BAB X

SISTEM JARINGAN PIPA

Maksud dan Tujuan

1. Mengetahui besarnya kehilangan energi mayor dan kehilangan energi

minor yang terjadi pada sistem jaringan pipa.

2. Mengetahui hubungan koefisien debit (Cd) dengan debit (Q) pada alat

ukur Thomson.

Alat yang Digunakan

1. Pompa air

2. Bak Penampungan

3. Bak Pengeluaran

4. Satu paket sistem jaringan pipa lengkap

5. Gelas ukur

6. Point Gauge

7. Stopwatch

8. Penampung volume air (ember)

10.3 Teori Dasar

Hukum-hukum dasar

Beberapa rumus empiris yang dipergunakan pada asisten distribusi air

melalui pipa untuk berbagai kondisi,mempergunakan hokum-hukum dasar

hidrolika sebagai berikut :

a) Persamaan Kontinuitas

Hukum ini menyatakan bahwa pada setiap aliran dimana tidak ada

kebocoran debit untuk setiap penampangn selalu sama (konstan).

1 A1 2 A2 3 A3

Q1 = Q2 = Q3

A1.V1 = A2.V2 = A3.V3 …………………………….(10.1)

b) Persamaan Bernoulli

1. Untuk zat cair ideal

Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tinggi tempat,tinggi

tekanan dan kecepatan pada setiap titik dari suatu aliran zat cair

ideal selalu mempunyai harga yang konstan.

Bid.energi

Bid.piezometrik

…………… (10.2)

dimana : Z = tinggi tempat

P / γ = tinggi tekanan

V2 /2g = tinggi kecepatan

2. Untuk zat cair riil.

V1 V2 V3

V2

2gV2

2gV2

2gP1 γh0 =

Z

Bid. Perbandingan

Pada zat cair riil (mempunyai kekentalan) yang

mengalir,akan mengalami gesekan-gesekan yaitu gesekan antara

zat cair itu sendiri atau gesekan antara zat cair dengan dinding

saluran,dimana arah gaya gesekan ini berlawanan dengan arah

aliran.Dengan kata lain gesekan ini akan menimbulkan

berkurangnya energi zat cair.

Sehingga persamaan Bernoulli untuk aliran zat cair riil adalah

sebagai berikut :

…………(10.3)

dimana : Z = tinggi tempat

P / γ = tinggi tekanan

V2/2g = tinggi kecepatan

h = energi yang hilang dalam perjalanan

Kehilangan Energi Aliran Melalui Pipa

Pada zat cair yang mengalir di dalam bidang batas (pipa,saluran

terbuka atau bidang datar) akan terjadi tegangan geser dan gradien

kecepatan pada seluruh medan aliran karena adanya kekentalan tagangan

geser tersebut akan menyebabkan terjadinya kehilangan energi selama

pengaliran.Dalam hal ini ada beberapa jenis kehilangn energi di dalam

pipa yaitu kehilangan energi utama (mayor) dan kehilangan energi

sekunder (minor),

Kehilangan Energi Mayor

Kehilangan energi mayor diakibatkan oleh adanya tegangan gesek di

dalam pipa.Tahana gesek di dalam pipa tergantung pada factor kekasaran

pipa.Ada beberapa rumus empiris yang telah dijabarkan untuk kehilangan

energi dalam pipa akibat gesekan.Tapi yang akan digunakan dalam

penulisan ini adalah persamaan Darcy-Weisbach untuk aliran melalui pipa

lingkaran dengan bentuk sebagai berikut :

……………………………………………….(10.4)

Dimana : hƒ = kehilangan energi

ƒ = konstanta kekasaran pipa (tergantung pada besarnya

angka Reynolds)

L = panjang pipa

D = diameter pipa

V2/2g = tinggi kecepatan

Sedangkan koefisien gesekan

Dan ƒ = 0.316/Re0.25 untuk ( 4000 ,Re<205 )

Dimana Re = angka Reynold

Angka Reynold mempunyai bentuk sebagai berikut :

………………………………………..(10.5)

dimana : Ρ = rapat massa cair

µ = kekentalan zat cair

D = diameter piipa

V = kecepatan aliran

υ = kekentalan kinematik

Menurut Osborne Reynold ,aliran melalui pipa akan teratur

(laminar) apabila R lebih kecil dari 2300 dan aliran akan tidak teratur

(turbulen) bila R lebih besar dari 12000.

Kehilangan Energi Minor

Disamping adanya kehilangan energi akibat gesekan pipa,terjadi

pula kehilangan energi dalam pipa yang disebabkan karena perubahan

penampang pipa,belokan dan akibat katup.

