BAB II

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pendahuluan
Sistem plambing merupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan dalam pembanguan
gedung.Oleh karena itu,perencanaan dan perancangan system plambing haruslah
dilakukan bersamaan dan sesuai dengan tahapan-tahapan perencanaan dan perancangan
gedung itu sendiri,dengan memperhatikan secara seksama hubunganya dengan bagianbagian kontruksi gedung serta dengan peralatan lainnya yang ada dalam gedung
tersebut.
2.2 Penerapan Teori Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan
bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan
penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan
penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada
suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik
lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss
yang bernama Daniel Bernoulli.
Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk
persamaan
Bernoulli;
yang
pertama
berlaku
untuk
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/
aliran
tak-termampatkan
7
(incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible
flow).
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya
besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh
fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk
Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
P+ρgh+ ρ
= Konstan ....................... ( 2.1 )
Sumber rumus : Munson, Bruce, R. & Young, Donald, F. „‟Mekanika Fluida jilid 2‟‟
di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi
P = tekanan fluida
ρ = densitas fluida
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( P ), energi kinetik per
satuan volum (
P
), dan energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai
yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
8
Dalam bagian ini kita hanya akan mendiskusikan bagaimana cara berfikir Bernoulli
sampai menemukan persamaannya, kemudian menuliskan persamaan ini. Akan tetapi
kita tidak akan menurunkan persamaan Bernoulli secara matematis.
Kita disini dapat melihat sebuah pipa yang pada kedua ujungnya berbeda dimanaujung
pipa 1 lebih besar dari pada ujung pipa 2.
Penerapan Hukum Bernoulli dapat kita lihat pada:
a. Teorema Torriceli
Salah satu penggunaan persamaan Bernoulli adalah menghitung kecepatan zat cair yang
keluar dari dasar sebuah wadah.
Gambar 2.1 Skema teoriema terriceli [White Frank Mekanika Fluida Jilid 2]
Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2
(permukaan lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil
dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol ( V1 =
0). Permukaan wadah dan permukaan lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama
http://digilib.mercubuana.ac.id/
9
dengan tekanan atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus
ini adalah :
P1 + ρ v12 + ρ g h1 = P2 + ρ v22 + ρ g h2
Sumber rumus: Munson, Bruce, R. & Young, Donald, F. „‟Mekanika Fluida jilid 2‟‟
Jika kita ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar wadah, maka
persamaan ini kita turunkan lagi menjadi :
ρ g h1 =
g h1 =
v22 + g h2 ) ρ
v22 + g h2
v22 = g h1 - g h2
v22 = 2g ( h1 - h2 )
v2 = √
V2 = √
............................................................. ( 2.2 )
P1 + ρ v12 + ρ g h1 = P2 + ρ v22 + ρ g h2
http://digilib.mercubuana.ac.id/
 h1 = h2
10
P1 + ρ v12 = P2 + ρ v22 ................ ( 2.3 )
Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa laju aliran air pada lubang yang berjarak h
dari permukaan wadah sama dengan laju aliran air yang jatuh bebas sejauh h
(bandingkan Gerak jatuh Bebas)
Ini dikenal dengan Teorema Torricceli. Teorema ini ditemukan oleh Torricelli,
murid butut Gallileo, satu abad sebelum Bernoulli menemukan persamaannya.
b. Efek Venturi
Selain teorema Torricelli, persamaan Bernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus
lain yakni ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama
(perbedaan ketinggian kecil).
Gambar 2.2 Skema efek venturi [White Frank Mekanika Fluida Jilid 2]
Pada gambar di atas terlihat bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang
penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama
sehingga diangap ketinggian atau h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka
persamaan Bernoulli berubah menjadi:
P1 + ρ v12 + ρ g h1 = P2 + ρ v22 + ρ g h2
http://digilib.mercubuana.ac.id/
 h1 = h2
11
P1 + ρ v12 = P2 + ρ v22 .............................. ( 2.4 )
Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), maka laju fluida
bertambah (persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika kecepatan fluida
bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian
pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih besar.
Hal ini dikenal dengan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju
aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, jika
laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar.
2.3 Persamaan Kontinuitas Aliran Air
Fluida mengalir dengan kecepatan tertentu, misalnya v ( m/s ). Penampang tabung alir
seperti terlihat pada gambar di atas berpenampang A, maka yang dimaksud dengan
debit fluida adalah volume fluida yang mengalir. persatuan waktu melalui suatu pipa
dengan luas penampang A dan dengan kecepatan v.
