BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Sistem Penyediaan Air Minum Menurut Permen PU No. 18/PRT/M/2007, Sistem Penyediaan Air Minum
(SPAM) merupakan sarana dan prasarana air minum yang meliputi kesatuan fisik (teknis) dan non fisik (Non Teknis). a.
Aspek Teknis, terdiri dari : 1.
Unit air baku, merupakan sumber air untuk penyediaan air minum. Contohnya yaitu air tanah, air permukaan, dan air hujan.
2.
Unit produksi, dapat berupa sumur bor, mata air, dan instalasi pengolahan.
3.
Unit distribusi, merupakan unit yang mendistribusikan air dari unit produksi ke unti pelayanan di pelanggan. Unit ini terdiri dari tangki penyimpanan, pompa, jaringan pipa, dan perlengkapannya.
4.
Unit pelayanan, merupakan ujung terakhir dari sistem yang langsung bersentuhan dengan pelanggan. Unit pelayanan dapat berupa sambungan rumah dan hidran umum.
b.
Aspek Non Teknis, mencangkup keuangan, sosial, dan institusi. Menurut Petunjuk Teknis Tata Cara Pengkajian Kelayakan Teknis Sistem
Penyediaan Air Minum, Direktorat Jenderal Cipta Karya Departemen Pekerjaan Umum (1998), didalam sistem penyediaan air minum terdapat beberapa istilah yaitu: a.
Air Baku adalah air yang dari sumber air yang perlu atau tidak perlu diolah menjadi air minum untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga.
b.
Air Minum adalah air yang dipergunakan oleh masyarakat untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari dengan kualitas yang memenuhi standar air minum yang ditetapkan sesuai dengan keputusan Menteri Kesehatan.
c.
Kebutuhan Air Minum adalah jumlah air bersih atau air minum yang diperlukan sebagai prasyarat bagi individu atau masyarakat untuk hidup secara layak.
5
d.
Air Tanah Dangkal adalah air tanah bebas yang terdapat di dalam tanah dengan kedalaman mata air kurang atau sama dengan 20 meter.
e.
Air Tanah Dalam adalah air tanah yang terdapat di dalam tanah dengan kedalaman mata air lebih besar dari 20 meter atau air tanah yang tedapat di dalam akifer tertekan dimana akifer ini dalam kedalaman lebih dari 20 m.
f.
Air Permukaan adalah air bakuyang berasal dari sungai, saluran irigasi, waduk, kolam atau danau.
g.
Mata Air adalah air tanah yang muncul di permukaan tanah secara alami. Dalam pedoman Penyusunan Studi Kelayakan Pengembangan Sistem
Penyediaan Air Minum, Peraturan Menteri Pekerjaan Umum No. 18/PRT/M/2007 tentang Penyelenggaraan Pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum, yang dimaksud dengan: a.
Tingkat Pelayanan adalah presentasi jumlah penduduk yang dilayani dari total jumlah penduduk daerah pelayanan, dimana besarnya tingkat pelayanan diambil berdasarkan survey yang dilakukan oleh PDAM terhadap jumlah permintaan air minum oleh masyarakat atau dapat juga dilihat berdasarkan kemampuan yang dimiliki oleh PDAM untuk menyediakan air minum.
b.
Unit Air Baku adalah sarana dan prasarana pengambilan dan/atau penyedia air baku, meliputi bangunan penampungan air, bangunan pengambilan/ penyadapan, peralatan pengukuran dan pemantauan, sistem pemompaan, dan/atau bangunan pembawa serta kelengkapannya.
c.
Unit Produksi adalah sarana dan prasarana yang dapat digunakan untuk mengolah air baku menjadi air minum melalui proses fisik, kimiawi, dan/atau biologi meliputi bangunan pengolahan dan kelengkapannnya, perangkat operasional, peralatan pengukuran dan pemantauan, serta bangunan penampungan air minum.
d.
Unit Distribusi adalah sarana untuk mengalirkan air minum dari pipa transmisi air minum sampai ke unit pelayanan.
e.
Unit Pelayanan adalah sarana untuk mengambil air minum langsung oleh masyarakat yang terdiri dari sambungan rumah, hidran umum, dan hidran kebakaran.
6
f.
Jaringan Pipa Transmisi Air Baku adalah ruas pipa pembawa air dari sumber air sampai unit produksi.
g.
Jaringan Pipa Transmisi Air Minum adalah ruas pipa pembawa air minum dari unti produksi/bangunan penangkap air sampai ke reservoir atau batas distribusi.
h.