Kehilangan energi mayor pada pipa panjang biasanya jauh lebih

besar daripada kehilangan energi minor,sehingga pada keadaan tersebut

biasanya kehilangan energi minor diabaikan.Tapi pada pipa pendek

kehilangan energi harus diperhitungkan.Apabila kehilangan energi minor

kurang dari 5% kehilangan energi akibat gesekan maka kehilangan energi

tersebut diabaikan.Untuk memperkecil kehilangan energi minor perubahan

penampang atau belokan jangan dibuat mendadak,tetapi berangsur-angsur.

Perbesaran Penampang

……………………………………(10.6)

Kehilangan energi pada perbesaran penampang akan berkkurang

apabila perbesaran dibuat secara berangsur-angsur.

Kehilangan energi diberikan oleh persamaan berikut :

…………………………..(10.7)

Tabel : Nilai K’ sebagai fungsi dari

100 200 300 400 500 600 750

K’ 0.078 0.31 0.49 0.6 0.57 0.72 0.72

Pengecilan Penampang

Pada pengecilan penampang yang mendadak garis aliran pada

bagian hulu dari sambungan akan mengunucp dan akan mengecil pada

vena kontrakta.

Luas penampang pada vena kontrakta berkisar 0.6 A2.Berdasar

nilai ini maka kehilangan energi diperoleh :

Dengan Ac dan Vc adalah luas penampang dan kecepatan pada

vena kontrakta dan berdasarkan persamaan kontinuitas di daerah vena

kontrakta :

Maka :

Atau : he = 0.44 x ...................(10.8)

Kehilangan energi pada pengecilan penampang dapat dikurangi

dengan membuat pengecilan penampang yang berangsur-angsur.

Kehilangan energi diberikan oleh persamaan berikut :

he = K’ ……………………………………………..

(10.9)

Belokan

Kehilangan energi yang terjadi pada belokan tergantung pada

sudut belokan pipa.

Rumus kehilangan energi yang terjadi pada belokan adalah sama

dengan rumus pada perubahan penampang,yaitu :

hb = Kb ……………………………………………..

(10.10)

dengan Kb adalah koefisien kehilangan energi pada belokan yang

diberikan oleh table berikut.

Tabel : Koefisien Kb sebagai fungsi sudut belokan

200 400 600 800 900

Kb 0.05 0.14 0.36 0.74 0.98

Katup yang Terbuka atau Tertutup Sebagian

Kehilangan energi akibat adanya katup biasanya diukur secara

eksperimental dan dikorelasikan dengan parameter-parameter aliran

pipa.Data untuk katup sedikit banyak tergantung pada rancangan dari

pabrik tertentu.

Rumus untuk kehilangan energi untuk katup,yaitu :

hK = K . …………………………………….. (10.11)

Dengan K adalah koefisien hambatan yang dapat dilihat pada

table berikut.

Tabel : Koefisien Hambatan untuk Katup Terbuka

Garis Tengah

Nominal

(inch)

Dengan

Sekrup

Dengan Kerah

1/2 1 2 4 1 2 4 8 20

Bola 14 8.2 6.9 5.7 13 8.5 6 5.8 5.5

Gerbang 0.3 0.24 0.16 0.11 0.8 0.35 0.16 0.07 0

Engsel Searah 5.1 2.9 2.1 2 2 2 2 2 2

Sudut 0 4.7 2 1 4.5 2.4 2 2 2

Koefisien kehilangan energi pada katup yang diperlihatkan pada

table di atas adalah untuk keadaan katup yang terbuka penuh.Sedangkan

kehilangan energi yang lebih besar terjadi pada katup yang terbuka

sebagian.Kenaikan kehilangan energi untuk katup yang terbuka sebagian

diperlihatkan pada table di bawah ini.

Tabel : Kenaikan Kehilangan Energi Katup yang Terbuka Sebagian

Keadaan Katup Gerbang Katup Bola

Terbuka

Tertutup, 25 %

50 %

75 %

1

3.0 – 5

12 – 22

70 – 120

1

1.5 – 2.0

2.0 – 3.0

6.0 – 8.0

a) Pengukuran Debit

Pengukuran debit dalam pipa

Debit aliran dalam pipa dapat diketahui dari hasil perkalian

antara luas penampang pipa dengan kecepatan yang terjadi dalam

pipa tersebut,dengan persamaan sebagai berikut :

Q = A x V

Dimana : Q = debit aliran ((m3/det)

V = kecepatan aliran (m/det)

A = Luas penampang (m2)

Pengaliran yang terjadi dalam pipa adalah

pengaliran penuh,maka luas penampangnya tergantung dari

diameter pipa.