Q=
=A.v ................................................. ( 2.5 )
Sumber rumus: White Frank Mekanika „‟Fluida Jilid 2‟‟
Dimana :
( m3/s )
Q
: Debit air
Vol
: Volume Air ( m3 )
A
: Luas penampang alir ( m2 )
http://digilib.mercubuana.ac.id/
12
V
: Kecepatan alir ( m/s )
Gambar 2.3 Persamaan hukum kontinuitas [White Frank Mekanika Fluida Jilid 2]
Dari gambar tabung alir di bawah ini, A1 adalah penampang lintang tabung alir yang
besar dan A2 adalah penampang tabung kecil. V1 kecepatan alir fluida pada ketinggian
h1, dan V2 kecepatan alir fluida pada ketinggian h2.
Banyaknya fluida yang masuk ke tabung alir dalam waktu Δt detik adalah :
.A1.V1.Δt dan dalam waktu yang sama sejumlah fluida meninggalkan tabung alir
sebanyak ρ.A2.V2.Δt. Jumlah ini tentulah sama dengan jumlah fluida yang masuk ke
tabung alir sehingga :
.A1.V1.Δt = ρ.A2.V2.Δt
A1.V1 = A2.V2
Q = A1.V1 = A2.V2 = Konstan ........................... ( 2.6 )
http://digilib.mercubuana.ac.id/
13
2.4 Perancangan Kerugian Gesek Pompa Suplai Air Bersih
Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk
mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi
pompa, atau tekanan/dorongan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya
dinyatakan dalam satuan panjang.
Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi
aliran, yaitu : energi tekanan, energi potensial dan energi kinetik.
Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
H = ha + Δhp + hi +
................................................. ( 2.7 )
Dimana :
H
: Head total pompa
Δhp : Perbedaan head tekanan
hi
: Head statis total
: Head kecepatan
Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada
penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi energi (losses)
2.4.1 Head Tekanan
Head tekanan adalah perbedaan antara tekanan yang bekerja pada permukaan zat
cair di sisi tekan dengan tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair di sisi isap.
Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
14
Δhp =
.......................................... ( 2.8 )
Dimana :
Δhp : Perbedaan head tekanan
P2
: tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair di sisi tekan (discharge)
(N/m2)
P1
: tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair di sisi isap (suction)
(N/m2)
ρ
: berat spesifik (massa jenis) zat cair (N/m3)
2.4.2 Head Kecepatan
Head kecepatan adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada saluran
tekan (discharge) dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap (suction). Head
kecepatan dapat dinyatakan dengan rumus :
hk =
-
........................................ ( 2.9 )
Dimana :
hk
: Head kecepatan
: Kecepatan zat cair pada saluran tekan
: Kecepatan zat cair pada saluran hisap
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15
2.4.3 Head Statis
Head statis adalah head yang terbentuk akibat selisih ketinggian antara
permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi hisap.
ha = h2 – h1 ..................................... ( 2.10 )
Dimana :
:
ha
: Head statis
h2
: Ketinggian permukaan zat cair pada sisi tekan (discharge)
h1
: Ketinggian permukaan zat cair pada sisi isap (suction)
Diberi :
Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa
(Suction lift).
Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa
(Suction head).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
16
Gambar 2.4 Skema head dalam pompa[Munson, Bruce, R.
& Young, Donald, F. Mekanika Fluida jilid 2]
2.4.4 Kerugian head (head loss)
Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengaliran cairan dalam sistem
perpipaan disebut sebagai kerugian head (head loss). Head loss terdiri dari :
a. Mayor head loss (mayor losses)
Maka untuk menghitung kerugian gesek yang terjadi dalam pipa menggunakan
persamaan Darcy Weisbach
hf = f .
.............................................. ( 2.11 )
Dimana :
hf
: Head loss akibat gesekan
f
: Faktor gesekan
L
: Panjang pipa
V
: Kecepatan rata-rata cairan dalam pipa
D
: Diameter dalam pipa
http://digilib.mercubuana.ac.id/
17
Harga f (faktor gesekan) didapat dari diagram Moody (dibawah) sebagai fungsi
dari Angka Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relatif (Relative Roughness ε/D ), yang nilainya dapat dilihat pada grafik (lampiran) sebagai fungsi dari nominal
diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa (e) yang tergantung dari jenis
material pipa.
f
Re =
𝑽𝑫
Grafik 2.1 Moody Diagram [Munson, Bruce, R.
& Young, Donald, F. Mekanika Fluida jilid 2]
Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus :
Re =
....................................... ( 2.12 )
Dimana :
Re
: Reynolds number
ρ
: Density cairan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
18
V
: Kecepatan rata-rata aliran
D
: Diameter dalam pipa
µ
: Viscositas absolut cairan
Apabila aliran laminer ( Re < 4000 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari dengan rumus:
f=
.................................................. ( 2.13 )
Dan apabila aliran turbulent ( Re > 4000 ), faktor gesekan dapat dicari dengan Moody
Diagram
b. Minor head loss (minor losses)
Merupakan kerugian head pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem
perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan rumus :
he = k .