Pipa Transmisi adalah pipa pembawa air dari sumber air ke instalasi pengolahan atau pipa pembawa air bersih dari instalasi pengolahan ke unti distrubusi utama atau reservoir.
i.
Pipa Distribusi adalah pipa yang dipergunakan untuk mendistribusikan air minum dari reservoir ke daerah pelayanan atu konsumen.
j.
Pipa Pelayanan adalah pipa yang menghubungkan jaringan distribusi dengan sambungan rumah.
k.
Katup adalah suatu alat yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliaran dalam pipa.
l.
Reservoir
adalah
tempat
penyimpanan
air
sementara
sebelum
didistribusikan kepada konsumen. m. Sambungan Rumah adalah jenis sambungan pelanggan yang mensuplai air langsung ke rumah-rumah, biasanya berupa sambungan pipa-pipa distribusi air melalui meter air dan instalasi pipa di dalam rumah.
2.2
Komponen Sistem Penyediaan Air Minum Perpipaan Komponen-komponen sistem penyediaan air minum secara umum antara
lain sebagai berikut (triatmadja, 2009). a.
Sumber air dan Broncapturing yaitu bangunan penangkap air baku dari mata air.
b.
Instalasi Pengolahan Air (IPA) adalah suatu kesatuan bangunan yang berfungsi mengolah air baku menjadi air bersih atau air minum.
c.
Reservoir.
d.
Pipa Transmisi.
e.
Pipa Distribusi.
7
f.
Pompa adalah suatu mesin yang digunakan untuk memindahkan zat cair dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui media pipa (saluran) secara kontinyu dengan cara menambah energi pada cairan yang dipindahkan.
g.
Tangki (Bak) Pelepas Tekan adalah bangunan penunjang pada jaringan transmisi atau distribusi yang berfungsi untuk menghilangkan tekanan yang berlebihan pada aliran yang dapat menyebabkan pipa pecah.
h.
Katup.
i.
Pengukur Volume (Debit) Air atau Flowmeter adalah alat untuk mengukur jumlah atau laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau saluran terbuka.
2.3
Kebutuhan Air Air merupakan kebutuhan utama bagi setiap makhluk hidup, sehingga
tanpa air dapat dipastikan tidak ada kehidupan. Selain untuk kebutuhan langsung seperti minum, mandi, dan aktivitas lainnya, air juga dibutuhkan oleh berbagai makhluk hidup yang lain untuk kehidupannya. Berdasarkan buku panduan penyusunan rencana induk sistem penyediaan air minum (RISPAM) tahun 2013, kebutuhan air bersih suatu daerah dianalisis berdasarkan beberapa pertimbangan sebagai berikut.
2.3.1 Kebutuhan Air Domestik Kebutuhan air domestik adalah pemakaian air untuk segala aktivitas di lingkungan rumah tangga. Penyediaan air baku untuk keperluan rumah tangga dihitung berdasarkan : 1.
Jumlah penduduk.
2.
Persentase jumlah penduduk yang akan dilayani.
3.
Cara pelayanan air.
4.
Konsumsi pemakaian air (Liter/orang/hari). Beberapa parameter yang dipakai dalam menentukan tingkat pelayanan air
bersih meliputi : 1.
Konsumsi pemakaian air bersih ditentukan untuk SR sebesar 120 L/dt dan KU sebesar 30 L/dt.
8
2.
Jumlah jiwa per sambungan dihitung berdasarkan jumlah rata-rata untuk SR sebesar 6 jiwa/sambungan dan KU sebesar 100 jiwa/sambungan.
2.3.2 Kebutuhan Air Non Domestik Kebutuhan air untuk keperluan non domestik ialah pemakaian air diluar pemakaian untuk rumah tangga, seperti kebutuhan air untuk niaga/industri, kesehatan, sosial, perkantoran, pendidikan, dan keagamaan. Kebutuhan air non domestik dihitung sebesar 15-20% dari kebutuhan air domestik.
Berdasarkan Peraturan Menteri Pekerjaan Umum No. 18/PRT/M/2007, Standar kebutuhan air domestik dan non domestik adalah : 1.
Domestik perkotaan : 120 – 150 Lt/orang/hari
2.
Domestik pedesaan : minimal 60 Lt/orang/hari
3.
Non domestik : tambahan 15% x kebutuhan domestik atau disesuaikan dengan spesifikasi kebutuhan lokasi/daerah.
