studi kasus - kelompok 8
DESCRIPTION
Makalah Peristiwa PerpindahanStudi KasusUniversitas IndonesiaTRANSCRIPT
MAKALAH PERISTIWA PERPINDAHAN
INSTALASI AIR DESA CILEUKSA
KELOMPOK 8
Ervandy Haryoprawironoto
Imam Taufiq Ramadhan
Mega Puspitasari
Putri Rokhmayati
Yuni Dwi Lestari
1306370461
1306370612
1306370713
1306370543
1306370575
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
2014
2
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .......................................................................................................................2
KATA PENGANTAR ........................................................................................................3
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................................4
1.1. Latar Belakang ...........................................................................................................4
1.2. Tujuan ........................................................................................................................5
1.3. Rumusan Masalah ......................................................................................................5
BAB II STUDI KASUS ......................................................................................................6
2.1. Studi Kasus ................................................................................................................6
2.2. Penyelesaian ...............................................................................................................6
2.3. Analisis .................................................................................................................... 8
BAB III LANDASAN TEORI.......................................................................................... 11
BAB IV KESIMPULAN .................................................................................................. 22
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 23
3
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya milik Allah SWT. Shalawat dan salam selalu tercurahkan
kepada Rasulullah SAW. Berkat limpahan rahmat dan karuniaNya penyusun dapat
menyelesaikan tugas makalah ini guna memenuhi tugas mata kuliah Peristiwa Perpindahan
yang terkait dengan penerapan prinsip-prinsip kalkulasi peristiwa perpindahan dalam
kehidupan sehari-hari.
Dalam penyusunan tugas atau materi ini, tidak sedikit hambatan yang penulis hadapi.
Namun penulis menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan materi ini tidak lain berkat
bantuan, dorongan, dan bimbingan orang tua, sehingga kendala-kendala yang penulis hadapi
teratasi.
Makalah ini disusun agar pembaca dapat memperluas ilmu tentang mata kuliah
peristiwa perpindahan yang penulis sajikan berdasarkan pengamatan dari berbagai sumber
referensi. Makalah ini di susun oleh penyusun dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang
dari diri penyusun maupun yang datang dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan
terutama pertolongan dari Allah SWT akhirnya makalah ini dapat terselesaikan.
Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas dan menjadi
sumbangan pemikiran kepada pembaca khususnya para mahasiswa Universitas Indonesia.
Saya sadar bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan jau dari sempurna. Untuk
itu, saya meminta masukannya demi perbaikan pembuatan makalah saya di masa yang
akan datang dan mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca.
Depok, Desember 2014
Penyusun
4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Desa Cileuksa berada di Kabupaten Bogor, merupakan salah satu desa terpecil
yang jauh dari perkotaan. Desa dengan populasi penduduk yang hanya terdiri atas 4
rusun tetangga (RT) dan 1 rusun warga (RW). Bentuk permukaan desa dapat dikatakan
tidak merata seperti pemukiman pada umumnya. Karena setiap RT menempati daerah
dengan ketinggian berbeda. Warga rusun 1 menempati daerah paling bawah, dan warga
rusun 4 berada di daeran paling atas. Karena permukaan tanah yang tidak rata, maka
warga yang berada di rusun 3 dan 4 tidak memiliki sumber air bersih sendiri. Warga
biasa memanfaatkan air dari kali yang jaraknya sangat jauh.
Keadaan berbeda terlihat pada warga rukun 1. Kebanyakan warga sudah memiliki
sumur sendiri. Agar sumur yang dibuat mampu menghasilkan air yang bersih
kedalaman sumur harus mencapai lebih dari 10 meter. Dan untuk daerah rusun
diatasnya sumur baru dapat menghasilkan air jika kedalamannya lebih dari 25 meter.
Karena hal itulah maka kebanyakan warga yang bukan rusun 1 tidak memiliki sumur
sendiri, karena mahalnya biaya yang harus dikeluarkan untuk menggali kedalaman dan
besarnya pompa yang dibutuhkan untuk mampu menghisap air dengan kedalaman
tersebut.
Desa ini tergolong baru, warga desa Cileuksa merupakan warga pindahan dari
desa sebelumnya. Dikarenakan desa yang ditempati terkena bencana longsor, maka
pemerintah kota Bogor memindahkan sebagian warganya ke desa Cileuksa. Bukan
hanya air yang menjadi masalah utama, di desa ini sebagian warga juga belum memiliki
listrik di rumahnya sehingga sangat mustahil untuk mampu membuat sumur. Hal itu
disebabkan faktor ekonomi dari warga yang umumnya memiliki mata pencaharian
sebagai penambang emas musiman, pedagang kecil, dan bahkan kebanyakan warganya
lebih memilih merantau ke kota untuk mencari nafkah. Akses yang harus ditempuh
untuk mencapai desa Cileuksa sangat jauh, karena aksesnya yang jauh dari desa lain,
maka dapat dikatakan bahwa desa ini terpencil.