................................ ( 2.14 )
Dimana :
he
: Kerugian head loss pada aksesoris
n
: Jumlah fitting / valve untuk diameter yang sama
k
: Koefisien gesekan
V
: Kecepatan rata-rata aliran
g
: Percepatan gravitasi
http://digilib.mercubuana.ac.id/
19
c. Total Losses
Total losses merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :
hls = hf + he
atau
hl = f .
.
............................................. ( 2.15 )
Dimana :
hls
: Total losses
hf
: Jumlah mayor losses ( kerugian gesekan dalam pipa)
he
: Jumlah minor losses ( kerugian head pada fitting dan valve)
Le
: Panjang ekivalen dari fitting dan valve ditambah panjang pipa
Sebagai akibat adanya gesekan air terhadap dinding pipa,maka timbul tekanan terhadap
aliran,yang biasanya disebut kerugian gesek.Kerugian gesek ini dapat dinyatakan
dengan rumus Darcy-Weisbach sebagai berikut:
2
 l  v 
h      ................................... ( 2.16 )
 d  2 g 
Dimana
h :Kerugian gesek pipa lurus (m)
 : Koefisien gesekan
l : Panjang pipa lurus (m)
d : Diameter dalam (m)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
20
v : Kecepatan rata-rata aliran air (m/s)
g : Percepatan grafitasi = 9,8 m/s2
Kerugian gesek untuk setiap satuan panjang pipa
h l 
disebut gradient
hidrolik,dinyatakan dengan „‟i „‟ dan kalau laju aliran dinyatakan dengan „‟Q‟‟,maka
secara eksperimentil diperoleh hubungan berikut ini yang dikenal sebagai rumus HazenWilliams:

 
Q  1,67c  d 2,63 i 0,54 10000 .......................... ( 2.17 )
Dimana :
Q : Laju Aliran air (liter/menit)
c : Koefisien kecepatan aliran
d : Diameter dalam pipa (m)
i : Gradien hidroulik (m/m)
Kerugian tekanan akibat gesekan dalam perlengkapan pipa, seperti belokan,
cabang, reducer dan sebagainya dinyatakan dengan panjang ekivalen artinya kerugiaan
gesek dalam perlengkapan tersebut sama dengan suatu panjang pipa lurus dengan
diameter yang sama dengan diameter perlengkapan tersebut.
Ukuran pipa ditentukan berdasarkan laju aliran puncak.Dalam menentukan ukuran pipa
perlu juga dipertimbangkan batas kerugian gesek atau gradient hidroulik yang
diizinkan,demikian pula batas kecepatan tertinggi yang biasaya 2 m/detik atau
kurang.Prosedur penentuan ukuran pipa ada dua macam,yaitu:
a) Metode menggunakan kerugian gesek yang diizinkan,kerugian gesek yang
diizinkan dapat dihitung dengan rumus berikut ini:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
21
 
R  1000H - H1  l - l ' ....................................... ( 2.18 )
Dimana
R : Kerugian gesek yang diizinkan (mm/m)
H : Head static pada alat plambing (m)
H1 : Head standar pada alat plambing (m)
l : Panjang pipa lurus (m)
l ' : panjang ekivalen perlengkapan pipa (m)
b) Metode menggunakan ekivalen tekanan pipa
Metode ini didasarkan pada konsep sirkit tertutup pipa-pipa cabang yang
bermula dari suatu ppa pengumpul (header) dan kembali lagi,yang berarti
kerugian gesek dalam masing-masing pipa cabang tersebut sama.
2.5 Prinsip Dasar Sistem Penyediaan Air Bersih
Tujuan
terpenting dari
system
penyediaan
air
adalah
menyediakan
air
bersih.Penyedian air minum dengan kualitas yang tetap baik merupakan prioritas
utama.Banyak Negara telah menetapkan standar kualitas untuk tujuan ini,dan standar
yang berlaku di Indonesia sesuai dengan SNI No.01-0220-1987 tentang air minum.
Untuk memenuhi kebutuhan air bersih pada suatu bangunan tergantung dari lokasi
banguan serta fasilitas disekitarnya.Sumber air pada suatu bngunan dapat dibedakan
atas:
1.PDAM
2.Sumber sendiri,berupa sumur artesistant,deep well
3.Gabungan PDAM dan umber sendiri.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
22
Untuk gedung-gedung yang
penyediaan
air
minum,seperti
dibangun di daerah yang tidak tersedia fasilitas
di
tempat
terpencil,di
pegunungan
atau
di
pulau,penyediaan air diambil dari sungai,air tanah dangkal atau dalam,dan
sebagainya.Dalam hal ini air baku haruslah diolah dalam gedung atau dalam instalasi
pengolahan agar dicapai standar kualitas air yang berlaku.