2.3.3 Fluktuasi Pemakaian Air Bersih Fluktuasi pemakaian air bersih terjadi pada waktu hari maksimum yaitu pemakaian air dalam satu hari lebih tinggi dari pemakaian air per hari rata-rata selama 1 tahun, dan terjadi pada saat jam puncak yaitu pemakaian air pada jam tertentu lebih tinggi dari pemakaian air per jam rata-rata selama 1 hari. Fluktuasi pemakaian air didasarkan pada : a.
Kebutuhan air rata-rata harian (Qm) Merupakan banyaknya air yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan domestik dan non domestik yang ditambahkan dengan kehilangan air.
b.
Kebutuhan air harian maksimum (Qhm) Merupakan jumlah pemakaian air terbanyak pada suatu hari dalam satu tahun yang berdasarkan pada Qm dan faktor fluktuasi kebutuhan air maksimum (Fhm). Qhm = Fhm x Qm
(2.1)
Dimana Fhm adalah faktor harian maksimum, berkisar antara 115 – 120%.
9
c.
Kebutuhan air jam maksimum (Qjm) Merupakan jumlah pemakaian air terbanyak pada saat jam tertentu dalam satu hari. Qjm = Fjm x Qm
(2.2)
Dimana Fjm adalah faktor jam maksimum, berkisar antara 175 – 210%. Koefisien fluktuasi harian digunakan untuk mensimulasi besarnya kebutuhan air tiap jam dalam satu hari (24 jam). Tabel 2.1 dan 2.2 berikut merupakan contoh koefisien fluktuasi kebutuhan air yang akan digunakan dalam perancangan skema jaringan WaterNet. Tabel 2.1 Koefisien Fluktuasi Harian Jam Koefisien Jam Koefisien Jam Koefisien Jam Koefisien 1 0,53 7 0,9 13 1,2 19 1,55 2 0,45 8 1,4 14 1,25 20 1,4 3 0,4 9 1,3 15 1,3 21 1,1 4 0,4 10 1,25 16 1,3 22 0,75 5 0,45 11 1,2 17 1,42 23 0,6 6 0,62 12 1,2 18 1,5 24 0,53 Sumber : Triatmadja( 2007)
Tabel 2.2 Koefisien Fluktuasi Harian Sekolah dan Perkantoran Jam Koefisien Jam Koefisien Jam Koefisien Jam Koefisien 1 0,2 7 1,8 13 1,2 19 1,2 2 0,2 8 1,8 14 1,5 20 0,8 3 0,2 9 2 15 1,4 21 0,2 4 0,2 10 1,7 16 1,3 22 0,2 5 0,6 11 1,5 17 1,3 23 0,2 6 1,5 12 1,5 18 1,3 24 0,2 Sumber : Triatmadja (2007)
2.3.4 Proyeksi Kebutuhan Air Bersih Sistem penyediaan air minum di wilayah Kecamatan Kuta dan Kuta Selatan digunakan untuk memenuhi kebutuhan air baku yang meliputi kebutuhan air bersih penduduk (domestik), fasilitas umum, dan kebutuhan air di sektor pariwisata. Oleh karena itu, maka perlu diperhitungkan beberapa faktor yang dapat menunjang atau menyebabkan bertambahnya kebutuhan air bersih. Faktor tersebut antara lain (Prameswari, 2013): 10
1.
Pertambahan jumlah penduduk.
2.
Tingkat sosial ekonomi penduduk.
3.
Keadaan sosial ekonomi dari daerah setempat.
4.
Rencana daerah pelayanan dan kemungkinan perluasannya.
5.
Keadaan sistem penyediaan air minum eksisting.
Proyeksi kebutuhan air bersih dihitung berdasarkan beberapa komponen sebagai berikut. a. Kebutuhan air untuk rumah tangga (Domestik) Penyediaan air baku untuk keperluan rumah tangga dihitung berdasarkan : 1.
Jumlah penduduk
2.
Persentase jumlah penduduk yang akan dilayani
3.
Cara pelayanan air
4.
Konsumsi pemakaian air (Lt/orang/hari)
Pelayanan air bersih untuk rumah tangga direncanakan sebesar 150 Lt/orang/hari dan 30 Lt/orang/hari untuk kran umum. b. Kebutuhan air untuk Non Domestik Kebutuhan air untuk keperluan non domestik dihitung sebesar 20 % dari kebutuhan domestik. c. Kehilangan air Disetiap sistem peyediaan air bersih, sangat sulit untuk menghindari terjadinya kemungkinan kehilangan air dari sistem. Kehilangan air dapat disebabkan oleh faktor teknis maupun faktor non teknis. Faktor teknis meliputi kebocoran pipa, kerusakan meter air, dan lain-lain (faktor alat). Sedangkan faktor non teknis meliputi kesalahan pencatatan/pembacaan alat, kesalahan perhitungan, dan lain-lain (faktor manusia). Oleh karena itu, dalam perencanaan suatu sistem penyediaan air minum selalu diperhitungkan suatu besaran volume air untuk menghindari kemungkinan terjadinya kehilangan air. Hal ini dimaksudkan agar penyediaan air untuk konsumen tidak terganggu bila terjadi kehilangan air. Kehilangan air diasumsikan sebesar 20 % dari kebutuhan rata-rata air bersih penduduk. Besar kehilangan air ini diperkirakan konstan dari awal sampai akhir tahun rencana.