Oleh sebab itu pada Kerja Sosial FTUI 2014 salah satu kegiatan yang dilakukan
oleh mahasiswa FTUI memiliki program yaitu membuat ‘ Instalasi Air ‘ di desa
Cileuksa, instalasi dibangun dengan tujuan memudahkan warga rusun 3 dan 4 dalam
5
memenuhi kebutuhan air bersih. Instalasi dibuat dengan membuat sumur di daerah
rusun 4 dan kemudian disambung dengan pipa-pipa panjang hingga mampu
menjangkau warga yang berada dirusun 3 dan rusun 4.
1.2. Tujuan
Penulisan makalah ini memiliki tujuan yaitu membuat contoh kasus dan cara
penyelesaiannya berdasarkan Bab 6 dan 7 mata kuliah Peristiwa Perpindahan.
Menetukan berapa daya yang dibutuhkan oleh pompa pada program instalasi air untuk
dan seberapa besar efisiensi dari pompa yang digunakan.
1.3. Rumusan Masalah
1. Berapa daya pompa yang dibutuhkan agar dapat mengisi tangki yang menjadi
sumber pemenuh kebutuhan air bagi warga sekitar?
6
BAB II
STUDI KASUS
1.1. Studi Kasus
Warga RT 4 di desa Cileuksa mengalami kesulitan dalam memenuhi kebutuhan
airnya. Hal ini dikarenakan bentuk desa tersebut yang berupa tebing-tebing, sedangkan
sumber mata airnya terletak di daerah bawah dan RT 4 terletak di daerah atas. Untuk
mengatasi masalah ini, mahasiswa FTUI membangun instalasi air, dengan
menggunakan pompa untuk memindahkan air ke suatu bak penampung yang terletak di
RT 4. Ketika dilakukan uji coba, untuk mengisi bak sampai terisi 5 m3, diperlukan
waktu 1 jam. Jika diketahui diameter pipa yang digunakan adalah 8 cm, Hitung besar
kerja dalam hp dari pompa yang digunakan!
1.2. Penyelesaian
Gambar 1. Instalasi Air
Asumsi:
Aliran berupa air murni
𝜌 = 62,4 𝑙 𝑏𝑚 𝑓𝑡3⁄
𝜇 = 6,7 × 10−4 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡 𝑠⁄
7
Fluida incompressible
∫1
𝜌
𝑝2
𝑝1
𝑑𝑝 =1
𝜌(𝑝2 − 𝑝1)
Untuk mencapai volume 𝑉 = 5 𝑚3 diperlukan waktu 𝑡 = 1,2 𝑗𝑎𝑚, sehingga besar
debitnya
𝑄 =𝑉
𝑡=
5 𝑚3
4320 𝑠=
1,16 × 10−3𝑚3
𝑠× (
1 𝑓𝑡
0,3 𝑚)
3
= 0,043 𝑓𝑡3 𝑠⁄
⟨𝑣⟩ =𝑄
𝜋𝑟2=
0,043 𝑓𝑡3 𝑠⁄
3,14× (
1
4 𝑐𝑚)
2
× (30 𝑐𝑚
1 𝑓𝑡)
2
= 0,77 𝑓𝑡 𝑠⁄
Menghitung besar bilangan reynold
𝑅𝑒 =𝜌⟨𝑣⟩𝐷
𝜇=
62,4 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡3 × 0,77 𝑓𝑡 𝑠⁄ × 8 𝑐𝑚 ×1 𝑓𝑡
30 𝑐𝑚⁄
6,7 × 10−4 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡 𝑠⁄= 1,9 × 104
Re > 2100, sehingga alirannya merupakan aliran turbulen
Persamaan Bernouli
∆1
2⟨�̅�⟩2 + 𝑔∆ℎ + ∫
1
𝜌
𝑝2
𝑝1
𝑑𝑝 + �̂� + 𝐸�̂�𝑝𝑖𝑝𝑎 + 𝐸�̂� 𝑛𝑜𝑛𝑝𝑖𝑝𝑎 = 0
𝑔∆ℎ + �̂� + 𝐸�̂�𝑝𝑖𝑝𝑎 + 𝐸�̂� 𝑛𝑜𝑛𝑝𝑖𝑝𝑎 = 0
Menghitung 𝐸�̂�𝑝𝑖𝑝𝑎
𝑓 =0,0791
𝑅𝑒14
= 6, 74 × 10−3
𝐸�̂�𝑝𝑖𝑝𝑎 =2⟨𝑣⟩2𝑓
𝐷∑ 𝐿
=2 × (0,77 𝑓𝑡 𝑠⁄ )26, 74 × 10−3
8 𝑐𝑚 ×1 𝑓𝑡
30 𝑐𝑚
