KEHILANGAN TINGGI TEKAN (HEAD LOSS)

Dalam merencanakan sistem jaringan distribusi air bersih, aliran dalam pipa harus

berada pada kondisi aliran turbulen. Untuk mengetahui kondisi aliran dalam pipa turbulen

atau tidak, dapat dihitung dengan identifikasi bilangan Reynold menggunakan persamaan

berikut :

Dalam hal ini :

Re = Bilangan Reynold

v = Kecepatan aliran dalam pipa (m/det)

D = Diameter pipa (m)

= Kekentalan kinematik air pada suhu tertentu (m2/det)

Tabel Kekentalan Kinematik Air

Suhu(oC)

Kekentalan Kinematik

(m2/det)

Suhu(oC)

Kekentalan Kinematik(m2/det)

051015202530

1.785 . 10-6

1.519 . 10-6

1.306 . 10-6

1.139 . 10-6

1.003 . 10-6

1.893 . 10-6

1.800 . 10-6

405060708090100

1.658 . 10-6

1.553 . 10-6

1.474 . 10-6

1.413 . 10-6

1.364 . 10-6

1.326 . 10-6

1.294 . 10-6

Sumber: Priyantoro, 1991

Dari perhitungan bilangan Reynold, maka sifat aliran di dalam pipa dapat diketahui

dengan kriteria sebagai berikut (Triatmodjo, 1996):

Re < 2000 aliran bersifat laminer

Re = 2000 – 4000 aliran bersifat transisi

Re > 4000 aliran bersifat turbulen

a. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Gesekan Dalam Pipa (Major Losses)

Fluida yang mengalir di dalam pipa akan mengalami tegangan geser dan gradien

kecepatan pada seluruh medan karena adanya kekentalan kinematik. Tegangan geser tersebut

akan menyebabkan terjadinya kehilangan energi selama pengaliran. Tegangan geser yang

terjadi pada dinding pipa merupakan penyebab utama menurunnya garis energi pada suatu

aliran (major losses) selain bergantung juga pada jenis pipa.

Dalam kajian ini digunakan persamaan Hazen-Williams (Haestad, 2001 ) yaitu :

Q = 0.85 . Chw . A . R0.63 . S0.54

V= 0.85 . Chw . R0.63 . S0.54

Dalam hal ini :

Q = Debit aliran pada pipa (m3/det)

V = Kecepatan pada pipa (m/det)

Chw = Koefisien kekasaran Hazen-Williams

A = Luas penampang aliran (m2)

R = Jari-jari hidrolis (m)

=

R =

S = Kemiringan garis energi (m/m)

=

Untuk Q = , didapat persamaan kehilangan tinggi tekan mayor menurut Hazen-

Williams sebesar (Webber, 1971) :

hf = k.Q1.85

Dengan :

k =

Dalam hal ini :

hf = Kehilangan tinggi tekan mayor (m)

k = Koefisien karakteristik pipa

Q = Debit aliran pada pipa (m3/det)

D = Diameter pipa (m)

L = Panjang pipa (m)

Chw = Koefisien kekasaran Hazen-Williams

Tabel Koefisien Kekasaran Pipa Menurut Hazen-Williams

No Jenis PipaNilai Koefisien

Hazen-Wlliams (Chw)1 PVC 140-1502 Pipa asbes 120-1503 Batu berlapis semen 100-1404 Pipa besi digalvanis 100-1205 Cast Iron 90-125

Sumber : Haestad, 2001

b. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Dalam Jalur Pipa (Minor Losses)

Kehilangan tinggi tekan minor ini disebabkan oleh adanya perubahan mendadak dari

ukuran penampang pipa yang menyebabkan turbulensi, belokan-belokan, adanya katub dan

berbagai jenis sambungan. Kehilangan tinggi tekan minor semakin besar bila terjadi

perlambatan kecepatan aliran di dalam pipa dibandingkan peningkatan kecepatan akibat

terjadi pusaran arus yang ditimbulkan oleh pemisahan aliran dari bidang batas pipa. Untuk

jaringan pipa sederhana, kehilangan tinggi tekan minor ini tidak boleh diabaikan karena

nilainya cukup berpengaruh. Namun untuk pipa-pipa yang panjang atau L/D > 1000,

kehilangan tinggi tekan minor ini dapat diabaikan (Priantoro, 2001). Persamaan umum untuk

menghitung besarnya kehilangan tinggi tekan minor ini dapat ditulis sebagai berikut :

Dalam hal ini :

hLm = Kehilangan tinggi tekan minor (m)

k = Koefisien kehilangan tinggi tekan minor

v = Kecepatan rata-rata dalam pipa (m/det)

g = Percepatan gravitasi (m/det2)

Besarnya nilai koefisien k sangat beragam, tergantung dari bentuk fisik penyempitan,

pelebaran, belokan, katup dan sambungan dari pipa. Namun, nilai k ini masih berupa

pendekatan karena sangat dipengaruhi oleh bahan, kehalusan membuat sambungan maupun

umur sambungan tersebut.

Tabel Koefisien Kekasaran Pipa Menurut Jenis Perubahan Bentuk Pipa

Fitting k Fitting k

Awal masuk ke pipa Bell Melengkung Membelok tajam Projecting

Kontraksi tiba-tiba D2/D1 = 0,8D2/D1 = 0,5D2/D1 = 0,2

Kontraksi konis D2/D1 = 0,8D2/D1 = 0,5D2/D1 = 0,2

Ekspansi tiba-tiba D2/D1 = 0,8D2/D1 = 0,5D2/D1 = 0,2

Ekspansi konis D2/D1 = 0,8D2/D1 = 0,5D2/D1 = 0,2

0,03 – 0,050,12 – 0,25

0,500,80

0,180,370,49

0,050,070,08

0,160,570,92

0,030,080,13

Belokan halus 90o Radius belokan/D = 4Radius belokan/D = 2Radius belokan/D = 1

Belokan tiba-tiba (mitered) = 15o

= 30o

= 45o

= 60o

= 90o

Te (Tee) Aliran searah (line flow) Aliran bercabang

Persilangan Aliran searah (line flow) Aliran bercabang

45o Wye Aliran searah (line flow) Aliran bercabang

0,16 – 0,180,19 – 0,250,35 – 0,40

0,050,100,200,350,80

0,30 – 0,400,75

0,500,75

0,300,50

Sumber : Triatmodjo

Contoh SoaL

Dalamp pipa Cast Iron dengan panjang 845 m , diameter 1,00 m dan kehilangan tinggi tekan 1,11m. Hitunglah kapasitas debit yang mengalir pada pipa tersebut dengan persamaan Hazen-Williams.

Penyelesaian :

Chw = 120 (tabel koefisien kekesaran pipa menurut Hazen-Williams)L = 845 mD = 1,00mR = D/4

= ¼= 0,25m

hf = 1,11 m

S =

= 1,11/ 845

= 0,001314 m/m

Q = A.V

= (¼ . 3,14 . 1²). (Chw . R

0,63 .

S

0,54

)

= (¼ . 3,14 . 1²). (0,85 . 0,25

0,63 .

0,001314

0,54

)

= 0,9285 m3/dt