Jurnal Tugas Akhir
ANALISA JARINGAN DISTRIBUSI AIR PDAM GIRI TIRTA SARI (STUDI KASUS PERUMAHAN GRIYA BULUSULUR PERMAI WONOGIRI) 1. Paryono
2. Ir. Hadi Susilo, MM
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana Jakarta Jl. Meruya Selatan, Kembangan Jakarta Barat 11650 Email :
[email protected]
Abstrak
Pemakaian jaringan dalam bidang teknik sipil salah satunya terdapat pada system jaringan distribusi air minum. Distribusi kebutuhan air minum untuk kebutuhan hidup sehari-hari sangat penting. Begitu juga analisis jaringan pipa cukup komplak dan memerlukan kebutuhan yang besar. Dalam system jaringan distribusi air minum menggunakan pipa, faktor kehilangan tinggi tekanan perlu diperhatikan. Apabila debit dan kehilangan tinggi tekanan cukup besar dapat mengakibatkan tidak terdistribusinya air dengan baik. Tahapan-tahapan dalam penyelesaian tugas akhir ini yaitu terlebih dahulu mengumpulkan data yang dibutuhkan baik data primer maupun data sekunder dari PDAM Giri Tirta Sari. Tahapan berikutnya adalah mengukur debit dan kehilangan tinggi tekanan yang dilakukan dengan pengukuran menggunakan ultrasonic flow meter dan manometer dengan perhitungan dengan menggunakan persamaan darcy weisbach. Hasil perhitungan dan analisa kebutuhan air minum untuk salah satu PDAM Giri Tirta Sari yaitu Perumahan Griya Bulusulur Permai, diperoleh 147,01 liter/detik. Jumlah tersebut belum memenuhi standar kebutuhan sebesar 150 liter/detik. Sedengkan untuk kehilangan tinggi tekanan air air disebabkan karena adanya gesekan air terhadap pipa dengan sebesar 1,5316 meter pada pipa 16, dengan tekanan terendah pada saat jam puncak (jam 06.00) sebesar 7,708 meter. Dari hasil perhitungan disimpulkan bahwa kebutuhan air dalam sehari di Perumahan Griya Bulusulur Permai belum terpenuhi oleh PDAM Giri Tirta Sari. Pengaliran air yang terjadi di daerah Perumahan Griya Bulusulur Permai tergolong kurang baik karena saat jam puncak tekanan masih dibawah 10 meter. Kehilangan tinggi tekanan ini disebabkan oleh faktor teknis, non teknis, dan kebocoran pada pipa distribusi Kata Kunci: debit, kehilangan tinggi tekanan, Persamaan Darcy Weisbach
1
Jurnal Tugas Akhir PENDAHULUAN
Air bersih merupakan kebutuhan dasar bagi manusia sehingga menjadi hal yang wajar jika sektor air bersih mendapat prioritas dalam penanganan dan pemenuhannya. PDAM sebagai perusahaan daerah pengelola air bersih seharusnya mampu untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Dengan system pengolahan dan sistem jaringan perpipaan yang ada, PDAM diharapkan mampu untuk memenuhi kebutuhan air bersih masyarakat baik secara kuantitas, kualitas dan kontinuitas. Permasalahan pada debit air yang menjadi faktor- faktor terjadinya masalah , yaitu permasalahan di sistem perpipaan pelanggan, terjadinya kebocoran pada pipa persil, permasalahan pada sistem perpipaan dinas ( primer, sekunder, tersier), adanya penghentian aliran dalam rangka perbaikan pipa, air valve tidak berfungsi sehingga terjadinya sumbatan udara, permasalahan pada sistem produksi, turunnya debit produksi akibat perubahan musim, permasalahan pada sistem pipa transmisi air baku, perbaikan pada pipa transmisi, Terganggunya fungsi perlengkapan pipa (valve, air valve, washout). Faktor – faktor yang mempengaruhi tekanan tidak stabil :
1. Tekanan air pada perpipaan sangat tergantung pada debit produksi, elevasi (ketinggian) lokasi pelanggan, dan jarak lokasi pelanggan. 2. Debit produksi menurun, tekanan di pelanggan akan turun. 3. Elevasi tempat tinggal pelanggan lebih tinggi dari pelanggan lainnya, akan mendapatkan tekanan yang lebih rendah. 4. Jarak pelanggan dari pusat produksi air yang lebih jauh dari pelanggan lainnya, akan mendapatkan tekanan yang lebih rendah. Menurut ( Fakhrurrazi idris, 2012 ) Aceh, dalam penelitian tentang aliran air bahwa aliran tidak mengalir dengan baik sehingga tekanan air yang di dapat menjadi relatif kecil, permasalahan tersebut dikarenakan : kebocoran pipa, penggunaan pompa yang berlebihan, dan penyambungan pipa secara illegal. Dengan ulasan dari berbagai alasan tersebut melatar belakangi untuk mengadakan penelitian Analisa Jaringan Sistem Distribusi Air Bersih dengan maksud untuk meningkatkan kuantitas air pada jaringan PDAM di perumahan Griya Bulusulur Permai.