Pada sistim air bersih, penyediaan air harus dapat mencapai daerah distribusi dengan
debit, tekanan dan kuantitas yang cukup dengan kualitas air sesuai standar/higienis.
Oleh karena itu perencanaan penyediaan air bersih harus dapat memenuhi jumlah yang
cukup, higienis, teknis yang optimal dan ekonomis. Berdasarkan Keputusan Menteri
Kesehatan Republik Indonesia nomor
1405/MENKES/SK/XI/2002, bahwa air bersih yaitu air yang dipergunakan untuk
keperluan sehari-hari dan kualitasnya memenuhi persyaratan kesehatan air bersih sesuai
dengan peraturan perundangundangan yang berlaku dan dapat diminum apabila
dimasak.
Dalam perencanaan sistem penyediaan air bersih pada suatu bangunan,kebutuhan air
bersih tergantung dari fungsi kegunaan bangunan,jumlah peralatan saniter dan jumlah
penghuninya.Kebutuhan air bersih dapat dihitung dengan tiga cara yaitu:

Berdasarkan jumlah penghuni

Berdasarkan jenis dan jumlah alat plambing

Berdasarkan beban unit alat plambing.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
23
2.5.1 Perencanaan Air Berdasarkan Jumlah Pemakai (Penghuni)
Metode yang didasarkan pada pemakaian air rata-rata sehari dari setiap penghuni, dan
perkiraan jumlah penghuni. Dengan demikian jumlah pemakaian air sehari dapat
diperkirakan, walaupun jenis maupun jumlah alat plambing belum ditentukan. Metoda
ini praktis untuk tahap perencanaan atau juga perancangan. Apabila jumlah penghuni
diketahui, atau ditetapkan, untuk sesuatu gedung maka angka tersebut dipakai untuk
menghitung pemakaian air rata-rata sehari berdasarkan “standar” mengenai pemakaian
air per orang per hari untuk sifat penggunaan gedung tersebut. Tetapi kalau jumlah
penghuni tidak diketahui, biasanya ditaksir berdasarkan luas lantai dan menetapkan
kepadatan penghuni per luas lantai. Luas lantai gedung yang dimaksudkan adalah luas
lantai efektif, tetapi tetap harus diperiksa terhadap kondisi pemakaian gedung yang
dirancang. Angka pemakaian air yang diperoleh dengan metoda ini biasanya digunakan
untuk menetapkan volume tangki bawah, tangki atap, pompa, dan sebagainya.
Sedangkan untuk ukuran pipa yang diperoleh dengan metoda ini hanyalah pipa
penyediaan air
2.5.2 Perencanaan Air Bersih Berdasarkan Jenis dan Jumlah Alat Plambing
Penaksiran ini adalah metoda yang digunakan apabila kondisi pemakaian alat plambing
dapat diketahui. Juga harus diketahui jumlah dari setiap jenis alat plambing dalam
gedung ini.
2.5.3 Perencanaan Air Berdasarkan Unit Beban Alat Plambing
Pada perencanaan air berdasarkan unit beban alat plambing adalah dengan metoda ini
untuk setiap alat plambing ditetapkan suatu unit beban (fixture unit). Untuk setiap
bagian pipa dijumlahkan besarnya unit beban dari semua alat plumbing yang
dilayaninya, dan kemudian dicari besarnya laju aliran air dengan kurva
http://digilib.mercubuana.ac.id/
24
pada (gambar 2.34). Kurva ini memberikan hubungan antara jumlah unit beban alat
plumbing dengan laju aliran air, dengan memasukkan faktor kemungkinan penggunaan
serempak dari alat-alat plambing.
Grafik 2.2 Unit beban alat plambing penyediaan air bersih [Noerbambang, M.S dan Morimura, T
Perencanaan dan Pemeliharaan Sistem Plambing]
a) Untuk unit beban sampai 3000
Grafik 2.3 Unit beban alat plambing penyediaan air bersih [Noerbambang, M.S dan Morimura, T
Perencanaan dan Pemeliharaan Sistem Plambing]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
25
b) Untuk unit beban sampai 250 (skala gambar diperbesar)
Berdasarkan unit beban alat plambing, di mana setiap alat plambing ditetapkan suatu
unit beban (fixture unit). Untuk setiap bagian pipa dijumlahkan besarnya laju aliran air
dengan kurva pada gambar di atas. Kurva ini memberikan hubungan antara jumlah unit
beban alat plambing dengan laju aliran air, dengan memasukkan faktor kemungkinan
penggunaan serempak dari alat-alat plambing.