× (3 + 2 + 15 + 2 + 7 + 3 + 0,5 + 1)𝑐𝑚 ×1 𝑓𝑡
30 𝑐𝑚= 3,35 𝑓𝑡2 𝑠2⁄
Menghitung 𝐸�̂� 𝑛𝑜𝑛𝑝𝑖𝑝𝑎
𝐸�̂� 𝑛𝑜𝑛𝑝𝑖𝑝𝑎 = ∑ (1
2⟨𝑣⟩2𝑒𝑣)
𝑖𝑖
= 1
2× (0,77 𝑓𝑡 𝑠⁄ )2(0,45 + 4 × 0,5 + 1)
= 1,02 𝑓𝑡2 𝑠2⁄
8
Menghitung besar energi potensial
𝑔∆ℎ = 9,8 𝑚 𝑠2 × (12 − 1) 𝑚⁄
=117,6 𝑚2
𝑠2× (
1 𝑓𝑡
0,3 𝑚)
2
= 1,31 × 103 𝑓𝑡2 𝑠2⁄
Menghitung besar �̂�
Berdasarkan persamaan bernouli
𝑔∆ℎ + �̂� + 𝐸�̂�𝑝𝑖𝑝𝑎 + 𝐸�̂� 𝑛𝑜𝑛𝑝𝑖𝑝𝑎 = 0
1,31 × 103 𝑓𝑡2 𝑠2⁄ + �̂� + 3,35 𝑓𝑡2 𝑠2⁄ + 1,02 𝑓𝑡2 𝑠2⁄ = 0
�̂� =−1.314,37 𝑓𝑡2
𝑠2×
𝑙𝑏𝑓 𝑠2
32,2 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡= 40,82 𝑓𝑡 𝑙𝑏𝑓 𝑙𝑏𝑚⁄
Besar kerja yang dilakukan oleh pompa
−𝑊 = −�̂� × 𝑤
= �̂� × 𝑄 × 𝜌
= 40,82 𝑓𝑡 𝑙𝑏𝑓 𝑙𝑏𝑚⁄ × 0,043 𝑓𝑡3 𝑠⁄ × 62,4 𝑙 𝑏𝑚 𝑓𝑡3⁄
= 109, 52 𝑓𝑡 𝑙𝑏𝑓 𝑠⁄ = 0,2 ℎ𝑝
Jadi besar kerja yang dilakukan oleh pompa adalah 0,2 hp
1.3. Analisis
Suplai air di daerah pemukiman warga RT 4 desa Cileksa Kabupaten Bogor masih
terbilang sulit. Keterbatasan kondisi pemukiman di daerah tebing yang cukup jauh dari
sumber air mengakibatkan sulitnya warga untuk mendapatkan ketersediaan air yang
cukup. Oleh sebab itu perlu dibangun sistem penyalur air di daerah tersebut. Suplai air
didapat dari sumber air yaitu sungai yang terletak di bawah tebing. Dengan kondisi
daerah tebing yang memiliki ketinggian 12 m dari sumber air (sungai) maka diperlukan
sistem penyalur air yang membutuhan tenaga pompa. Sistem pompa ini bertujuan untuk
menambah energi pada aliran sehingga dapat mencapai daerah tebing.
Untuk mengetahui seberapa besar kerja pompa yang dibutuhkan untuk
mengalirkan air ke tangki bagian atas tebing maka dilakukan uji coba sistem penyalur
air. Uji coba dilakukan dengan memperhatikan aspek waktu yang dibutuhkan untuk
mengisi volume tangki sebesar 5 m3 secara penuh. Dimana tangki tersebut akan menjadi
media penampung air bagi warga sekitar. Dalam pengujian yang dilakukan ternyata
9
diperlukan waktu 1,2 jam untuk mengisi tangki hingga penuh, dengan mengasumsikan
bahwa air adalah fluida yang mempunyai sifat incompressible dan tidak mengalami
perubahan volume apabila terjadi tekanan. Maka besarnya debit air (Q) pada reservoir
dapat dhitung melalui persamaan:
𝑄 =𝑉
𝑡
Sehingga diperoleh nilai debit air sebesar 0,043 𝑓𝑡3 𝑠⁄ . Dengan diameter pipa
yang digunakan sebesar 8 cm dan fluida yang bergerak di dalam pipa dianggap
mempunyai kecepatan yang konstan dari waktu ke waktu melalui suatu pipa dengan
diameter yang sama (steady state), maka hubungan debit air dan kecepatan air pipa
adalah :
⟨𝑣⟩ =𝑄
𝜋𝑟2
Berdasarkan hubungan tersebut diperoleh laju alir pipa adalah 0,77 𝑓𝑡 𝑠⁄ .
