulli disajikan pada Gambar 2.4.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4. Ilustrasi persamaan Bernoulli
Persamaan Bernouli dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan tipe
aliran, biasanya untuk fluida inkompressibel tanpa adanya penambahan panas atau
energi yang diambil dari fluida. Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk
menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk
menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin dan peralatan
lainnya.
2.2.4 Aliran Laminar dan Turbulen
Aliran fluida yang mengalir di dalam pipa dapat diklasifikasikan ke dalam dua tipe
aliran yaitu “laminar” dan “turbulen”. Aliran dikatakan laminar jika partikel-partikel
fluida yang bergerak mengikuti garis lurus yang sejajar pipa dan bergerak dengan
kecepatan sama. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti
lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-ratanya saja yang
mengikuti sumbu pipa. Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa koefisien gesekan
untuk pipa silindris merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re). Dalam
Universitas Sumatera Utara
menganalisa aliran di dalam salurn tertutup, sangatlah penting untuk mengetahui tipe
aliran yang mengalir dalam pipa tersebut. Untuk itu harus dihitung besarnya bilangan
Reynold dengan mengetahui parameter-parameter yang diketahui besarnya. Besarnya
Reynold (Re) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
Re = ………………………………………… (2.15)
Dimana
μ = Viskositas Dinamik (Pa.dtk), d = diameter dalam pipa (m), V = kecepatan aliran
fluida (m/dtk), ρ = Rapat massa (Kg/m3) Re = Reynold Number
aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan turbulen jika
bilangan Reynold lebih besar dari 4000. Jika bilangan Reynold terletak antara 2000 –
4000 maka disebut aliran transisi.
2.2.5 Kerugian Head (Head Losses)
a. Kerugian Head Mayor.
Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head.
Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau
perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). Kerugian head
akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus
berikut, yaitu :
1. Persamaan Darcy – Weisbach, yaitu :
Hf= ……………………………………….....(2.16)
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
hf = kerugian head karena gesekan (m), f = faktor gesekan d = diameter dalam pipa
(m), L = panjang pipa (m), v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/dtk), g =
percepatan gravitasi (m/ dtk2)
dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody.
Diagram Moody ditampilkan pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Diagram Moody
Universitas Sumatera Utara
2.Persamaan Hazen-Wlliam, yaitu :
Besarnya tinggi kehilangan tekanan akibat adanya gesekan dapat dihitung dengan
persamaan :
H = 1,214 x 1010 …………………………….....(2.17)
Dimana :
H = Kehilangan tekanan (m), L = Panjang pipa (m), Q = Debit air
(liter/detik), D = Diameter dalam pipa (mm), CH = Koefisien kekasaran pipa.
b. Kerugian Head Minor.
Perubahan arah aliran dan sebaran kecepatannya memerlukan kehilangan
air ekstra. Kehilangan tinggi energi pada siku dan tikungan dapat dinyatakan
sebagai:
HB = Kbg
a
2
2v
……………………………………..(2.18)
Kb adalah koefisien kehilangan tinggi energi untuk siku dan tikungan
saluran tertutup.
Biasanya saluran pipa direncana dengan kurve horisontal yang cukup besar yang
dapat memperbaiki pembagian kecepatan pada tikungan dan mengurangi
kehilangan pada tikungan tersebut. Harga – harga Kb untuk siku disajikan pada
Tabel 2.7.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.7. Harga – harga Kb untuk siku.
Sudut
Derajat
5o 10
o 15
o 22,5
o 30
o 45
o 60
o 70
o 90
o
Profil
bulat
0,02
0,03
0,04
0,05
0,11
0,24
0,47
0,80
1,1
Profil
segi empat
0,02
0,04
0,05
0,06
0,14
0,3
0,6
1,0
1,4
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986.
Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga
terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belekon, siku, sambungan, katup
dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses).
Untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa
kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.
2.2.6 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa.
Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida
dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan
Darcy dan Diagram Moddy. Pengguanaan rumus empiris juga dapat digunakan untuk
menyelesaikan permasalahan aliran.