TINJAUAN PUSTAKA
Defisini Air Bersih Air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari – hari dan akan menjadi air minum setelah di masak terlebih dahulu. Sebagai batasannya, air bersih adalah air yang memenuhi persyaratan bagi sistem penyediaan air minum. Adapun persyaratan yang di maksud adalah persyaratan dari segi kualitas air yang meliputi kualitas fisik, kimia, biologi dan radiologis, sehingga apabila dikonsumsi tidak menimbulkan efek samping (Ketentuan Umum Permenkes No. 416/Menkes/PER/IX/1990 (Dalam
Modul Gambaran Umum Penyediaan dan Pengolahan Air Minum Edisi Maret 2003 hal. 3 dari 41). Persyaratan Kuantitas Persyaratan kuantitas dalam penyediaan air bersih adalah ditinjau dari banyaknya air baku yang tersedia. Artinya air baku tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan daerah dan jumlah penduduk yang akan dilayani. Tabel 2.2 Konsumsi Air Berdasarkan Kategori Kota 2
Jurnal Tugas Akhir
Kategori Kota
Jumlah Penduduk (orang)
Metrop olitan
> 1.000.000 500.000 Besar 1.000.000 100.000 Sedang 500.000 20.000 Kecil 100.000 Sumber : kimpraswil, 2003
Konsumsi Air (lt/org/hari) 210 170 150 90
Persyaratan Kontinuitas Air baku untuk air bersih harus dapat diambil terus menerus dengan fluktuasi debit yang relative tetap, baik pada saat musim kemarau maupun musim hujan. Kontinuitas juga dapat diartikan bahwa air bersih harus tersedia 24 jam per hari, atau setiap saat diperlukan, kebutuhan air tersedia. Akan tetapi kondisi ideal tersebut hamper tidak dapat dipenuhi pada setiap wilayah di Indonesia, sehingga untuk menentukan tingkat kontinuitas pemakaian air dapat dilakukan dengan cara pendekatan aktifitas konsumen terhadap prioritas pemakaian air. Prioritas pemakaian air yaitu minimal selama 12 jam per hari, yaitu pada jam – jam aktifitas kehidupan, yaitu pada pukul 06.00 – 18.00.
Hukum Kontinuitas Definisi Fluida
Fluida atau zat cair (termasuk uap air dan gas) dibedakan dari benda padat karena kemampuannya untuk mengalir. Fluida lebih mudah mengalir karena ikatan molekul dalam fluida jauh lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat, akibatnya fluida mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk karena gesekan. Zat padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap, sekalipun suatu gaya yang besar diberikan pada zat padat tersebut, zat padat tidak mudah berubah bentuk maupun volumenya, sedangkan zat cair dan gas, zat cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap, zat cair mengikuti bentuk wadahnya dan volumenya dapat diubah hanya jika diberikan padanya gaya yang sangat besar dan gas tidak mempunyai bentuk dan maupun volume yang tetap,gas akan berkembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan gas tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir. Dengan demikian kedua – duanya sering secara kolektif disebut sebagai fluida. Bilangan Reynolds
Kombinasi faktor yang menentukan jenis aliran fluida:
Persyaratan Tekanan Air
Menurut standart DPU ( Departemen Pekerjaan Umum ), air yang dialirkan ke konsumen melalui pipa transmisi dan pipa dsitribusi, di rancang untuk dapat melayani konsumen hingga yang terjauh, dengan tekanan air minum sebesar 10mka atau 1atm. Angka tekanan ini harus dijaga, idealnya merata pada setiap pipa distribusi. Jika tekanan terlalu tinggi akan menyebabkan pecahnya pipa, serta merusak alat- alat plambing. Tekanan juga dijaga agar tidak terlalu rendah, karena jika tekanan terlalu rendah maka akan menyebabkan terjadinya kontaminasi air selama aliran dalam pipa distribusi.