Rumus yang digunakan untuk perhitungan kebutuhan air bersih adalah sebagai berikut:
Jumlah penghuni =
........................... ( 2.19 )
Pemakaian air rata-rata per hari:
Q : Jumlah penghuni x pemakaian air per orang/hari ...................... ( 220 )
Debit air rata-rata per hari:
Qd = (100+20)% x Q ....................................................................... ( 2.21 )
Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
Pemakaian air per jam:
=
........................................................................................ ( 2.22)
Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
Dimana:
= pemakaian air rata-rata per jam(
/jam)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
26
= Debit air rata-rata per hari (
)
t = jangka waktu pemakaian (jam)
Pemakaian air pada jam puncak:
=(
) ................................................................... ( 2.23 )
)x(
Dimana konstanta untuk
antara 1,5 sampai 2,0 tergantung pada lokasi, sifat
penggunaan gedung,dsb.
Sedangkan untuk konstanta
antara 3,0 sampai 4,0.
Perhitungan kebutuhan air bersih berdasarkan jenis dan jumlah alat plambing dengan
menghitung kebutuhan air yaitu:
Jumlah alat plambing x kebutuhan air alat plambing x beban pemakaian
Pemakaian air dalam satu kali pemakaian
x
=
............................................. ( 2.24 )
Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
Dimana:
: Volume air dalam 1 kali pemakaian per alat saniter (liter)
: Beban unit alat plambing (liter/detik)
: Waktu pemakaian (detik)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
27
Kebutuhan air dalam satu hari
=(
.................................... ( 2.25 )
.n)
Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
Dimana:
= Volume air pemakaian per hari (liter/hari)
= Volume air dalam 1 kali pemakaian (liter)
n
= Jumlah pemakaian dalam 1 hari
= Jumlah alat saniter
Untuk merencanakan volume tangki yang berfungsi menyimpan air untuk kebutuhan air
bersih dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
=
T ............................................. ( 2.26 )
-
Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
: Volume tangki air (
)
: Jumlah kebutuhan air per hari (
: Kapasitas pipa (
/hari)
/hari)
: Rata-ratapemakaian per hari (jam/hari)
Kapasitas efktif tangki atas dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:
=(
-
)
+
x
................................... ( 2.27)
Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
28
Dimana:
: Kapasitas efektif tangki atas (liter)
: Kebutuhan puncak (liter/menit)
: Kebutuhan jam puncak (liter/menit)
: Kapasitas pompa pengisi (liter/menit)
: Jangka waktu kebutuhan puncak (menit)
: Jangka waktu kerja pompa (menit)
Biasanya kapasitas pompa penisi sebesar
=
melalui pipa pembagi utama dianggap sebesar
dan air yang diambil dari tagki atas
.Makin dekat
dengan
makin
kecil ukuran tangki atas. Berlaku ketentuan Qp = Qm – max dan Qpu= Qmax = Qh –
max. Kapasitas suatu pompa tergantung dari debit air yang dialirkan dan tinggi dorong
(H).Tinggi dorong adalah suatu nilai yang dihasilkan
oleh tekanan pompa dan disebut juga dengan tinggi angkat. Hal-hal yang
mempengaruhi dalam penentuan jenis pompa yaitu, tinggi hisap, kapasitas pompa, sifat
zat cair yang dipompakan, tinggi angkat (head), pemipaan, penggerak dan ekonomi.
a. Laju aliran air.
Dalam sistim tangki atas, kapasitas pompa ditentutan berdasarkan kebutuhan air pada
jam puncak (Qpu = Qmax).
b. Diameter pipa.
Diameter pipa hisap dan pipa tekan disesuaikan berdasarkan spesifikasi pompa yang
akan digunakan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
29
c. Tinggi angkat
Tinggi angkat pompa dinyatakan dalam rumus berikut ini :
H=
+
H=
+
+
+
+
............................................. ( 2.28 )
Sumber rumus: [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
H
: Tinggi angkat total (meter)
: Tinggi hisap (meter)
: Tinggi tekan (meter)
: Tinggi potensial (meter)
: Kerugian gesek dalam pipa hisap dan pipa tekan (meter)
: Tekanan kecepatan pada lubang keluar pipa
2.6 Prinsip Dasar Distribusi Air Bersih
Sistem penyediaan air bersih yang banyak digunakan dalam gedung dapat
dikelompokan menjadi 4 kelompok,yaitu:
1) Sistem sambungan langsung
Dalam system ini pipa distribusi dalam gedung disambung langsun
dengan pipa utama penyediaan air bersih (misalnya pipa utama dibawah jalan
dari Perusahaan Air Minum)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
30
Gambar 2.5 Sistem sambungan langsung[Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
2) Sistem tangki atap
Dalam sistem ini,air ditampung lebih dahulu dalam tangki bawah
(dipasang pada lantai terendah bangunan atau dibawah muka tanah),kemudian
dipompakan ke suatu tangki atas yang biasanya di atas atap atau di atas lantai
tertinggi bangunan.Dari tangki ini didistribusikan ke seluruh bangunan.