1.Persamaan Manning dengan satuan Internasional yaitu:
Universitas Sumatera Utara
V = R 2/3
I ½…………………………………....(2.20)
Dimana :
n = koefisien kekasaran pipa Manning, R= jari – jari hidrolis (m), I = garis
kemiringan energi (kemiringan hidrolis)
Persamaan Hazen – Williams umumnya digunakan untuk menghitung head
loss dalam pipa yang sangat panjang seperti jalur pipa penyedia air minum.
Persamaan ini tidak dapat digunakan untuk liquid lain selain air dan digunakan
khusus untuk aliran yang bersifat turbulen. Persamaan Darcy – Weisbach secara
teoritis tepat digunakan untuk semua rezim aliran dan semua jenis liquid. Persamaan
Manning biasanya digunakan untuk aliran saluran terbuka (open channel flow).
2.Persamaan Strickler dengan satuan Internasional yaitu
a.Rumus Aliran
V = k R 2/3
I 1/2
...........................................................................(2.21)
Dimana :
v = kecepatan aliran yang dipercepat didalam terowongan atau saluran terututup
(m2/dtk), R = jari – jari hidrolis(m), I= garis kemiringan energi (kemiringan hidrolis)
b. Koefisien kekasaran dan kecepatan maksimum
Koefisien kekasaran Strickler (k) dan kecepatan maksimum ditunjukkan pada
Tabel 2.6. Harga-harga yang diberikan di sini sudah cukup lama digunakan
konservatif; untuk konstruksi-konstruksi besar boleh diambil harga-harga yang
lebih tinggi tergantung pada metode pelaksanaannya.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.8. Harga – harga keepatan maksimum dan k (Strickler)
Bahan konstruksi vmaks
m/dt
K
m1/3
/dt
Pasangan batu
Beton
2
3
60
70
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986
3.Persamaan Hazen-Wlliam
Berdasarkan rumus Hazen-William dapat dihitung besarnya debit yangdapatdialirkan,
kemiringan minimal untuk mengalirkan air dengan debit tertentu, kecepatan rencana
dan kehilangan tinggi tekan.
a. Besarnya kecepatan air yang mengalir melalui pipa dapat dihitung dengan
persamaan
V = 0,35464 CH D0,63
I 0,5
………………………………..(2.22)
Kemiringan hidraulik untuk dapat mengalirkan pipa dihitung dengan persamaan :
I = 10.666 CH -1.85 D -4.87 Q 1.85………………………….(2.23)
Dimana :
Q = Debit air (m3/detik), D = Diameter dalam pipa (m), I = Kemiringan hidraulik =
h/L, CH = Koefisien kekasaran pipa.
Universitas Sumatera Utara
Besarnya tinggi kehilangan tekanan akibat adanya gesekan dapat dihitung dengan
persamaan :
H = 1.214 x 1010 ……………………………………(2.24)
Dimana :
H = Kehilangan tekanan (m), L = Panjang pipa (m), Q = Debit air (liter/detik), Q =
Debit air (liter/detik), D =Diameter dalam pipa (mm), CH = Koefisien kekasaran
pipa.
CH merupakan nilai koefisien kekasaran pipa yang bergantung pada kondisi bahan.
Untuk pipa besi dilapisi semen nilai CH dapat diambil sebesar 150, sedangkan untuk
desain pipa yang menggunakan aksesoris pipa dianjurkan memakai CH sebesar 130.
Tabel 2.9. Koefisien Kekasaran Pipa (CH)
NNO
Jenis Pipa
(kondisi baru)
Harga Koefisien
Kekasaran Pipa (CH)
11 AC 130
12 Ductile, Cast Iron 120
33 GIP 140
34 PVC, DICL, MSCL 130
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986
Universitas Sumatera Utara
2.2.7 Kemiringan hidrolis
Biaya pembuatan terowongan agak mahal dan oleh karena itu, perlu
berhemat dalam membuat diameternya. Kemiringan hidrolis (kemiringan
terowongan dibuat curam jika tinggi energi yang tersedia cukup. Kecepatan
rencana yang dihasilkan tidak boleh melampaui kecepatan maksimum dan tidak
boleh di bawah kecepatan kritis dengan 0,75 kali kecepatan kritis sebagai harga
praktis.