11
d. Fluktuasi pemakaian air bersih Dalam perencanaan suatu sistem penyediaan air minum, faktor fluktuasi pemakaian air bersih dapat menggunakan Standar Cipta Karya yaitu :
2.4
a.
Hari maksimum = 1,15 x kebutuhan air rata-rata
b.
Jam puncak
= 1,75 xkebutuhan air rata-rata
Proyeksi Jumlah Penduduk Proyeksi jumlah penduduk digunakan sebagai langkah awal dalam
menghitung proyeksi kebutuhan air bersih. Beberapa faktor yang mempengaruhi ketelitian proyeksi jumlah penduduk pada masa yang akan dating adalah : 1.
Kecepatan pertumbuhan penduduk.
2.
Kurun waktu proyeksi dan jumlah tahun pengambilan data. Perhitungan proyeksi jumlah penduduk dapat menggunakan metode yang
telah diakui secara umum seperti berikut (Norken dan Arsana, 2014): a.
Metode Aritmatik Metode ini dianggap baik untuk kurun waktu yang pendek atau sama dengan waktu perolehan data. Persamaan yang digunakan adalah : =
+
=
− −
(
−
)
(2.3) (2.4)
Dimana : Pn : jumlah penduduk pada tahun ke-n Po : jumlah penduduk pada tahun awal Tn : tahun ke-n To : tahun awal Ka : konstanta aritmatik P1 : jumlah penduduk pada tahun I P2 : jumlah penduduk pada tahun II T1 : tahun I yang diketahui T2 : tahun II yang diketahui
12
b.
Metode Geometrik Metode ini menganggap bahwa perkembangan atau jumlah penduduk akan secara otomatis bertambah dengan sendirinya dan tidak memperhatikan penurunan jumlah penduduk. Persamaan yang digunakan adalah : =
(1 + )
(2.5)
Dimana : Pn : jumlah penduduk pada tahun ke-n Po : jumlah penduduk pada tahun awal
c.
r
: rata-rata persentase pertambahan per tahun (%)
n
: periode waktu proyeksi
Metode Least Square Metode inimerupakan metode regresi untuk mendapatkan hubungan antara sumbu Y yaitu jumlah penduduk dan sumbu X yaitu tahunnya dengan cara menarik garis linier antara data-data tersebut dan meminimumkan jumlah pangkat dua dari masing-masing penyimpangan jarak data-data dengan garis yang dubuat. Persamaan yang digunakan adalah : =
+( × )
(2.6)
Dimana : Pn : jumlah penduduk pada tahun ke-n n
: selisih tahun yang dihitung terhadap tahun awal
a, b : konstanta, yang dihitung rumus: = =
(Σ )(Σ ) − (Σ )(Σ ) (Σ ) − (Σ )
(2.7)
(Σ ) − (Σ )(Σ ) (Σ ) − (Σ )
(2.8)
Penentuan metode yang dipakai dalam proyeksi penduduk dilakukan dengan
menghitung
standar
deviasi dari
masing-masing
metode
yang
menggunakan rumus berikut (Sanjaya, 2013). =
∑(
− ȳ)
dimana n < 20
(2.9)
13
Setelah dilakukan perhitungan standar deviasi dari ketiga metode tersebut, maka akan dipilih metode yang akan digunakan dalam perhitungan proyeksi penduduk yaitu metode yang memiliki nilai standar deviasi terkecil.
2.5
Jaringan Perpipaan Didalam sistem penyediaan air minum terdapat dua buah jaringan
perpipaan yang mengalirkan air dari sumber air sampai ke daerah pelayanan yaitu: 1.
Jaringan Pipa Transmisi Jaringan pipa trasmisi adalah jaringan perpipaan yang membawa air baku dari bangunan pengambilan ke unit produksi atau membawa air hasil olahan unit produksi ke reservoir. Jaringan pipa transmisi merupakan aliran bertekanan yang dalam pengaliran airnya menggunakan jenis pipa tertentu dengan jalur yang mengikuti kontur permukaan tanah yang dilewatinya.
