## ANALISA HEAD POMPA WATER INTAKE TERHADAP SELF CLEANING FILTER
PADA PT.XY
Zaid Hafiz Muhammad 1 , Fajar Anggara 2
1 Mahasiswa Program Studi S1Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta
2 Program Studi S1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta
E-mail: zaid.hafiz04@gmail.com
Abstrak- Salah satu faktor penting dalam menentukan pompa yang akan digunakan dalam suatu sistem adalah  head.  Di  PT.XY  terdapat  pompa  water  intake  yang  digunakan  untuk  mengambil  air  sungai  yang akan  diolah  melewati  self  cleaning  filter  agar  turbidity  air  sebelum  masuk  ke  proses  selanjutnya berkurang.  Permasalahan  yang  terjadi  pada  PT.XY  adalah  terjadi  kehilangan  tekanan  sebesar  0.7  [bar] dari  discharge  pompa  menuju  inlet  self  cleaning  filter  karena  pengaruh  jarak  &  fitting  pada  sistem pemipaan.  Untuk  menyelesaikan  masalah tersebut dibutuhkan analisa kebutuhan minimum head  pompa water  intake  dengan  tiga  metode  yang  berbeda,  yaitu  Hazen-William,  Darcy-Weisbach,  dan  De  Chezy- Manning.  Dari  hasil  perhitungan  dan  analisa  metode  Hazen-William  mempunyai  error  terkecil  sebesar 6.2% dan minimum pressure pompa water intake untuk melewati self cleaning filter adalah 4.2 [bar] Kata kunci: Pompa, head loss, self cleaning filter, Hazen-William, Darcy-Weisbach, De Chezy-Manning.
Abstract- One  important factor  in  determining  the  pump  to  be  used  in  a  system  is  the  head. At  PT.  XY there  is  a  water  intake  pump  that  is  used  to  extract  river  water  which  will  be  processed  through  a  self cleaning filter so that the turbidity of the water before entering the process is further reduced. The problem that occurs in PT. XY is that there is a pressure loss of 0.7 [bar] from the pump discharge to the inlet self cleaning filter because of the influence of distance & fitting on the piping system. To solve this problem, it is  necessary  to  analyze  the  minimum  water  intake  pump  head  with  three  different  methods,  namely Hazen-William, Darcy-Weisbach, and De Chezy-Manning. From the results of calculations and analysis of method, Hazen-William has the smallest error of 6.2% and the minimum pressure of the pump to pass self cleaning filter is 4.2 [bar].
Keywords: Pump, head loss,  self  cleaning filter,  Hazen-William,  Darcy-Weisbach, De   Chezy-Manning
maka akan membutuhkan daya pompa yang besar, selain hal tersebut head loss, friction  loss, 1.  PENDAHULUAN
PT. XY merupakan pembangkit listrik tenaga uap (PLTU)  yang  mempunyai  2  unit boiler kapasitas 2x144  [MW].  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap (PLTU)  dalam  operasinya  memerlukan  sistem- sistem  pendukung,  salah  satunya  adalah water treatment  plant yang  pada  fungsinya  digunakan untuk  menyediakan  air  tuna  mineral  (demineral) sebagai air umpan ( feed water ) ke boiler dengan kualitas  air  tertentu.  Di  samping  itu, water treatment
plant
juga
berfungsi
untuk menyediakan air tawar (desalinasi) untuk kebutuhan fire  fighting,  potable ,  dan service water .
Water  treatment  plant PT.XY mengambil sumber air dari sungai dengan kapasitas  pompa  250  m3/h.  Untuk  mengurangi tingkat  kekeruhan  air,  maka  harus  melewati self cleaning filter yang berjarak 1.5 [km] dari pompa. Semakin panjang jarak fluida yang  dialirkan
minor loss dan major loss dari jaringan perpipaan akan  sangat  berpengaruh  terhadap  kinerja pompa tersebut .
Berdasarkan  fakta  dilapangan  pompa water intake tidak mampu mengalirkan air melewati self cleaning  filter .  Oleh  sebab  itu  penulis  mencoba menganalisa dan menghitung kebutuhan minimum pompa water intake dengan menggunakan  metode Hazen  William,  Darcy Weisbach , dan De Chazy Manning.
Dari  hasil  perhitungan  tiga  metode  tersebut akan  dilihat  metode  yang  mempunyai error terkecil  jika  dibandingkan  dengan  parameter yang ada dilapangan. Selain itu juga akan dilihat pengaruh head  loss terhadap  debit  fluida  yang dialirkan.
2. METODE PERHITUNGAN HEAD LOSS