Konstruksi galian terbuka memperkecil potongan melintang saluran ter-
tutup karena tanah harus dipindahkan. Bagaimanapun juga luas potongan
melintang yang kecil tetap lebih murah daripada yang besar.
2.2.8. Tinggi jagaan
Ditinjau dari segi hidrolika, tinggi jagaan sebuah terowongan 0,2 D dengan
ukuran minimum sekitar 0,5 m umumnya dapat diterima secara internasional. Ini
akan memberikan sekitar 10 % kapasitas cadangan yang dinilai terlalu rendah untuk
ketidakpastian perencanaan di Indonesia pada umumnya. Oleh karena itu dipakai
tinggi jagaan 0,25 D yang berarti menambah kapasitas cadangan sampai kurang lebih
15 persen dari debit rencana untuk terowongan bentuk tapal kuda.
Untuk saluran terhadap segi empat, tinggi jagaan akan diambil pada 0,2 H. H
adalah tinggi bagian dalam saluran.
Agar benda-benda terapung dapat melewati terowongan dan saluran tertutup,
maka tinggi minimum jagaannya diambil sama dengan tinggi jagaan saluran terbuka.
2.2.9. Perencanaan potongan melintang
Universitas Sumatera Utara
Dimensi potongan melintang dan kehilangan tinggi energi (kemiringan
hidrolis I) dapat dievaluasi dengan menggunakan tabel-tabel ini setelah dipilih va dan
k seperti yang telah dibicarakan di atas.
Untuk potongan-potongan segi empat evaluasi kehilangan tinggi energi dan potongan
melintang dilakukan langsung dengan menggunakan rumus Strickler. Lebar potongan
melintang dibagi tinggi akan berkisar antara 1 dan 2.
2.2.10. Kehilangan total tinggi energi
Kehilangan total tinggi energi di terowongan atau saluran tertutup adalah :
H = Hmasuk + Hfr + HB + Hkeluar ......................(2.25)
Dimana :
Hmasuk, keluar = kehilangan tinggi energi masuk dan keluar, m
Hfr = kehilangan tinggi energi akibat gesekan di
sepanjang pipa, m
HB = kehilangan tinggi energi pada tikungan, m
Kehilangan tinggi energi masuk dan keluar dinyatakan dengan rumus
berikut :
Hmasuk : masuk
2
2g
a vv ....................................................(2.26)
Hkeluar : keluar
2
2g
a vv .....................................................(2.27)
Dimana :
Hmasuk, keluar= kehilangan tinggi energi masuk dan keluar, m
Universitas Sumatera Utara
masuk, keluar = Koefisien kehilangan tinggi energi masuk
dan keluar
va = Kecepatan rata – rata yang dipercepat dalam
bangunan , m/dt
v =Kecepatan rata – rata di bagian hulu atau hilir, m/dtk
Luas potongan melintang basah dalam peralihan tertutup diambil sama
dengan luas potongan melintang saluran tertutup. Oleh karena itu kehilangan
tinggi energi di dalam saluran tertutup adalah sama dengan kehilangan akibat
gesekan bisa dalam saluran tertutup.
2.2.11. Bentuk potongan melintang
Apabila tekanan tanah dan air di luar kecil, maka pada umumnya kon-
struksi akan terdiri dari pasangan batu dengan atap dari beton bertulang. Untuk debit
rencana yang kecil dan luas-potongan melintang yang kecil pula, dapat
dipertimbangkan penggunaan pipa-pipa beton bulat.
Jika tekanan di luar kuat maka pipa dari beton bertulang akan lebih cocok. Untuk
debit kecil dan potongan-potongan melintang yang kecil diperlukan pipa bentuk bulat
Kecepatan aliran yang tinggi dan luas potongan melintang yang besar mungkin
memerlukan bentuk segi empat untuk pertimbangan-pertimbangan pelaksanaan.
a. Lengkung
Jari – jari horisontal dibuat lebar, biasanya untuk membatasi panjang dan
penggalian yang diperlukan. Jari – jari minimum adalah 5 kali tinggi saluran.