2.
Jaringan Pipa Distribusi Jaringan pipa distribusi berfungsi untuk mengalirkan air dari unit air produksi ke pelanggan. Jaringan distribusi menggunakan pipa dengan aliran yang bertakanan, dimana sepanjang perpipaannya dihubungkan dengan sambungan pelanggan (dapat berupa sambungan rumah, hidran umum atau sambungan usaha komersil). Menurut Devara (2011) dalam Sanjaya (2013), ada beberapa jenis pipa
yang biasanya digunakan sebagai pipa transmisi air baku maupun pipa distribusi air minum, antara lain : a.
Besi tuang (cast iron) Jenis pipa ini biasanya dicelupkan ke dalam larutan anti karat untuk perlidungan tambahan. Panjang pipa ini antara 4-6 meter dan dapat mencapai umur 100 tahun. Keuntungan penggunaan pipa ini adalah: Harga pipa cukup murah dan banyak tersedia di pasaran Mudah dalam proses penyambungan Tahan terhadap daya korosi
14
Kelemahan dari penggunaan jenis pipa ini adalah: Konstruksi pipa keras mudah pecah Pipa berat sehingga mempengaruhi daya pengangkutan ke lokasi b.
Besi galvanis (galvanized iron pipe) Pipa jenis ini bahannya terbuat dari pipa besi yang dilapisi seng. Umurnya relatif pendek antara 7-10 tahun. Keuntungan penggunaan pipa ini adalah: Harga terjangkau dan banyak terdapat dipasaran Ringan sehingga mudah diangkut ke lokasi pekerjaan Mudah dalam proses penyambungan Kelemahan dari penggunaan pipa ini adalah mudah terjadi korosi atau perkaratan.
c.
Pipa plastic (PVC) Pipa PVC (Poly Vinyl Chloride) sekarang ini banyak digunakan dalam proyek-proyek jaringan distribusi air bersih.Panjang pipa 4-6 meter dengan berbagai ukuran. Keuntungan penggunaan pipa ini adalah: Umur pipa dapat mencapai 75 tahun Banyak tersedia di pasaran dan harga cukup murah Bahan terbuat dari plastic, sehingga sangat tahan terhadap karat Mudah dalam pengangkutan ke lokasi pemasangan Satu kelemahan dari jenis pipa PVC adalah koefisien muai yang cukup besar sehingga tidak tahan terhadap suhu terlalu tinggi.
d.
Pipa baja (steelpipe) Pipa ini terbuat dari baja lunak dengan berbagai variasi bentuk dan ukuran. Keuntungan penggunaan pipa ini adalah: Tersedia dalam berbagai ukuran Umur pipa bisa sampai 40 tahun Kelemahannya adalah: Pipa berat sehingga berpengaruh terhadap biaya pengangkutan Tidak tahan karat Untuk ukuran yang besar sistem penyambungan agak sulit 15
e.
Pipa High Density Polyethylene (HDPE) Pipa ini terbuat dari bahan baku plastik yang berkualitas tinggi. Keuntungan penggunaan pipa ini adalah sebagai berikut: Tahan lama (50-100 tahun) pada kondisi normal (suhu 20oC) Dapat dilengkungkan Memiliki kekasaran 1/8 pipa besi Bebas korosi dan tahan larutan kimia Pipa HDPE dapat disambungkan dengan cara pemanasan (heat fusion) untuk membentuk sambungan bersama yang kuat.
Tabel 2.3 Variasi Diameter Kekasaran Material Asbestos Cement (Asbes semen) Brass (tembaga) Brick Cast Iron, New (Besi tuang, baru) Concrete Steel forms (cetak dengan baja) Wooden forms (cetak dngan kayu) Centrifugally spun Cement Copper Corrugated metal Galvanized iron Glass Lead Plastic Steel Coal-tar enamed New unlined Riveted Wood stave Sumber :
2.6
(ε) mm 0,0015 0,0015 0,6 0,2 – 5,5 0,3 – 3,0 0,18 0,6 0,36 0,4 – 1,2 0,0015 – 4,6 45 0,10 – 4,6 0,0015 0,0015 0,0015 0,0048 0,045 0,9 - 9 0,18 – 0,9
Catatan
Variasi besar
Variasi besar Tidak ada variasi Tidak ada variasi
Variasi besar
Triatmadja (2009)
Analisis Hidraulika Pada Perpipaan Aliran pada pipa jaringan transmisi air pada sistem penyediaan air minum
di kecamatan kuta dan kuta selatan ini merupakan aliran dalam pipa atau aliran bertekan yaitu aliran yang seluruh penampang pipanya dipenuhi air. Jika terdapat permukaan air bebas di dalam aliran pipa maka aliran tersebut tidak termasuk dalam definisi aliran dalam pipa.