Gambar 2.6 Sistem dengan tangki atap [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
31
3) Sistem tangki tekan
Air yang telah ditampung dalam tangki bawah dipompakan kedalam
suatu bejana tertutup sehingga udara didalamnya terkompresi.Air dari tangki
tersebut dialirkan ke dalam system distribusi bangunan.
Gambar 2.7 Sistem tangki tekan [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
4) Sistem tanpa tangki (booster system)
Dalam system ini tidak digunakan tangki apapun,baik
tangki
bawah,tangki tekan ataupun atap.Air dipompakan langsung ke system distribusi
bangunan dan pompa meghisap langsung dari pipa utama.
Dalam perancangan system penyediaan air untuk suatu banguan,kapasitas peralatan dan
ukuran pipa-pipa didasarkan pada jumlah dan laju aliran air yang harus disediakan pada
bangungan tersebut.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
32
Tekanan air yang kurang cukup akan menimbulkan kesulitan dalam pemakaian
air.Sebaliknya,tekanan yang berlebihn dapat mempercepat kerusakan peralatan
plambing dan menambah kemungkinan timbulnya pukulan air.
Secara unum dapat dikatakan besarnya tekanan standar adalah 1 x 105 N/m2,
sedangkan tekanan static sebaiknya diusahakan antara 4 x 105 N/m2 sampai 5 x 105 N/m2
untuk perkantoran dan 2,5 x 105 N/m2 sampai 3,5 x 105 N/m2 untuk hotel dan
perumahan.Disamping itu,beberapa macam perlatan plambing tidak dapat berfungsi
dengan baik kalau tekanan airnya kurang dari suatu batas minimum.Besarnya tekanan
minimum ini dicantumkan dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tekanan yang dibutuhkan alat plambing Jimmy S.Juana,Sistem Bangunan Tinggi]
Nama alat plambing
Tekanan
yang Tekanan standar
dibutuhkan
(N/ m2)
(N/ m2)
Katup gelontor kloset
0.7 x 105
Katu gelontor peturasan
0.4 x 105
Keran yang menutup sendiri
(otomatis)
Pancuran
mandi,dengan
pancaran halus/tajam
0.7 x 105
0.7 x 105
Pancuran mandi (biasa)
0.35 x 105
Keran biasa
0.3 x 105
Pemanas
air
langsung,
dengan bahan bakar gas
0.2 x 105 - 0.7 x 105
http://digilib.mercubuana.ac.id/
1 x 105
33
Catatan:
1. Tekanan minimum yang dibutuhkan katup gelontor untuk
kloset dan urinial yang dimuat dalam tabel ini adalah
tekanan static pada waktu air mengalir,dan tekanan
maksimumnya adalah 4 x 105 N/ m2.
2. Untuk
keran
dengan
katuo
yang menutup
secara
otomatik,kalau tekanan airnya kurang dari yang minimum
dibutuhkan maka katup tidak dapat menutup dengan
rapat,sehingga air masih menetes dari keran.
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.Biasanya digunakan standar
kecepatan sebesar 0,9 sampai 1,2 m/s,dan batas maksimumnya berkisar antara 1,5
sampai 2,0 m/s. Batas kecepatan 2,0 m/s sebaiknya diterapkan dalam penentuan
pendahuluan ukuran pipa. Kecepatan yang terlampau rendah ternyata dapat
menimbulkan efek kurang baik dari segi korosi,pengendapan kotoran ataupun kualitas
air.
2.7 Perancangan Sistem Pipa Air Bersih
Pada dasarnya ada dua sistem penyedian air dalam gedung,yaitu sistem
pengaliran ke atas
dan sistem pengaliran ke bawah.Dalam sistem pengaliran ke
atas,pipa utama dipasang dari tangki atas ke bawah sampai langit-langit lantai terbawah
dari gedung,kemudian mendatar dan bercabang-cabang tegak keatas untuk melayani
lantai-lantai diatasnya.Sedangkan dalam sistem pengaliran bawah,pipa utama dari
http://digilib.mercubuana.ac.id/
34
tangki atas dipasang mendatar dalam langit-langit lantai teratas gedung dan dari pipa
mendatar ini dibuat cabang-cabang tegak kebawah untuk melayani lantai-lantai
dibawahnya.