Universitas Sumatera Utara
b. Ukuran Minimum
Karena dipakai metode pelaksanaan galian terbuka, maka ukuran minimum
boleh diambil 1,0 m dan 0,70 m untuk saluran pendek.
2.3 Bak Distribusi (Reservoar).
Reservoar berasal dari bahasa Perancis (reservoa:) yang berarti tempat penampungan
(persediaan) air. Istilah ini tentunya sangat akrab di PDAM, baik itu ground reservoar
(di tanah) atau elevated reservoar (menara).
Reservoir atau danau buatan digunakan untuk tempat penyimpanan air. Reservoir
dapat dibuat di lembah sungai dengan membuat bendungan atau dengan menggali
tanah atau dengan cara konvensional seperti membuat tembok atau beton. Istilah
reservoir juga dapat digunakan untuk menggambarkan reservoir bawah tanah seperti
sumur minyak atau air (Wikipedia, 2011).
2.3.1 Tipe-tipe reservoir
a. Valley dammed reservoir
Pembuatan bendungan di sebuah lembah dengan mengandalkan topografi alami
sebagai wadah reservoir tersebut. Bendungan biasanya terletak di bagian yang sempit
sebuah hilir lembah. Membangun sebuah reservoir di lembah biasanya mengharuskan
pengalihan sungai selama masa pembangunan yang biasanya dilakukan melalui
terowongan atau saluran sementara. Di daerah yang berbukit, pembangunan reservoir
biasanya dilakukan dengan memperluas danau yang ada. Kadang-kadang di reservoir
Universitas Sumatera Utara
seperti ini level ketinggian air yang baru melebihi batas ketinggian air pada salah satu
atau beberapa cabang sungai seperti pada Llyn Clywedog di Mid Wales. Pada kasus
seperti ini sisi bendungan tambahan diperlukan untuk mengisi reservoir.
b. Bank-side reservoir.
Ketika air diambil dari sebuah sungai dengan kualitas dan kuantitas yang berbeda-
beda, bank-side reservoir mungkin dibangun untuk menyimpan air yang dipompa atau
yang disedot dari sungai. Reservoir seperti ini biasanya dibangun perbagian dengan
menggali dan sebagian lagi dengan jembatan melingkar di atas permukaan air atau
tanggul dengan keliling melebihi 6 km. Lantai reservoir dan jembatan tadi harus
memiliki lapisan kedap air.
Air yang disimpan dengan reservoir jenis ini harus memiliki waktu selama beberapa
bulan agar proses biologis mampu untuk mengurangi banyak kontaminasi dan
membersihkan kekeruhan. Penggunaan bank-side reservoir juga membolehkan
pemisahan air selama jangka waktu tertentu ketika sungai terkena polusi atau ketika
kondisi arus sangat lemah pada musim kemarau. Contoh salah satu penggunaan bnak-
side reservoir ini adalah The London water supply system dengan air sungai yang
diambil dari sungai Thames dan sungai Lee.
c. Service reservoir
Service reservoir menyimpan air yang dapat diminum di dekat lokasi distribusi.
Banyak service reservoir dibangun sebagai water tower, seringkali sebagai bangunan
yang tinggi pada pilar beton dimana bentang darat yang relatif datar. Service reservoir
lainnya dibangun secara menyeluruh dibawah tanah, terkhusus di daerah gunung atau
Universitas Sumatera Utara
berbukit. Service reservoir memiliki beberapa fungsi termasuk memastikan tersedia
cukup air di sistem distribusi air dan menyediakan sistem rem hidrolik kapasitansi.
2.3.1 Kegunaan reservoir:
a.Penyimpanan air.