D = Diameter pipa = 0 – 2000 : aliran laminer > 3000
: aliran turbulen
= 2000 – 3000 : aliran transisi Kehilangan Tekanan
Salah satu faktor yang penting dalam perhitungan hidrolis perpipaan adalah perhitungan kehilangan tekanan.
3
Jurnal Tugas Akhir
Persamaan Darcy Weisbach diturunkan secara luas dan menyatakan kehilangan tekanan sebanding dengan kuadrat kecepatan dari aliran air, panjang pipa dan berbanding terbalik dengan diameter pipa. Kemudian secara empiris ditentukan suatu faktor f.
3
900 elbow
0,5
4
450 bend
0,2
5
22,50 bend
0,1
6 Dimana : hl f L D V g
= Kehilangan tekanan (m). = Faktor gesekan = panjang pipa (m) = diameter pipa (m) = kecepatan aliran (m/detik) = percepatan gravitasi (m/detik2)
Kehilangan Tekanan Pada Perlengkapan Pipa
Kehilangan tekanan berbanding kuadrat dengan kecepatan aliran pipa yang secara matematika dinyatakan dengan :
Pada umumnya kehilangan tekanan ini adalah jauh lebih kecil dibanding daripada kehilangan akibat gesekan di dalam pipa, oleh sebab itu kehilangan tekanan ini lazim disebut sebagai kehilangan minor atau minor loss. (Dharmasetiawan, 2004 : hal II-12). Tabel 2.3. Nilai K pada fitting untuk jaringan pipa No 1 2
Fitting Masuk pipa Keluar Pipa
Nilai K 0,5 1
Tee (arus lurus)
0,6
7
Tee (aliran keluar melalui samping)
1,8
8
Tee (aliran dari samping)
1,5
(Ir.H. Djoni supardi 2007) Proyeksi Kebutuhan Air Untuk memperkirakan (proyeksi) jumlah penduduk pada tahun tertentu dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Pn = Po ( 1 + r )^n Keterangan : Pn = Jumlah penduduk pada tahun n (ditanyakan) Po = Jumlah penduduk awal R = Tingkat pertumbuhan penduduk pertahun (dalam %) n = Jangka waktu dalam tahun Kemudian rumus untuk menghitung kebutuhan air bersih sebagai berikut : Kebutuhan air bersih ( Qmd ) Q md = Pn x q x f md Kebutuhan total air bersih (Qt) Qt = Q md x 100/80 (factor kehilangan air 20%) Keterangan ; Q md = Kebutuhan air bersih Pn = Jumlah penduduk tahun n q = Kebutuhan air per orang/hari f md = Faktor hari maksimum ( 1,051,15 ) Qt = Kebutuhan air total
4
Jurnal Tugas Akhir METODOLOGI PENELITIAN Dalam metoda pendekatan ini terlebih dahulu membuat bagan diagram alir untuk tahapan – tahapan dalam melakukan penelitian adalah sebagai berikut Bagan alur penelitian dapat dilihat di Gambar 3.1
Langkah Penelitian 1. Pendahuluan. a. Observasi : Berupa meninjau langsung ke lapangan dangan tujuan untuk mengetahui permasalahan apa saja yang ada di lapangan b. Study Pustaka : Merupakan dasar teori dan analisis dari buku-buku referensi yang membahas tentang jaringan perpipaan antara lain buku hidraulika 1, dan hidraulika II. 2. Pengumpulan data berupa, data Primer dan data Sekunder 3. Penentuan masalah dapat ditentukan dari hasil Penelitian di lapangan. 4. Teori debit : Debit aliran merupakan jumlah volume air yang mengalir
dalam waktu tertentu melalui suatu penampang air, sungai, saluran, pipa atau kran. Hukum Bernoulli : merupakan persamaan pokok fluida dinamik dengan arus tetap. 5. Menganalisa kebutuhan debit air dan menghitung kehilangan tekanan pada pipa distribusi perumahan Griya Bulusulur Permai. 6. Kesimpulan dan Saran. Pengumpulan Data Pengumpulan data adalah tahap awal setelah tahap persiapan dalam proses pelaksanaan evaluasi dan perencanaan yang penting. Hal ini dikarenakan pada tahap ini ditentukan permasalahan yang akan diambil. Adapun beberapa metode yang dilakukan yaitu : Pengumpulan Data Primer Data primer adalah data yang diperoleh dari hasil survey dipersimpangan. Adapun data-data tersebut : 1. Data Pengukuran debit air 2. Data Pengukuran tekanan air 3. Data pipa distribusi Pengumpulan Data Sekunder Data sekunder adalah data yang dibutuhkan untuk analisis perhitungan yang diperoleh dari instasi baik itu pemerintahan maupun swasta. Dalam penelitian ini, data sekunder yang dibutuhkan yaitu : 1. Layout lokasi perumahan griya bulusulur permai 2. Data jumlah penduduk
5
Jurnal Tugas Akhir HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Pengukuran Debit Air
Dari gambar 4.3 dan 4.4 bahwa jam puncak terjadi pada jam 06.00 dengan faktor pemakaian 1,91 dengan 3,29 l/dtk artinya dalam satu hari terdapat jam puncak dimana masyarakat menggunakan air terbanyak, Sedangkan untuk pemakaian terendah terjadi pada jam 03.00 dengan faktor 0,25 dengan 0,43 l/dtk.