Gambar 2.8 Contoh sistem distribusi ke atas [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
35
Gambar 2.9 Contoh sistem distribusi ke bawah [Jimmy S. Juwana. Sistem Bangunan Tinggi]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
36
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan system pipa:
1. Sistem pipa manapun yang dipilih,pipa harus dirancang dan dipasang
sedemikian
rupa
sehingga
udara
mauoun
air
kalau
perlu
dapat
dibuang/dikeluarkan dengan mudah.
2. Pipa mendatar pada system pengaliran ke atas sebaiknya dibuat agak miring
keatas (searah aliran),sedangkan pada system pengaliran ke bawah dibuat agak
miring ke bawah.Kemiringanya sekitas 1/300
3. Perpipaan yang tidak merata,melengkung ke atas atau melengkung ke bawah
harus dihindarkan.
4. Harus dihindarkan membalikan arah aliran.
Dari pipa utama (tegak atau mendatar ) biasanya dibuat pipa-pipacabang yang
melayani tiap lantai pada gedung bertingkat.Pada pipa-pipa cabang ini,sedkat mungkin
dengan pipa utamanya,hendaklah dipasang katup-katup pemisah agar kalau diperlukan
perawatan atau perbaikan pada cabang tersebut,maka tidak perlu instalasi seluruh
gedung dimatikan.
2.8 Perancangan Sistem Pengaturan Tekanan pada Pipa Air Bersih
Tekanan air yang kurang mencukupi akan menimbulkan kesulitan dalam
pemakaian air. Tekanan yang berlebihan dapat menimbulkan rasa sakit terkena
pancaran air serta mempercepat kerusakan peralatan plambing, dan menambah
kemungkinan timbulnya pukulan air. Besarnya tekanan air yang baik berkisar dalam
suatu daerah yang agak lebar dan bergantung pada persyaratan pemakai atau alat yang
harus dilayani. Secara umum dapat dikatakan besarnya tekanan “standar” adalah 1 x 105
http://digilib.mercubuana.ac.id/
37
N/m2 sedang tekanan statik sebaiknya diusahakan antara 4 x 105 N/m2 hingga 5 x 105
N/m2 untuk perkantoran dan antara 2,5 x 105 sampai 3,5 N/m2 untuk hotel dan
perumahan. Disamping itu, beberapa macam peralatan plambing tidak dapat berfungsi
dengan baik kalau tekanan airnya kurang dari suatu batas minimum.
By Floor
Estafet
Multi Pump
Gambar 2.10 Zona Pengaturan Tekanan [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
38
2.9 Peralatan dan Perlengkapan untuk Distribusi Air Bersih pada Gedung
Bertingkat Tinggi
Dalam gedung bertingkat tinggi untuk mendistribusikan air bersih diperlukan alat
sebagai berikut:
1. Pompa Air Bersih / Pompa Transfer
Dalam hal ini pompa memiliki fungsi untuk memindahkan air bersih dari bak
penampungan bawah (Ground Reservour) ke bak penampungan atas (Roof Tank).
Pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau
pompa pemindahan positif. Terdapat dua jenis pompa dinamik, yaitu pompa sentrifugal
dan pompa efek khusus.
Prinsip kerja pompa sentrifugal mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi
energi dinamis aliran melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Fluida diisap
pompa melalui sisi hisap, akibat berputarnya impeller yang menghasilkan tekanan
vakum pada sisi hisap. Selanjutnya fluida yang telah terhisap kemudian terlempar ke
luar impeller akibat gaya sentrifugal yang dimiliki oleh fluida sehingga cairan
meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi.
Gambar 2.11 Pompa sentrifugal [www.mercubuana.co.id/pusat bahan ajar dan elearning]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
39
Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan, berdasarkan :
a) Kapasitas :
-
Kapasitas rendah
< 20 m3 / jam
-
Kapasitas menengah
20 - 60 m3 / jam
-
Kapasitas tinggi
> 60 m3 / jam
b) Tekanan Discharge :
-
Tekanan Rendah
< 5 x 105 N/m2
-
Tekanan menengah
5 x 105 N/m2 s/d 50 x 105 N/m2
-
Tekanan tinggi
> 50 x 105 N/m2
c) Posisi Poros :
-
Poros tegak
-
Poros mendatar
Gambar 2.12 Poros tegak dan mendatar [www.mercubuana.co.id/pusat bahan ajar dan elearning]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
40
d) Jumlah Suction :
-
Single Suction
-
Double Suction
Gambar 2.13 Suction pompa [www.mercubuana.co.id/pusat bahan ajar dan elearning]
e) Arah aliran keluar impeller :
-
Radial flow
-
Mixed fllow
-
Axial flow
Radial flow, tegak
Mixed flow, tegak
Gambar 2.14 Arah Aliran [www.mercubuana.co.id/pusat bahan ajar dan elearning]
2. Pompa Air Bersih / Pompa Transfer
Pompa booster ini berada pada atap gedung, dimana fungsi dari pompa tersebut adalah
untuk menambah tekanan air, agar cepat mengalir ke bawah. Pompa booster ini hanya
melayani 3 lantai paling atas,karena pada posisi ini daya gravitasi air sangat kecil untuk
mengalir ke bawah.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
41
Gambar 2.15 Pompa booster [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]
3. Ground Reservour
Ini biasanya disebut dengan tangki air bawah, karena berada di lantai paling bawah
(basement). Fungsinya untuk penampungan bak air bersih. Air yang ditampung di
tangki bawah yaitu dari PDAM yang kontinyu selama 24jam, dan Deep Well. Kapasitas
bak penampungan ini disesuaikan dengan kebutuhan maksimal pada gedung.