Banyak bendungan sungai digunakan untuk menyediakan kebutuhan air mentah yang
diolah menjadi air minum. Reservoir tidak sesederhana menyimpan air sampai air
tersebut dibutuhkan tetapi juga merupakan bagian dari proses pengolahan air. Waktu
di mana air disimpan sebelum dilepaskan dikenal sebagai retention time. Ini
merupakan sebuah rancangan agar partikel dan lumpur dapat keluar dan juga
merupakan waktu yang baik untuk pengolahan air sacara biologis oleh bakteri, alga,
atau zooplankton yang secara alami tinggal si air tersebut.
b. Hydroelectricity
Sebuah reservoir membangkitkan hydroelectricity seperti turbin yang terhubung pada
pipa yang menahan air dengan diameter yang besar. Pembangkit tersebut dibuat
didasar bendungan atau di tempat yang jauh. Beberapa pembangit hydroelectricity
menggunakan pompa yang dapat diisi ulang yang mana reservoir level tinggi diisi
dengan air menggunakan pompa listrik, ketika permintaan listrik rendah kemudian air
yang disimpan digunakan untuk pembangkit listrik dengan melepaskan air yang
disimpan ke dalam reservoir level yang lebih rendah. Ini desebut dengan pump-
storage.
c. Mengontrol anak sungai
Reservoir dapat digunakan dengan banyak cara untuk mengatur bagaimana arus air di
bafgian hilir.
Universitas Sumatera Utara
Mengontrol anak sungai dapat bermanfaat untuk menyediakan air di daerah hilir,
irigasi, mengontrol banjir, dan sebagai kanal
d. Menjaga keseimbangan aliran/arus
Reservoir dapat digunakan untuk menjaga keseimbangan arus dengan sistem
pengaturan yang tinggi, mengambil air ketika arus tinggi dan melepaskannya kembali
ketika arus rendah. Hal ini dapat dilakukan dengan tidak menggunakan pompa tapi
dengan menggunakan pintu air yang dapat disesuaikan.
e. Rekreasi
Air yang tersedia pada banyak reservoir biasanya memperbolehkan beberapa
kegiatan rekreasi seperti memancaing, berlayar, atau kegiatan lainnya. Beberapa
aturan ditetapkan untuk keamanan publik dan melindungi kualitas air atau ekologi di
daerah sekitar. Banyak reservoir dilengkapi dengan pemandangan dan tempat
rekreasi.
Reservoar merupakan elemen yang sangat penting dalam sebuah sistem penyaluran
air. Ada beberapa fungsi reservoar dalam sebuah sistem penyaluran air, antara lain :
-Sebagai water storage transit (tempat penyimpanan air sementara) Untuk menambah
aliran air (flow).
- Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban pemakaian
peak-hour, average dan minimum demand.
-Fire storage, tempat penampungan air cadangan untuk keperluan pemadaman
kebakaran.
Universitas Sumatera Utara
2.4 Dasar Perencanaan Pompa
Dalam perancangan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat
yang lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, yaitu
2.4.1 Kapasitas
Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu.
Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan
fungsi pompa yang direncanakan.
2.4.2 Head pompa
Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh
jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang
sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu :
a. Head potensial
Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi suatu
kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan oleh posisinya
atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air.
b. Head kecepatan
Head kecepatan atau head kinetik yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung
fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan persamaan.
Universitas Sumatera Utara
c. Head tekanan
Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan
dengan
Head total dari pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas
dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (head mayor dan head
minor).
2.4.3 Sifat zat cair
Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa.
Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar.
2.4.4 Unit penggerak pompa
Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan
dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan
merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit
kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor
bakar, motor listrik dan turbin uap.
Dalam pemilihan jenis pompa yang digunakan untuk mendistribusikan fluida kerja
ini, perlu dipertimbangkan faktor teknis dan ekonomisnya. Pompa yang digunakan
dalam perencanaan ini adalah jenis pompa sentrifugal dengan pertimbangan :
Universitas Sumatera Utara
• Kapasitas pompa besar.
• Aliran fluida yang dipompakan kontinu.
• Konstruksi kecil dan sederhana sehingga mudah dalam pemeliharaan dan dapat
digabungkan dengan unit penggerak pompa sebagai satu kesatuan.
• Dapat beroperasi pada putaran tinggi dan dikopel langsung dengan motor
penggerak.
• Getaran yang terjadi pada saat pengoperasiannya relative kecil.
• Untuk melayani kebutuhan yang sama, harga awal dan perawatan lebih murah
dibanding jenis lain.
• Head pompa yang sesuai dengan yang dibutuhkan.
Universitas Sumatera Utara
top related