Dengan laju alir pipa tersebut dapat diketahui bilangan reynolds dengan massa jenis air
62,4 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡3⁄ dan viskositas air 6,7 × 10−4 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡 𝑠⁄ sebesar 1,9 × 104. Ini
memberikan informasi bahwa aliran fluida dalam pipa tersebut merupakan aliran
turbulen.
Mengacu pada kenyataan di lapangan yang memungkinkan terjadinya kondisi
yang tidak sesuai dengan harapan, maka sebagai salah satu faktor yang penting dalam
perhitungan hidrolis perpipaan perlu dilakukan perhitungan kehilangan tekanan karena
friksi. Mengingat dalam rangkaian perlengkapan pipa terdapat sudden contraction,
elbow, dan sudden expansion yang perlu diperhitungkan. Besarnya kehilangan tekanan
karena friksi dalam pipa maupun non pipa dapat dihitung dengan persamaan :
𝐸�̂�𝑝𝑖𝑝𝑎 =2⟨𝑣⟩2𝑓
𝐷∑ 𝐿
dan
𝐸�̂� 𝑛𝑜𝑛𝑝𝑖𝑝𝑎 = ∑ (1
2⟨𝑣⟩2𝑒𝑣)
𝑖𝑖
Dari persamaan di atas diperoleh nilai 𝐸�̂�𝑝𝑖𝑝𝑎 dan 𝐸�̂� 𝑛𝑜𝑛𝑝𝑖𝑝𝑎 secara
berturut-turut sebesar 3,35 𝑓𝑡2 𝑠2⁄ dan 1,02 𝑓𝑡2 𝑠2⁄ .
Menggunakan persamaan Bernoully maka dihasilkan besar �̂� =
40,82 𝑓𝑡 𝑙𝑏𝑓 𝑙𝑏𝑚⁄ . Sehingga dapat diketahui besar kerja yang dilakukan oleh pompa
adalah 0,2 hp. Dengan kerja pompa sebesar 0,2 hp maka dapat memenuhi tangki
10
dengan volume 5 m3 hingga penuh dengan debit air sebesar 0,043 𝑓𝑡3 𝑠⁄ dan laju alir
0,77 𝑓𝑡 𝑠⁄ selama 1,2 jam.
Besarnya kerja pompa yang dihasilkan dapat memudahkan pemindahan air dari
sumber air (sungai) melalui aquifer bawah tanah ke tangki penyimpan air di atas tebing.
Jika dirasa waktu yang dibutuhkan untuk pemindahan air tersebut masih terbilang
cukup lama maka kecepatan aliran dapat ditingkatkan dengan meningkatkan tekanan
air oleh pompa. Namun perlu diperhatikan kapasitas peralatan dan ukuran pipa-pipa,
karena dalam perancangan sistem penyalur air hal tersebut didasarkan pada jumlah dan
laju aliran air yang harus disediakan pada kondisi tempat tersebut.
Selain itu tekanan air yang digunakan juga perlu ditinjau. Tekanan air yang
kurang cukup akan menimbulkan kesulitan dalam pemakaian air. Sementara tekanan
yang berlebihan juga dapat mempercepat kerusakan peralatan plambing, dan
menambah kemungkinan timbulnya pukulan air. Kecepatan aliran air yang terlampau
tinggi akan dapat menambah kemungkinan timbulnya pukulan air, dan menimbulkan
suara berisik dan kadang-kadang menyebabkan ausnya permukaan dalam dari pipa.
Batas kecepatan 2,0 m/detk sebaiknya diterapkan dalam penentuan pendahuluan ukuran
pipa. Kecepatan yang terlampau rendah juga dapat menimbulkan efek kurang baik dari
segi korosi, pengendapan kotoran, ataupun kualitas air.