Gambar 2.16 Ground Reservour [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
42
4. Roof Water Tank (RWT)
Ini biasanya disebut dengan tangki air atas, karena berada di atap gedung. Untuk
penampungan air atas, dimana air tersebut dialirkan dari tangki bawah. Tangki atas ini
terbuat dari berbahan FRP (Fiberglass Reinforced Plastic).
Gambar 2.17 Roof Tank [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]
5. Pressure Reducing Valve (PRV)
Pressure reducing valve adalah suatu katup yang berfungsi pengurang atau pengatur
tekanan. Tujuanya dipasang PRV pada instalasi air bersih salah satunya adalah untuk
menghemat air, karena semakin tinggi tekanan akan semakin kencang aliran dan
semakin banyak air yang terbuang dalam waktu pemakaian. Selain itu tekanan yang
tinggi bisa merusak pipa instalasi, merusak peralatan sanitari yang terpasang bahkan
bisa membahayakan orang yang menggunakanya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
43
Ada dua tipe PRV yang bisa digunakan yaitu
-
Direct acting
-
Pilot operated
Gambar 2.18 PRV Direct Acting [Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]
Gambar 2.19 PRV Pilot Operated
[Training knowledge produck PT. Sinar Mas Andhika]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
44
Prinsip Kerja Pressure Reducing Valve
Prinsipnya adalah mereproduksi gerakan katup pengendali berukuran kecil melalui aksi
tekanan. Katup kontrol ini mempertahankan penurunan tekanan out put berdasarkan
nilai konstan variasi tekanan in put dan permintaan
Gambar 2.20 Prinsip Kerja PRV ( a)
[Training produck knowledge PT. Sinar Mas Andhika]
Ketika tekanan out put terlalu rendah, katup pengendali M terbuka , tekanan yang
terkandung dalam sirkuit by pass tidak menerapkan gaya apapun pada membran utama
katup A, sistem penutupan bebas, Ring atau disc katup ke posisi terbuka dalam rangka
meningkatkan tekanan out put ke tingkat yang diinginkan.
Gambar 2.21 Prinsip Kerja PRV (b)
[Training produck knowledge PT. Sinar Mas Andhika]
http://digilib.mercubuana.ac.id/
45
Ketika tekanan out put terlalu tinggi katup pengendali tekanan M tertutup. Sirkuit by
pass memberikan gaya pada membran katup A utama ring/disc ke posisi tertutup untuk
mengurangi tekanan out put ke tingkat yang diinginkan.
Pengaturan Tekanan Kerja PRV
Pengaturan tekanan kerja PRV disesuaikan berdasarkan kelas dan perbedaan tekanan
antara input dan out put disesuaikan dengan kapasitas PRV, karena perbedaan tekanan
yang tinggi bisa menyebabkan kavitasi yaitu fenomena perubahan fase uap dari zat cair
yang sedang mengalir, karena tekananya berkurang hingga dibawah tekanan uap
jenuhnya dan kecepatan sangat besar. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya
kerusakan mekanis sehingga menyebabkan dinding pipa akan berlubang.Peristiwa ini
disebut dengan erosi kavitasi sebagai akibat dari tumbukan gelembung udara uap yang
pecah pada dinding secara terus menerus. Pengaturan tekanan dapat dikalkulasikan
berdasarkan grafik sebagai brikut:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
46
Grafik 2.4 Tekanan Kerja PRV
[Training produck knowledge PT. Sinar Mas Andhika]
Diagram diatas berfungsi untuk cek kondisi kerja dari suatu Pressure Reducing valve
Zona A
: Kondisi kerja normal
Zona B
: Kondisi kerja yang berat
Zona C
: Kondisi berbahaya karena kavitasi
Zona D
: Tidak berlaku karena tekanan inlet lebih kecil daripada output
http://digilib.mercubuana.ac.id/
47
http://digilib.mercubuana.ac.id/