## 2.1. Head pompa
[1] Head pompa  adalah  energi  per  satuan  berat fluida  yang  diberikan  oleh  pompa  sehingga fluida  tersebut  dapat  mengalir  dari  suction  ke discharge . Head pompa  terdiri  atas head statis dan head dinamis. Head statis meliputi pressure head dan elevation  head . Pressure  head merupakan  energy  yang  terdapat  pada  fluida akibat  perbedaan  tekanan  antara suction reservoir
dengan discharge reservoir. Sedangkan elevation  head merupakan head yang  terjadi  akibat  beda  ketinggian  dari permukaan  fluida  di suction  reservoir dengan permukaan  fluida  di discharge  reservoir dengan sumbu  pompa  sebagai  acuannya.  Sehingga dengan demikian ada dua kondisi intalasi, yaitu: suction head dan suction lift.
sebagainya. Head  loss dapat  digolongkan menjadi  dua,  yaitu: head  loss  mayor dan head loss minor . [4] Head loss mayor merupakan suatu kerugian aliran yang disebabkan  oleh  adanya  gesekan  antara  fluida dengan  dinding  saluran  pipa  lurus.  Pada perhitungan  ini  besarnya head  loss  mayor dihitung  menggunakan  tiga  metode  yaitu: Hazen William,  Darcy  Weisbach, dan De  Chazy Manning yang  akan  dijelaskan  pada  sub  bab selanjutnya. Head loss minor merupakan kerugian  aliran  yang  disebabkan  oleh  adanya gesekan  yang  terjadi  pada  komponen  tambahan seperti elbow, katup¸ fitting dan  lain  sebagainya sepanjang  jalur  perpipaan.  Besarnya head  loss minor tergantung dari koefisien tahanan equipment yang digunakan.
[2] Suction head adalah kondisi instalasi pipa, dimana permukaan fluida hisap  terletak
(3) diatas sumbu pompa. Besarnya elevation head ditunjukkan pada persamaan (2).
(1)
Dimana:
[ ] [ ] Sedangkan suction lift adalah kondisi instalasi  pipa,  dimana  permukaan  fluida  terletak dibawah sumbu pompa. Besarnya elevation head ditunjukkan pada persamaan (3).
(2) Dimana:
[ ⁄ ] [ ⁄ ] [5] Head total intalasi merupakan penjumlahan  dari head statis  dengan head dinamis. Head menyatakan  besarnya  kerugian yang  harus  diatasi  oleh  pompa  dari  seluruh komponen-komponen  yang  ada. Head total instalasi  dapat  dinyatakan  dalam  persamaaan (5).
Gambar 2 menujukkan instalasi pipa suction , Dimana: (4)
Gambar 1. Instalasi Pipa Suction
untuk suction lift dan suction head .
[3] Head dinamis   merupakan head pompa yang  terdiri  dari velocity  head dan head  loss . Velocity head merupakan head yang disebabkan oleh  adanya  perbedaan  kecepatan  fluida  di suction  reservoir dengan  di discharge  reservoir. Sementara head  loss adalah  kerugian  aliran yang  terjadi  disepanjang  saluran  pipa,  baik  itu pipa    lurus    belokan,    saringan,    katup,    dan
[ ] [ ] [ ] [ ⁄ ] [ ⁄ ]

## 2.2. Persamaan Hazen William
[6] Persamaan Hazen  William umum  dipakai untuk menghitung kehilangan tekanan  pada pipa besar  yaitu  diatas  100  [mm].  Secara  empiris persamaan  ini  menyatakan  bahwa  debit  yang mengalir didalam pipa adalah sebanding  dengan diameter  pipa  dan  kemiringan  hidrolis  yang dinyatakan  sebagai  rasio  antara  kehilangan tekanan terhadap panjang pipa.
Faktor C
yang
menggambarkan  kondisi  fisik  dari  pipa  seperti kehalusan dinding
dalam pipa yang menggambarkan  jenis  pipa  dan  umur.  Tabel  3 menujukkan nilai C pada beberapa material pipa. Secara umum persamaan
Hazen William ditunjukkan pada persamaan (6). [ ] [ ] [ ⁄ ] [ ⁄ ]
Besarnya      koefisien      gesek      dapat diketahui  dari  jenis  aliran  yang  terjadi.  Untuk aliran    laminer,    besarnya    koefisien    gesek dapat dihitung dengan persamaan (8). Sehingga (7) [ ] (5) Untuk aliran turbulen, besarnya koefisien gesek dapat dihitung dengan persamaan Dimana: Darcy . Rumus ini berlaku atas dasar kerugian head untuk panjang pipa ratusan meter. [ ]
[ ]
[ ] (8) Atau dapat dicari menggunakan moody diagram dengan menarik garis harga diplotkan dengan harga relative roughness ( .
Tabel 1. Koefisien Hazen William