11
BAB III
LANDASAN TEORI
Ditinjau dari mekanika aliran, terdapat dua macam aliran yaitu aliran saluran
tertutup dan aliran saluran terbuka. Dua macam aliran tersebut dalam banyak hal
memiliki kesamaan, tetapi berbeda pada satu ketentuan penting. Perbedaan tersebut
teretak pada keberadaan permukaan bebas, dimana aliran pada saluran terbuka harus
memiliki permukaan bebas yang dipengaruhi oleh tekanan udara bebas ( P Atmosfer),
sedangkan aliran pada saluran tertutup tidak dipengaruhi oleh tekanan udara secara
langsung kecuali oleh tekanan hidrolik (y) karena air mengisi seluruh penampang
saluran (Nasution 2005).
Gambar 2. Aliran pada permukaan terbuka dan tertutup
Perbedaan bentuk kedua aliran tersebu Perbandingan rumus energi untuk kedua
tipe aliran tersebut adalah:
Aliran pada saluran tertutup
12
Aliran pada saluran terbuka
Aliran turbulen dapat merupakan topik yang sangat kompleks dan sulit—
setidaknya yang telah menimbulkan perdebatan dalam pembahasan-pembahasan
teoretis yang sangat rumit. Jadi, kebanyakan analisis aliran pipa turbulen didasarkan
pada data-data eksperimen dan rumus-rumus semiempiris, meskipun alirannya telah
berkembang penuh. Hasil-hasil ini diberikan dalam bentuk tak berdimensi dan meliputi
kisaran parameter aliran yang luas, termasuk berbagai jenis fluida, pipa dan laju aliran.
Sebagai tambahan dalam pertimbangan aliran-aliran berkembang penuh ini, berbagai
data yang berguna telah tersedia ber-kaitan dengan aliran yang melalui sambungan
pipa, seperti elbow, sambungan T, katup, dan yang sejenisnya. Data-data ini sangat
mudah dinyatakan dalam bentuk-bentuk tak berdimensi.
Hidrolika Perpipaan
Perilaku air secara fisik yang dipelajari dalam hidrolika meliputi hubungan antara
debit air yang mengalir dalam pipa dikaitkan dengan diameter pipa, sehingga dapat
diketahui gejala-gejala timbulnya tekanan, kehilangan energi, dan gaya lainnya yang
timbul. Pada dasarnya dalam menelaah aspek hidrolika dalam pipa selalu diasumsikan
bahwa air adalah fluida yang mempunyai sifat incompresible atau diasumsikan tidak
mengalami perubahan volume apabila terjadi tekanan. Selain itu fluida yang bergerak
di dalam pipa juga dianggap mempunyai kecepatan yang konstan dari waktu ke waktu
apabila melalui suatu pipa dengan diameter yang sama (steady state), dan dianggap
mempunyai kecepatan yang konstan sepanjang apabila melalui suatu pipa dengan
diameter yang sama (Dharmasetiawan 2004).
Pada kenyataanya di lapangan kondisi yang dijelaskan tersebut tidak selalu tercapai.
Penyimpangan keadaan tersebut disebut keadaan transient. Efek yang timbul disebut
sebagai water hammer yang terefleksi dengan kejadian pengempisan pipa, pecahnya
pipa, atau dalam keadaan yang ringan adalah terdengarnya suara seperti ketukan palu
di pipa besi.
13
A. Kehilangan Tekanan
Salah satu faktor yang penting dalam perhitungan hidrolis perpipaan adalah
perhitungan kehilangan tekanan. Terdapat beberapa rumusan yang dapat dipakai dalam
menghitung kehilangan tekanan, yaitu:
Hazen William
Darcy Weisbach
De Chezy
1. Persamaan Hazen William
Persamaan Hazen William cocok untuk menghitung kehilangan tekanan untuk
pipa dengan diameter besar yaitu diatas 100 mm. Selain itu persamaan ini sering
digunakan karena mudah dipakai. Persamaan Hazen William secara empiris
menyatakan bahwa debit yang mengalir didalam pipa adalah sebanding dengan
diameter pipa dan kemiringan hidrolis (S) yang dinyatakan sebagai ratio antara
kehilangan tekanan (hL) terhadap panjang pipa (L) atau S= (hL/L).