16
2.6.1 Persamaan Energi Pada aliran air dikenal persamaan energi (Bernoully) dan persamaan kontinyuitas.Persamaan Bernoully secara umum (Triatmadja, 2009) yaitu : +
+
2
=
+
+
2
+ℎ
(2.10)
V1²/2g
hf
V2²/2g
P1/? P1/γ
P2/γ P2/?
V1
V2
Z1
Z2
Gambar 2.1 Persamaan Bernoulli Sumber: Dharma, dkk (2009)
Dimana : P
: tekanan
z
: tinggi datum
V
: kecepatan rerata aliran dalam pipa
g
: percepatan gravitasi bumi
hf : tinggi kehilangan tenaga γ
: berat per unit volume atau berat jenis
2.6.2 Kehilangan Tekanan Dalam Perpipaan Kehilangan tekanan pada jaringan pipa distribusi terdiri dari dua macam yaitu (Triatmadja, 2009): a.
Kehilangan Energi Utama/Mayor (Major Losses) Kehilangan energi mayor merupakan kehilangan tekanan dalam pipa yang disebabkan oleh cairan atau fluida yang kental dan dinding pipa yang tidak licin sempurna (kekasaran permukaan). Kekasaran permukaan merupakan salah satu penyebab berkurangnya energi air atau fluida selama pengalirannya. Kekasaran merupakan bilangan relatif terhadap diameter
17
(dalam pipa). Semakin besar diameter pipa, maka pipa tersebut relatif tampak semakin halus dan koefisian kehilangan energi akibat gesekan juga berkurang. Pada dinding pipa yang mendekati licin sempurna masih terdapat kehilangan energi yang sangat kecil. Jika dinding pipa licin sempurna makan tidak ada kehilangan energi (diameter kekasaran nol). Pada umumnya, semakin bertambah umur pipa maka semakin besar pula friksinya. Persamaaan Darcy Weisbach paling banyak digunakan dalam menentukan kehilangan tenaga mayor secara umum terutama untuk aliran air dengan viskositas yang relatif tidak banyak berubah. Persamaan Darcy Weisbach ditulis sebagai berikut. ℎ =8
.
=
. .2
(2.11)
Dimana : hf
: kehilangan tekanan atau energi major (m)
Q
: debit air dalam pipa (m³/dt)
f
: koefisien gesek Darcy Weisbach
L
: panjang pipa (m)
D
: diameter pipa (m)
U
: kecepatan rerata aliran dalam pipa (m/dt)
g
: percepatan gravitasi bumi (m/dt²)
Selain rumus diatas juga terdapat Persamaan Hazen Williams dengan rumus sebagai berikut. Q = Cu.CHW.d2,63.S0,54
(2.12)
Dengan Cu = 0,2785 dan S = hf/L maka persamaan diatas dapat ditulis : Q = 0,2785. CHW. d2,63. (hf/L) 0,54
(2.13)
Dimana : Q
: debit aliran
CHW : koefisian Hazen Williams d
: diameter pipa
S
: kemiringan saluran atau slope garis tenaga
hf
: kehilangan tenaga mayor
L
: panjang saluran
18
b.
Kehilangan Energi Minor (Minor Losses) Minor losses adalah kehilangan tekanan pada accessories/fitting seperti pada sambungan, reducer atau peralatan asesoris pipa lainnya. Demikian juga jika air melalui penyempitan dan pembesaran penampang aliran secara tiba-tiba. Kehilangan energi juga akan terjadi jika air melalui katup karena katup mengganggu aliran air sehingga dapat mengurangi atau menghentikan aliran. Kehilangan energi minor dapat ditulis sebagi berikut (Triatmadja, 2009) : ℎ =
2
=
2
(2.14)
Dimana : hf
: kehilangan energi minor
k
: koefisien kehilangan energi minor
V
: koefisien aliran
Q
: debit aliran
D
: diameter pipa
Koefisien k bergantung pada bentuk fisik belokan, penyempitan, katup dan sebagainya. Harga k (selain katup) biasanya berkisar antara 0 – 1 yang merupakan fungsi dari bahan kehalusan pembuatan fitting, umur fitting, dan faktor manusia. Total kehilangan tekanan yang diakibatkan oleh adanya fitting biasanya sangat kecil, sehingga untuk pipa yang panjang dan kecepatan aliran yang tidak tinggi, kehilangan tekanan akibat fitting biasanya diabaikan. Selain itu, faktor kehilangan tenaga pada fitting sangat berpengaruh pada berbagai macam sambungan. Sambungan lurus umunya mempunyai kehilangan energi sekunder yang kecil, akan tetapi karena jumlahnya yang banyak, kehilangan energinya bisa menjadi signifikan. Faktor katup juga mempengaruhi kehilangan tenaga karena katup dapat diatur tertutup dan terbuka sehingga mengubah diameter pipa secara variatif. Dengan demikian kehilangan energi oleh katup menjadi variatif dan katup sangat bervariasi bergantung pada posisi katup. Menurut Weibach, kehilangan energi pada belokan dapat ditulis sebagai berikut (Triatmadja, 2009).