Dari gambar 4.5 dan 4.6, bahwa jam puncak terjadi pada jam 06.00 dengan faktor pemakaian 2,08 dengan 3,72 l/dtk artinya dalam satu hari terdapat jam puncak dimana masyarakat menggunakan air terbanyak, Sedangkan untuk pemakaian terendah terjadi pada jam 03.00 dengan faktor 0,22 dengan 0,39 l/dtk.
Dari gambar 4.7 dan 4.8 bahwa jam puncak terjadi pada jam 18.00 dengan faktor pemakaian 1,81 dengan 3,81 l/dtk artinya dalam satu hari terdapat jam puncak dimana masyarakat menggunakan air terbanyak, Sedangkan untuk pemakaian terendah terjadi pada jam 02.00 dengan faktor 0,20 dengan 0,36 l/dtk. Perhitungan Kebutuhan Debit Kebutuhan air dalam 1 hari menggunakan debit yang paling besar Q = 1,79 lt/dtk
Dengan jumlah penduduk yang terdapat pada perumahan griya bulusur permai sebanyak 1052 jiwa,maka dapat diketahui konsumsi air dalam sehari (lt/orang/hari). Dengan perhitungan sebagai berikut:
6
Jurnal Tugas Akhir Pengukuran Tekanan
Proyeksi Kebutuhan Air Jumlah penduduk 5 tahun mendatang dapat di perkirakan jumlahnya (proyeksikan) dengan rumus. Jumlah penduduk tahun 2014 adalah 1052 jiwa dengan pertumbuhan penduduk sebesar 2% pertahun. Asusmsi kebutuhan air bersih 147,01 liter/orang/hari, dengan tahun perencanaan 2019. Proyeksi jumlah penduduk tahun rencana 2019 : Pn = Po (1 + r)^n = 1052 (1 + 0,02)^5 = 1052 (1,02)^5 = 1162 orang Kebutuhan air bersih, Q md Q md = Pn x q x F md = 1162 x 147,01 x 1,05 = 179366,901 liter/hari = 2,07 liter/detik Kebutuhan total air bersih, Qt Qt = 2,07 x 100/80 = 2,59 liter/detik Jika dibandingkan dengan debit sumber mata air (air baku), kebutuhan total air bersih 2,59 l/detik atau sekitar 224208,6263 l/hari. Sedangkan sumber air baku (mata air) menghasilkan 2 l/detik atau 172800 l/hari dan antara debit mata air dengan kebutuhan total air bersih ada selisih 51408,6263 l/hari. Kekurangan tersebut belum dapat mencukupi kebutuhan air bersih perumahan griya bulusulur permai dalam 5 tahun kedepan. Maka dapat disimpulkan bahwa kemampuan penyediaan air bersih PDAM belum dapat memenuhi kebutuhan penduduk ditambah pelanggan PDAM Giri Tirta Sari sampai tahun 2019, dimana masih terdapat kekurangan air 0,59 l/detik.