Faktor C yang menggambarkan kondisi fisik dari pipa seperti kehalusan dinding
dalam pipa yang menggambarkan jenis dan umur pipa. Secara umum rumus Hazen
William adalah sebagai berikut:
Keterangan:
d = Diameter pipa dalam (m)
S = Kemiringan lahan
hL = Head loss mayor (m)
L = Panjang pipa (m)
C = Koefisien Hazen William
2. Persamaan Darcy Weisbach
Persamaan Darcy Weisbach diturunkan secara sistematis dan menyatakan bahwa
kehilangan tekanan sebanding dengan kecepatan kuadrat dari aliran air, panjang pipa
dan berbanding terbalik dengan diameter. Secara umum rumus Darcy Weisbach adalah
sebagai berikut.
14
Keterangan:
hL= Headloss
f = Faktor gesekan
L = Panjang pipa
d = Diameter pipa
V = Kecepatan aliran
Re= Bilangan Reynold
ԑ = Ketidaksempurnaan permukaan
3. Persamaan De Chezy
Persamaan ini umum dipakai di saluran terbuka, tetapi dapat pula dipakai di
jaringan perpipaan. Secara umum persamaan de Chezy adalah sebagai berikut.
Apabila atau
Maka, persamaan di atas menjadi
Keterangan:
V= Kecepatan (m/dt)
R= Radius hidrolils pipa
S= Slope hidrolis
C= koefisien Manning dimana C= R1/6/n
B. Kehilangan Tekanan Di Perlengkapan Pipa
1. Fitting-fitting pipa
Penyempitan
Belokan atau bend
Percabangan atau tee
15
2. Valve (katup)
Kehilangan tekanan berbanding kuadrad dengan kecepatan aliran pipa, yang
secara matematika dinyatakan sebagai berikut.
Keterangan:
hm = Headloss minor (m)
n = Jumlah aksesoris
K = Koefisien Kehilangan tekanan minor
V = Kecepatan aliran (m/detik)
g = Gaya gravitasi (m2/detik)
Dalam jaringan perpipaan kehilangan tekanan ini jauh lebih kecil dibandingkan
dengan kehilangan akibat gesekan di dalam pipa, maka kehilangan tekanan ini disebut
sebagai kehilangan minor atau minor loses (Dharmasetiawan, 2004).
Dasar-dasar Sistem Pemompaan
Pompa adalah alat untuk memberikan energi mekanis kepada cairan. Secara
umum pompa memiliki dua kegunaan, yaitu untuk memindahkan cairan dari satu
tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer bawah tanah ke tangki penyimpan
air), dan untuk mensirkulasikan cairan sekitar sistem (misalnya air pendingin atau
pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan). Adapun komponen utama sistem
pemompaan adalah sebagai berikut.
Pompa
Mesin penggerak: motor listrik, mesin diesel atau sistim udara
Perpipaan, digunakan untuk membawa fluida
Kran, digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistim
Sambungan, pengendalian dan instrumentasi lainnya
Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan
A. Karakteristik Sistem Pemompaan
1. Tahanan sistem (Head)
Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu.
Tekanan ini harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistem, yang juga disebut
head. Head total merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan atau friksi.
16
Gambar 3. Tahanan Sistem
a. Head static
Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan
yang dipompakan seperti terlihat pada gambar di atas bagian kiri. Head statik
merupakan aliran yang independen sepeti terlihat pada gambar di atas bagian
kanan. Head statik pada tekanan tertentu tergantung pada berat cairan dan dapat
dihitung dengan persamaan berikut.
Head statik terdiri dari:
Head hisapan statis (hS) dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif
terhadap garis pusat pompa. hS bernilai positif jika ketinggian cairan
diatas garis pusat pompa, dan negatif jika ketinggian cairan berada
dibawah garis pusat pompa atau disebut juga pengangkat hisapan
Head pembuangan statis (hd) merupakan jarak vertikal antara garis pusat
pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.
b. Head gesekan atau friksi
Head gesekan atau friksi merupakan kehilangan yang diperlukan untuk
mengatasi tahanan sehingga dapat mengalir dalam pipa dan sambungan-
sambungan. Head ini bergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa, jumlah
dan jenis sambungan, debit aliran, dan sifat dari cairan. Head esekan atau friksi
juga sebanding dengan kuadrat debit aliran seperti terlihat pada gambar di
bawah. Loop tertutup sistem sirkulasi hanya menampilkan head gesekan atau
friksi bukan head statik.
17
Dalam hampir kebanyakan kasus, head total sistem merupakan gabungan antara
head statik dan head gesekan seperti terlihat pada gambar di bawah ini
Gambar 4. Kurva Head Total Sistem
2. Kurva kinerja pompa
Head dan debit aliran menentukan kinerja sebuah pompa yang secara grafis
ditunjukkan dalam gambar di bawah sebagai kurva kinerja atau kurva
karakteristik pompa. Gambar memperlihatkan kurva pompa sentrifugal
dimana head secara perlahan turun dengan meningkatnya aliran. Dengan
meningkatnya tahanan sistim, maka head juga akan naik. Hal ini pada
gilirannya akan menyebabkan debit aliran berkurang dan akhirnya mencapai
nol. Debit aliran nol hanya dapat diterima untuk jangka pendek tanpa
menyebabkan pompa terbakar.