Perhitungan debit melalui alat Thomson

Alat ukur debit Thomson adalah alat pengukur debit

yang berdasarkan peluapan sempurna,ambang tipis,bentuk

segitiga siku-siku.Alat ini berukuran kecil dan biasanya

digunakan di laboratorium.

b

H

Dengan Rumus

…………………(10.12)

Dimana :

Q = debit yang melewati alat ukur Thomson (m3/det)

H = tinggi muka air dari dasar segitiga Thomson (m)

b = H.tan /2 α=300

sehingga persamaan menjadi :

............................(10.13)

.................................(10.14)

Prosedur Percobaan

Pada percobaan ini, data pembacaan tinggi tekanan air dibaca pada dua

kondisi:

I. Katup/kran terbuka semua,debit masuk berubah-ubah.

II. Bukaan katup bervariasi (diubah-ubah) dengan debit masuk tetap

Prosedur percobaan untuk pengamatan I

1. Mula-mula pompa dinyalakan dan air mengalir ke bak penampungan

untuk diaminerkan,setelah aliran laminar dan penuh,air akan mengalir

ke sistem jaringan melalui pipa inlet dan sebagian over flow dialirkan

kembali ke reservoir.

2. Semua katup pengatur (kran) yang ada pada jaringan dalam keadaan

terbuka,termasuk katup untuk piezometer

3. Sebelum air masuk ke jaringan terlebih dahulu diukur debitnya (Qmasuk)

dengan mengatur seberapa besar bukaan kran/katup pengatur debit

masuk,pengukuran debit diukur dengan cara menampung volume air

dengan waktu.Pengambilan sample volume dilakukan dengan variasi

waktu (diberikan oleh asisten) yang selanjutnya akan diambil volume

rata-ratanya.Setelah diukur volumenya,air dialirkan masuk ke sistem

jaringan,dengan terlebih dahulu mengeluarkan gelembung-gelembung

udara yang ada di dalam pipa dengan cara membuka kran masuk dan

menutu kran keluar.

4. Setelah tidak ada gelembung udarra yang nampak pada tabung

piezometer,kran keluar dibuka.Setelah aliran konstan (tinggi air pada

tabung piezometer konstan) maka tinggi tekanan air pada masing-

masing titik yang ditinjau dapat dibaca (h1 – h20) dan dicatat

5. Setelah itu,mengukur volume yang keluar melalui alat Thomson

dengan waktu yang sama untuk mengukur volume debit masuk dan

sebelum diukur volumenya terlebih dahulu diukur tinggi muka air

yang melimpah dari dasar pintu segitiga

6. Setelah pengukuran volume dan pencatatan tinggi tekana untuk

percobaan debit pertama (Q1) maka bukaan kran/katup pengatur debit

masuk diubah untuk debit kedua (Q2) dan ulangi prosedur 3 sampai 5

Prosedur percobaan untuk pengamatan II

1. Sebelum air masuk ke jaringan terlebih dahulu diukur debitnya (Qmasuk)

dengan mengatur seberapa besar bukaan kran/katup pengatur debit

masuk,pengukuran debit diukur dengan cara menampung volume air

dengan waktu.Pengambilan sample volume dilakukan dengan variasi

waktu (ditentukan oleh asisten) yang selanjutnnya akan diambil

volume rata-ratanya.Setelah diukur volumenya,air dialirkan ,asuk ke

sistem jaringan,dengan terlebih dahulu mengeluarkan gelembung-

gelembung udara yang ada di dalam pipa dengan cara membuka kran

masuk dan menutup kran keluar.

2. Setelah tidak ada gelembung udara yang nampak pada tabung

piezometer,kran keluar dibuka.

3. Dengan tidak mengubah besarnya debit masuk,salah satu kran/katup

pengatur yang terdapat pada sistem jaringan ditutup misalnya K1

terlebih dahulu dan yang lainnya dibiarkan dalam keadaan terbuka.

4. Setelah aliran konstan (tinggi muka air pada tabung piezometer

konstan) maka tinggi tekanan air pada titik-titik yang ditinjau dapat

dibaca (h1 – h20) dan dicatat.

5. Setelah itu,mengukur volume yang keluar melalui alat Thomson

dengan waktu yang sama untuk mengukur volume debit masuk dan

sebelum diukur volumenya terlebih dahulu diukur tinggi muka air

yang melimpah dari dasar pintu segitiga.

6. Setelah pengukuran volume untuk percobaan pertama (misalnya K1

yang ditutup) kemudian K1 dibuka kembali dan dilanjutkan dengan K2

yang ditutup dan dilanjutkan dengan prosedur no.5 dan 6,begitu

seterusnya dilakukan berulang hingga K9 (pada sistem jaringan

terdapat 9 kran/Katup pengatur)

7. Setelah selesai untuk debit masuk (Q1),kemudian diambil sample untuk

perubahan debit selanjutnya,dengan mengulang kembali prosedur no.2

hingga 6 di atas.