19
= 0,946
2
+ 2,047
(2.15)
2
Dimana : k
: koefisien kehilangan energy
θ
: sudut belokan
Pada belokan lengkung, koefisien kehilangan energi sekunder dinyatakan sebagai berikut (Triatmadja, 2009). ,
= 0,131 + 1,847
2
,
90
(2.16)
Dimana : D
: diameter pipa
R
: jari-jari lengkung (sumbu) belokan
Aliran dalam jaringan perpipaan dihitung dengan menggunakan metode Hardy Cross atau biasa disebut sebagai persamaan Loops. Persamaan Loops terdiri dari :
Persamaan Kontinyuitas Pada setiap node berlaku persamaan: =
(2.17)
∈
Persamaan Energi Pada setiap pipa berlaku persamaan : =0
(2.18)
∈
Perhitungan Loops ini dilakukan agar mendapatkan keseimbangan dan kontinyuitas aliran pada jaringan perpipaan tersebut. Dalam aliran perpipaan juga terdapat water hammer atau tekanan gelombang air yaitu benturan-benturan yang diakibatkan oleh tertahannya aliran secara tiba-tiba dalam suatu jalur pipa. Perisriwa ini akan menimbulkan perubahan tekanan tertentu di dalam pipa tersebut. Water hammer dapat terjadi pada sistem gravitasi maupun sistem pompa. Terjadinya water hammer banyak menimbulkan persoalan seperti kerusakan peralatan perpipaan, pecahnya pipa, kesulitan dalam pengoperasian pipa, dan berkurangnya kapasitas pipa.
20
Pada sistem gravitasi menggunakan manual valve, water hammer dapat dicegah dengan mengatur waktu pembukaan dan penutupan valve. Hal ini dikarenakan waktu penutupan sebuah valve mempunyai pengaruh langsung pada besarnya tekanan gelombang yang terjadi. Waktu penutupan valve yang lebih cepat akan menyebabkan tekanan gelombang yang lebih besar.
2.7
Aplikasi Program WaterNet Program WaterNet (Triatmadja, 2007) merupakan suatu program yang
dirancang untuk melakukan simulasi aliran air atau fluida lainnya dalam pipa, baik berupa loop maupun tidak. Sistem pengaliran (distribusi dan transmisi) fluida dapat berupa sistem gravitasi, pompanisasi, maupun gabungan keduanya. Air atau fluida yang mengalir haruslah dalam kondisi tertekan yaitu memenuhi seluruh penampang pipa. WaterNet dirancang dengan memberikan banyak kemudahan sehingga pengguna dengan pengetahuan minimum tentang jaringan perpipaan dapat
mengaplikasikannya.
Input
data
juga
dibuat
interaktif
sehingga
memudahkan dalam simulasi jaringan dan memperkecil kesalahan pengguna saat menggunakan WaterNet. Fasilitas WaterNet dibuat agar dapat memudahkan proses editing dan analisis pada perancangan dan optimalisasi jaringan distribusi air. Output WaterNet dibuat dalam bentuk database, teks maupun grafik yang memudahkan pengguna untuk selanjutnya memprosesnya lebih lanjut dengan program lain ataupun langsung menjadi hardcopy.
2.7.1 Gambaran Umum Program WaterNet Program Waternet dibuat untuk memenuhi kebutuhan perencana dalam mensimulasikan jaringan pipa secara mudah dan akurat. Adapun kemampuan yang dimiliki oleh fasilitas WaterNet adalah sebagai berikut. a.
Menghitung debit dan tekanan di seluruh jaringan pipa dan setiap node.
b.
Mengitung demand atau air yang dibutuhkan/diambil pada setiap node (jika tekanan node telah ditentukan).
c.
Fasilitas default diberikan untuk memudahkan input data pada setiap pipa, pompa, dan node secara manual.