Dapat dilihat dari gambar 4.9 bahwa tekanan terendah terjadi pada jam 06.00 dengan faktor tekanan 1.10 dengan tekanan 18 meter artinya pada jam tersebut terdapat jam puncak dimana masyarakat menggunakan air terbanyak sehingga tekanan air pada jam puncak akan mengalami penurunan. Perhitungan Kehilangan Tekanan Diketahui : L = 49 m D = 100 mm = 0.1 m g = 9.81 m/detik² Ditanya :Hitung kehilangan tekanan (hl) ? Penyelesaian: Q awal di gunakan 1,79 l/dtk = 0,00179 m³/dtk ( ) (
)
Mencari luas penampang pipa,
Menghitung kecepatan aliran,
Mencari koefisien gesekan menggunakan angka Reynolds,
Karena Re > 3000 Aliran tersebut adalah aliran
7
Jurnal Tugas Akhir turbulen, maka koefisien gesekan dapat dihitung dengan rumus diagram moody. pipa PVC dengan nilai e=0.0050 mm, pipa 1 dengan diameter 100mm
(
)
(
)
Dengan nilai Re = 22757,03 dan e = 0,0005 maka selanjutnya di plot pada diagram moody sehingga diperoleh f = 0,0251 Menghitung kehilangan tekanan, ( ) (
)
(
) (
)
(
) (
)
Berdasarkan perhitungan kehilangan tekanan pada tabel 4.7 dan tabel 4.8 maka di dapat : hl = hl pipa + hl assesories hl = 9,8561 + 0,436 hl = 10,2921 meter kehilangan tekanan pada jam 23.00 hl total = tekanan – hl hl total = 35 – 10,2921 hl total = 24,708 meter
Pada Junction 1 kekasaran(K) 1,5 dengan kecepatan aliran sebesar 0,228 m/dtk. Perhitungan kehilangan tekanan sebagai berikut: Diketahui: K = 1,5 V = 0,228 m/dtk g = 9,81 m/s² Ditanya: kehilangan tekanan (hl) ? Penyelesaian : (
)
8
Jurnal Tugas Akhir
. Pada tabel 4.9 perhitungan kehilangan
tekanan terdapat tekanan air paling rendah yaitu pada jam 06:00 dimana pada jam tersebut adalah jam puncak pemakain air sehingga tekanan menjadi rendah yaitu sebesar 7,708 meter.Setelah jam puncak pagi hari tekanan air masih rendah yaitu pada jam 07.00 dengan tekanan 9,708 m dan jam puncak sore hari yaitu 17.0018.00 dengan tekanan air sebesar 9,708 m.Tekanan tersebut masih di bawah standar yang di keluarkan oleh DPU yaitu sebesar 10 meter. Kesimpulan dan Saran 1. Kebutuhan air Perumahan Griya Bulusulur Permai untuk saat ini belum mencukupi kebutuhan sehari – hari dikarenakan debit yang mengalir per hari untuk 1 orang yaitu 147,01 lt / hari. Sedangkan kebutuhan di Perumahan Griya Bulusulur Permai sendiri yaitu 150 lt/orang/hari. 2. Kehilangan tinggi tekanan air di perumahan Griya Bulusulur Permai disebabkan karena adanya gesekan air terhadap pipa dengan tekanan air terendah sebesar 7,8446 meter. Tekanan tersebut masih di bawah standar yang di keluarkan oleh DPU yaitu sebesar 10 meter. 3. Kehilangan tinggi tekanan air dapat juga disebabkan oleh faktor teknis dan non teknis : Faktor teknis Faktor teknis yang dapat menyebabkan kehilangan tinggi tekanan air adalah adanya lubang atau celah pada pipa sambungan, pipa pada jaringan distribusi pecah, meter air yang dipaang pada pipa konsumen kurang baik, pemasangan perpipaan dirumah kurang baik.
Faktor non teknis Faktor non teknis yang dapat menyebbkan kehilangan tinggi tekanan air adalah kesalahan membaca meteran air dan pencatatan hasil pembacaan meter air, keslahan/pembuatan rekening air, angka yang di tunjukkan oleh meter air berkurang akibat adanya aliran udara dari rumah konsumen ke pipa distribusi meter air tersebut
SARAN 1. Perlu dilakukan pengkajian kembali sistem jaringan distribusi oleh PDAM seperti survei untuk mengetahui penyebab kehilangan tinggi tekanan air terhadap pelanggan seperti survei kebocoran air pada pipa distribusi, penggantian pipa-pipa yang sudah pecah. 2. Dari analisa diatas untuk dapat melayani kebutuhan air masyarakat griya bulusulur permai dalam kurun waktu 5 tahun kedepan perlu dilakukan penambahan suplai air baku. 3. Efisiensi dalam menggunakan air bersih DAFTAR PUSTAKA Ir. H. Djoni Supardi, 2007, Akatirta, Bambang Triatmojo, 2008, Hidraulika I, Beta Offset, Yogyakarta. Bambang Triatmojo, 2008, Hidraulika II, Beta Offset, Yogyakarta. Dake, J.M.K., 1983 Hidraulika Teknik (terjemahan), Penerbit Erlangga, Jakarta. Doughtherty, Franzini, 1965, Fluid Mechanics With Engineering Applications, McGraw Hill Kogakusha Tokyo. Douglas, J.F., Gasiorek, J.M., Swaffield, T.A., 1986, Fluid Mechanics,
9