Gambar 5. Kurva Kinerja Pompa
Kerja yang ditampilkan oleh sebuah pompa merupakan fungsi dari head total
dan berat cairan yang dipompa dalam jangka waktu yang diberikan. Power
Hydraulics (Ph) merupakan adalah daya cairan yang dikirimkan oleh pompa,
dan dapat dihitung sebagai berikut:
18
Keterangan:
Ph = Power (kW)
Q = Debit aliran (m3/jam)
ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)
H = Perbedaan Head
g = Percepatan gravitasi (m/detik2)
Sedangkan Power Shaft atau daya batang torak pompa (Ps) adalah daya yang
dikirimkan ke batang torak pompa.
Keterangan:
Ps = Shaft Power (kW)
η = pump efficiency (80%)
3. Titik operasi pompa
Debit aliran pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa
terbuat dari banyak titik-titik tugas. Titik operasi pompa ditentukan oleh
perpotongan kurva sistem dengan kurva pompa sebagaimana ditunjukkan
dalam gambar di bawah ini.
Gambar 6. Titik Operasi Pompa
4. Kinerja hisapan pompa (NPSH)
Kavitasi atau penguapan adalah pembentukan gelembung dibagian dalam
pompa. Hal ini dapat terjadi manakala tekanan statik fluida setempat menjadi
lebih rendah dari tekanan uap cairan (pada suhu sebenarnya). Kemungkinan
penyebabnya adalah jika fluida semakin cepat dalam kran pengendali atau
disekitar impeler pompa.
19
Penguapan itu sendiri tidak menyebabkan kerusakan. Walau demikian, bila
kecepatan berkurang dan tekanan bertambah, uap akan menguap dan jatuh. Hal
ini memiliki tiga pengaruh yang tidak dikehendaki:
o Erosi permukaan baling-baling, terutama jika memompa cairan berbasis air.
o Meningkatnya kebisingan dan getaran, mengakibatkan umur sil dan bearing
menjadi lebih pendek.
o Menyumbat sebagian lintasan impeler, yang menurunkan kinerja pompa
dan dalam kasus yang ekstrim dapat menyebabkan kehilangan head total.
Head Hisapan Positif Netto Tersedia/Net Positive Suction Head Available
(NPSHA) menandakan jumlah hisapan pompa yang melebihi tekanan uap
cairan, dan merupakan karakteristik rancangan sistim. NPSH yang diperlukan
(NPSHR) adalah hisapan pompa yang diperlukan untuk menghindari kavitasi,
dan merupakan karakteristik rancangan pompa.
B. Jenis-Jenis Pompa
Pompa hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pompa-pompa
dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau
pompa pemindahan positif.
1. Pompa perpindahan positif
Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi, yaitu cairan
diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk
setiap putarannya. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk
pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa jenis ini selanjutnya
digolongkan berdasarkan cara perpindahannya, yaitu sebagai berikut.
Pompa Reciprocating, jika perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya
jarum piston. Pompa reciprocating hanya digunakan untuk pemompaan
cairan kental dan sumur minyak.
Pompa Rotary, jika perpindahan dilakukan oleh gaya putaran sebuah gir,
cam atau baling-baling dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang
tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan diantaranya sebagai gir dalam,
gir luar, lobe, dan baling-baling dorong. Pompa tersebut digunakan untuk
layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri.
20
2. Pompa dinamik
Pompa dinamik juga dikarakteristikkan oleh cara pompa beroperasi, yaitu impeler
yang berputar mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang
diperlukan untuk memompa fluida. Terdapat enam jenis pompa dinamik, yaitu
sebagai berikut.
Pompa sentrifugal ini paling banyak dipakai karena daya kerjanya yang baik
dan ekonomis. Aliran air dalam pompa ini berubah – ubah menurut tinggi
tekanannya, karena itu diperlukan suatu kendali tekanan yang dapat diubah
– ubah bila diinginkan aliran yang tetap besarnya pada berbagai tekanan.
Berbeda dengan pompa sentrifugal, pompa bolak – balik ini debitnya hanya
tergantung tekanan air. Oleh karena itu pompa bolak-balik cocok untuk tinggi
tekanan yang besar. Namun pompa ini tidak ekonomis karena biasanya
harganya mahal dan sulit untuk menjaga efisiensi kondisi operasinya.