21
d.
Fasilitas pustaka untuk mencantumkan kekasaran pipa, kehilangan energi, dan yang lainnya.
e.
Fasilitas katup pada jaringan pipa.
f.
Fasilitas pengubah tipe aliran untuk melakukan simulasi perubahan elevasi di dalam tangki akibat fluktuasi pemakaian air yang dipengaruhi oleh jumlah pemakaian air berjam-jam. Fasilitas ini juga digunakan untuk mengitung volume tangki yang optimal serta menguji jaringan untuk debit yang fluktuatif. Pengguna dapat memeriksa tinggi tekanan, kecepatan aliran, dan debit pada setiap pipa untuk mengoptimalkan jaringan.
g.
Fasilitas pengubah posisi node dan pipa.
h.
Failitas kontur yang dibuat berdasarkan input kontur topografi untuk memudahkan input elevasi node.
i.
Fasilitas editing untuk memperbaiki kekurangan atau kesalahan dalam perencanaan.
2.7.2 Cara Pengoperasian Program WaterNet Berikut ini diuraikan sedikit tentang cara menggunakan aplikasi program WaterNet sampai pada proses RUN.
Gambar 2.2 Tampilan awal aplikasi WaterNet
22
1.
Membuat File Baru Klik Menu Utama File kemudian klik New atau klik tombol New File. Setelah itu akan muncul Menu Default, dimana pada menu ini terdapat parameter-parameter yang harus diisi nilainya agar setiap pipa dan node nantinya mempunyai keragaman nilai sehingga akan memudahkan perencana pada saat merancang jaringan pipa. Tampilan menu Default dapat dilihat gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 Tampilan menu Default Setelah menu Default, klik tombol OK sehingga jendela Default akan menutup dan muncul jendela Paper (gambar 2.4). Isi kolom pilihan sesuai keperluan misalnya A4 pada Paper Size, Landscape pada Orientation dan semua margin diisikan 1 cm. Selanjutnya klik tombol Apply &Exit.
Gambar 2.4 Tampilan menu ukuran kertas 23
2.
Menggambar Jaringan Pipa Dengan menggunakan fasilitas Drawing Tools yang tersedia pada aplikasi Waternet, maka kita dapat menggambar jaringan pipa dengan semua komponennya seperti sumber air, reservoir, pompa, katup, dan lainnya, seperti gambar 2.5 berikut.
Gambar 2.5 Contoh gambar rencana suatu jaringan pipa 3.
Proses Running Setelah proses penggambaran selesai, klik tombol GO pada pada menu atas lalu akan muncul jendela informasi variabel yang digunakan dalam simulasi seperti gambar berikut.
Gambar 2.6 Jendela informasi variable 24
Pada jendela Variable used for Simulation untuk Flow Type dipilih Constant untuk tipe aliran karena saat ini belum dilakukan pemilihan tipe aliran. Pada bagian atas pilih hanya Run Hydraulic Model saja untuk mensimulasi analisis hidraulika saja tanpa kualitas air. Kemudian klik GO pada jendela dan WaterNet segera Running. Hasil Running dilaporkan secara singkat dengan jendela Report (gambar 2.7). Pada bagian kanan atas jendela Report terdapat lingkaran berwarna yang jika berwarna hijau menunjukkan bahwa simulasi sukses dan jaringan tidak bermasalah. Warna merah atau kuning pada lingkaran menunjukkan bahwa jaringan mengalami masalah yang ditampilkan dalam bentuk pesan pada tiga combo box.
Gambar 2.7 Hasil simulasi dari program WaterNet Simulasi jaringan yang belum sukses dapat diperbaiki dengan bantuan pesan pada combo box (garis lingkaran merah). Klik tombol Exit untuk memunculkan gambar jaringan yang sudah dilengkapi dengan arah aliran. Jika hasil simulasi pada jendela Report bertuliskan Stop or aborted, berarti harus dilakukan simulasi ulang karena program WaterNet mendapatkan kejanggalan/masalah yang akan muncul akibat perhitungan yang kurang tepat. Kejanggalan/masalah tersebut diatasi dengan melakukan perubahan (editing) pada jaringan pipa sesuai pesan pada combo box sampai hasil simulasi pada jendela Report menunjukkkan lingkaran hijau atau OK. Setelah jendela Report menunjukan simulasi berhasil (gambar 2.7 kanan). Klik tombol EXIT sehingga tampilan jaringan pipa akan berubah menjadi seperti gambar 2.8 berikut.
25
Gambar 2.8 Hasil simulasi WaterNet yang telah berhasil
26