## 2.4. Persamaan De Chazy Manning
[8]Persamaan De  Chazy  Manning umum  dipakai pada  saluran  terbuka,  tetapi  dapat  juga  dipakai pada jaringan perpipaan. Secara umum persamaan De Chazy Manning ditunjukkan pada persamaan (10).
(9)
Dimana:
[ ] [ ]
[ ]
[ ]

## 2.3. Persamaan Darcy Weisbach
[7] 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. Besarnya head  loss mayor  dapat  dihitung menggunakan  metode Darcy  Weisbach seperti ditunjukkan pada persamaan (7).
Tabel 4 menunjukkan nilai n pada beberapa material pipa. Tabel 2. Koefisien De Chazy Manning (6)
Dimana:
No Material Pipa Angka 1 Asbes Cement 120 2 Poly Vinyil Chloride 120 - 140 3 High Density Poly Ethylene 130 4 Medium Density Poly Ethylene 130 5 Ductile Cast Iron Pipe 110 6 Besi Tuang, Cast Iron 110 7 Galvanized Iron Pipe 110 8 Steel Pipe 110 No Material Pipa Angka 1 Asbestos Cement Pipe 0.011 2 Tembaga 0.011 3 Pipa Beton 0.011 4 Besi Tuang 0.012 5 Galvanized Iron Pipe 0.012 6 Pipa Besi 0.012
7 Pipa Besi Tanpa Lapisan 0.015 8 Riveted Steel Pipe 0.019 9 PVC 0.010 10 HDPE 0.010

## 2.5. Layout sistem pemipaan
Untuk  mempermudah  analisa  dan  perhitungan head  loss yang  terjadi  pada  sistem  pemipaan, perhitungan head  loss dibagi  menjadi  empat node, yaitu:  N1 –N2,  N2–N3,  N3-N4  seperti ditunjukkan pada gambar 6. Spesifikasi pada N1-
Tabel 5. Spesifikasi N3-N4
Gambar 2. Layout Sistem Pemipaan
N2, N2 – N3, N3 – N4 ditunjukkan pada tabel 5,
6, dan 7.
Tabel 3. Spesifikasi N1-N2
loss  mayor yang  terjadi  pada  N1 –  N4  dengan menggunakan rumus sesuai persamaan (6). Tabel 4. Spesifikasi N2-N3 Tabel 6. Head Loss Mayor Hazen William Node Panjang [m] Material Koefisien Head Loss [m] N1-N2 41.87 Carbon Steel 110 0.179 Data Teknis Nilai Unit Material Pipa HDPE Diameter Pipa DN315 PN 12.5 [ ] Data Teknis Nilai Koefisien Hazen-William 110 Unit Koef De Chezy Manning 0.015 Material Pipa Carbon steel SA106 B Diameter Pipa DN 300 sch 40 [  ] 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Panjang Pipa 41.87 [   ] 3.1.Perhitungan head loss mayor Density Fluida 1000 [ ⁄ ] Metode perhitungan head loss mayor yang Debit Fluida 0.0694 [ ⁄ ] dipakai adalah Hazen-William, Darcy-Weisbach, Percepatan Gravitasi 9.81 [ ⁄ ] dan De Chezy-Manning. Hal ini dilakukan agar Luas Penampang Pipa 0.0721 [ ] dapat   melakukan   perbandingan   antara    hasil perhitungan tiga metode dan parameter yang ada Viskositas Kinematik 1.003 x [ ⁄ ] dilapangan. Roughness 0.003 [ ] Koefisien Hazen-William 110 Koef De Chezy Manning 0.015 Metode ini digunakan untuk menghitung head Panjang Pipa 1098.46 [ ] Density Fluida 1000 [ ⁄ ] Debit Fluida 0.0694 [ ⁄ ] Percepatan Gravitasi 9.81 [ ⁄ ] Luas Penampang Pipa 0.056 [ ] Viskositas Kinematik 1.003 x [ ⁄ ] Roughness 7 x [ ] Koefisien Hazen-William 130 Koef De Chezy Manning 0.010
Data Teknis Nilai Unit Material Pipa Carbon steel SA106 B Diameter Pipa DN 300 sch 40 [  ] Panjang Pipa 24.6257 [  ] Density Fluida 1000 [ ⁄ ] Debit Fluida 0.0694 [ ⁄ ] Percepatan Gravitasi 9.81 [ ⁄ ] Luas Penampang Pipa 0.0721 [ ] Viskositas Kinematik 1.003 x [ ⁄ ] Roughness 0.003 [  ]
N2-N3 1098.46 HDPE 130 6.190 N3-N4 24.625 Carbon Steel 110 0.105 Total 6.474