Pemakaian pompa hidro automatik banyak membutuhkan air, namun
mungkin menguntungkan apabila dipergunakan pada saat di mana tidak ada
tenaga lain dari luar yang tersedia. Perbandingan antara air yang terbuang
dan yang dipompa untuk pompa hidro automatik yang direncanakan dengan
baik berkisar antara 6 : 1 hingga 2 : 1 tergantung pada tinggi tekanan
pengisian, tinggi angkatan air dan faktor – faktor lainnya.
Untuk pemakaian pompa putaran harus benar – benar diperhatikan jenis
airnya, karena air yang mengandung pasir halus akan merusak pompa.
Pompa putaran ini paling baik digunakan untuk tekanan yang rendah dengan
debit yang kurang dari 30 l/dt, meskipun dapat juga digunakan pada tekanan
hingga 7000 KN / m2 dan menghasilkan aliran 1900 l/dt. Pompa putaran tidak
perlu dipancing terlebih dahulu, dan sering digunakan memancing pompa
sentrifugal dan pompa bolak – balik yang besar, karena tidak mempunyai
katup – katup, maka pompa putaran lebih sederhana dan pemeliharaannya
lebih mudah dari pompa boak – balik. Pompa putaran sering digunakan untuk
sistem pemadam kebakaran bangunan – bangunan serta untuk instalasi
penyediaan air bersih yang kecil.
Pompa hisap udara digunakan pada sumur – sumur air tanah. Pompa jenis ini
dapat dipakai untuk air hingga setinggi 150 m, tetapi efisiensinya hanya 25 -
50 %. Pompa hisap ini mencapai operasi yang terbaik bila angka
perbandingan Hp/Hs bervariasi sekitar 2 s/d 0,5 sedangkan untuk mencapai
21
keadaan yang demikian sumur harus diperdalam yang berarti ada kenaikan
biaya. Walaupun efisiensinya rendah, pompa hisap udara ini dapat
menyalurkan air dalam jumlah besar dari sumur yang garis tenaganya kecil.
Pompa inipun tahan terhadap air yang berpasir. Namun pompa ini tidak
cocok untuk menaikkan air yang terlalu tinggi, sedangkan bila terpaksa
dilakukan juga memerlukan tambahan pompa lagi.
Pompa dengan efek khusus merupakan pompa terutama digunakan untuk
kondisi khusus di lokasi industri.
22
BAB IV
KESIMPULAN
Prinsip-prinsip kalkulasi dalam ilmu peristiwa perpindahan dapat diaplikasikan untuk
mengatasi berbagai persoalan nyata dalam kehidupan sehari-hari, salah satunya dalam
kasus ini yakni menghitung kerja pompa yang dibutuhkan untuk mengisi tangki
penampungan air sebagai sumber air warga desa cileuksa.
Tenaga pompa yang dibutuhkan agar dapat mengalirkan air ke dalam tangki 5 m3
hingga penuh selama 1.2 jam adalah 0.2 hp.
Kecepatan aliran air dapat ditingkatkan dengan meningkatkan tekanan air oleh pompa.
Agar didapatkan kecepatan aliran air yang optimal dan efisien maka diperlukan
peninjauan pada tekanan pompa. Tekanan air yang kurang cukup akan menimbulkan
kesulitan dalam pemakaian air. Sementara tekanan yang berlebihan juga dapat
mempercepat kerusakan peralatan plambing, dan menambah kemungkinan timbulnya
pukulan air.
23
DAFTAR PUSTAKA
Asdak, Chay. 2007. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah mada
University Press: Yogyakarta
Departemen Pekerjaan Umum. 2007. Peraturan Menteri Pekerjaan Umum No:
18/PRT/M/2007. Pedoman Penyusunan Perencanaan Teknis Pengembangan Sistem
Penyediaan Air Minum. Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta
Dharmasetiawan, Martin. 2004. Sistem Perpipaan Distribusi Air Minum. Ekamitra
Engineering: Jakarta
Herdianto. Erri Dwi. 2011. Analisis Finansial Pengoperasian Unit Pengolahan Air Bersih
(Water Treatment Plant) Kampus IPB Dramaga Bogor [skripsi]. Fakultas Teknologi
Pertanian.Institut Pertanian Bogor: Bogor
Triatmodjo, Bambang. 2008. Hidrologi Terapan. Beta Offset Yogyakarta: Yogyakarta