## B. Metode Darcy Weisbach
Metode  ini  digunakan  untuk  menghitung head loss  mayor yang  terjadi  pada  N1 –  N4  dengan menggunakan rumus sesuai persamaan (7).
Tabel 7. Head Loss Mayor Darcy Weisbach Node Panjang [m] Material Koefisien Gesek Head Loss [m] N1-N2 41.87 Carbon Steel 0.04 0.262 N2-N3 1098.46 HDPE 0.0195 6.110 N3-N4 24.625 Carbon Steel 0.04 0.154 Total 6.526

## C. Metode De Chazy Manning
Metode  ini  digunakan  untuk  menghitung head loss  mayor yang  terjadi  pada  N1 –  N4  dengan menggunakan rumus sesuai persamaan (8).
Tabel 8. Head Loss Mayor De Chazy Manning
Node Panjang [m] Material Koefisien Head Loss [m] N1-N2 41.87 Carbon Steel 0.010 0.273 N2-N3 1098.46 HDPE 0.010 6.050 N3-N4 24.625 Carbon Steel 0.015 0.160 Total 6.483 3.2. Perhitungan head loss minor
[9] Minor head  loss disebabkan  oleh  adanya gesekan yang terjadi pada komponen tambahan seperti elbow,  valve,  fitting dan  lain  sebagainya sepanjang  jalur  perpipaan.  Dihitung  dari  N1 sampai dengan N4  yang ditunjukkan pada tabel 11.
Tabel 9. Head Loss Minor N1-N4
Node Komponen Jumlah Rumus Koefisien Head loss minor [m] Butterfly Valve 2 0.6 0.057 Check Valve 2 2 0.095 N1-N2 Reducer 2 0.04 0.0004 Tee 2 1 0.0005 Elbow 90 4 0.3 0.057 Butterfly Valve - 0.6 - Check Valve - 2 - N2-N3 Reducer - 0.04 - Tee - 1 - Elbow 90 4 0.3 0.092 Butterfly Valve 3 0.6 0.085 N3-N4 Check Valve 2 2 0.189 Reducer - 0.04 -
Tee 4 1 0.189 Elbow 90 5 0.3 0.071 Total 0.8359
Perbandingan Head Loss Dengan Debit 14 12 10 8 6 4 20 0 25 0
30 0 35 0 Hazen William De Chazy Manning Darcy Weisbach Aktua l

## 3.3. Perbandingan tiga metode head loss
Perhitungan head loss dilakukan pada debit 200 [ ⁄  ],  250  [ ⁄  ],  300  [ ⁄  ],  dan  350  [ ⁄  ]. Perhitungan head loss diperoleh dari penjumlahan antara head  loss  mayor dan head  loss  minor . Sedangkan head loss aktual diperoleh nilai drop pressure yang terjadi pada discharge pompa dan inlet self cleaning filter .
Tabel 10. Perbandingan Tiga Metode
Debit [ ⁄ ] Head Loss Error [%] Metode Perhitungan [m] Aktual [m] 200 4.82 5.30 9 Hazen William 250 7.31 7.34 0.4 300 10.28 9.58 7.3 350 13.70 12.64 8 200 4.73 5.30 10 Darcy Weisbach 250 7.39 7.34 0.7 300 10.60 9.58 10 350 14.43 12.64 16 200 4.68 5.30 11 De Chazy Manning 250 7.32 7.34 0.3 300 10.54 9.58 10 350 14.35 12.64 13
Nilai head  loss sebanding  dengan  besarnya debit  dan  panjang  pipa  suatu  jaringan  dan berbanding  terbalik  dengan  diameter  pipa  yang digunakan.  Perbedaan  hasil  perhitungan  tiga metode  diatas  terjadi  karena  perbedaan  prinsip dari masing-masing persamaan.
Persamaan Hazen  William dan De  Chazy Manning mempunyai  nilai  hampir  sama  akan tetapi  berbeda  cukup  tinggi  dengan  persamaan Darcy  Weisbach. Perbandingan  nilai head  loss dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 3. Perbandingan Head Loss Dengan Debit
3.5. Head total instalasi pompa water intake
[10] Head total instalasi merupakan penjumlahan dari head statis  dengan head dinamis. Head menyatakan  besarnya  kerugian  yang  harus diatasi  oleh  pompa  dari  seluruh  komponen- komponen  yang  ada.  Nilai head  total instalasi yang  ditunjukkan  pada  tabel  13  menggunakan debit 250 [ ⁄ ].
Hazen William Darcy Weisbach De Chazy Manning Elevation Head [m] 5.516 5.516 5.516 Pressure Head [m] 10.094 10.094 10.094 Velocity Head [m] 0.128 0.128 0.128 Head Loss Major [m] 6.474 6.526 6.483 Head Loss Minor [m] 0.836 0.836 0.836 Head Total Instalasi [m] 23.048 23.100 23.056
Persamaan Hazen  William dijadikan  metode perhitungan  untuk  menentukan  head  minimum pompa water intake karena memiliki error terkecil bila  dibandingkan  dengan  metode  lainnya  pada perhitungan head loss

## 4.  KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  analisa  yang telah dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu sebagai berikut:
a.  Metode perhitungan head loss yang mempunyai error terkecil  jika  dibandingkan dengan  parameter  yang  ada  dilapangan adalah  metode Hazen  William dengan error rata-rata  sebesar  6.2%.  Nilai head  loss berdasarkan metode Darcy Weisbach mempunyai  nilai  lebih  tinggi  dibandingkan nilai head  loss berdasarkan  metode Hazen William dan De Chazy Manning .
b. Head pompa  minimum  yang  dibutuhkan untuk mengalirkan fluida sampai self cleaning  filter adalah  23  [m]  atau  setara dengan  2.2  [bar].  Dan  minimum operating pressure self cleaning filter adalah 2  [bar].
Jadi dibutuhkan minimum operating pressure pada pompa sebesar 4.2 [bar]
c.  Nilai head  loss sebanding  dengan  besarnya debit  dan  panjang  pipa  suatu  jaringan  dan berbanding  terbalik  dengan  diameter  pipa yang digunakan.

## 4.2. `Saran
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  analisa  yang telah  dilakukan,  penulis  menyarankan  bahwa dibutuhkan  penelitian  lebih  lanjut  terhadap error yang terjadi pada setiap metode dan pada setiap debit fluida yang di pompa

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sularso  and  H.  Tahara, Pompa  dan Kompresor . .
[2]
Dadang  Suhendra  Permana,  “Analisa
Jenis  Dan  Spesifikasi  Pompa  Air  Bersih Gedung  Pabrik  Perakitan  PT.  ADM,”
Sinergi , vol. 21, no. 2, pp. 91 –100, 2017.
[3] Ubaedilah, “Analisa Kebutuhan Jenis Dan Spesifikasi  Pompa  Untuk  Suplai  Air
Bersih  Di  Gedung  Kantin  Berlantai  3  Pt Astra Daihatsu Motor,” J. Tek. Mesin , vol.
05, no. 3, pp. 119 –127, 2016.
[4] E. Kelly and I. Aniekan, “Flow
Computation  of  Total  Head  Losses  and
Total  Pressure  Losses  in  a  Typical Gasoline Fuel Injector System,” vol. 3, no. 10, pp. 30 –47, 2016.
[5] I.  J.  Karassik,  J.  P.  Messina,  W.  H. Fraser,  and  I.  J.  Karassik, Pump
Handbook . .
[6] B.  Dengan et  al. ,  “Analisa  Hidrolis  Pada Komponen Sistem Distribusi Air,” vol. 8.
[7] A. A. Fathurrohman, “Mempelajari Kehilangan  Head  Pada  Pipa  Distribusi
Jaringan  Suplai  Air  Bersih  PDAM  Tirta Pakuan,” 2012.
[8] A. Bilgil and H. Altun, “Author ’ s personal copy  Investigation  of  flow  resistance  in smooth  open  channels  using  artificial
neural ne tworks.”
[9] D.  Syahputra,  J.  T.  Mesin,  and  F.  T.
Industri,  “Analisa  distribusi  kapasitas aliran  fluida  di  daerah  percabangan  pada sistem perpipaan,” vol. 3, pp. 7–11, 2017.
[10] Thoharudin,  A.  S.  Nugroho,  and  S.
Unjanto,  “Optimasi  Tinggi  Tekan  dan Efisiensi Pompa Sentrifugal dengan
Perubahan  jumlah  sudu  Impeller  dan sudu  Keluar  Impeller  (β2)  menggunakan Simulasi  CFD,” Issn  1979-911X. ,  no. November 2014, 2014.