TEORI DAN KONSEP
SISTEM PENYALURAN AIR MINUM
Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010 Materi dapat akan diupdate dan dapat diunduh di: http://envirodiary.com/id/modul-ajar/sistem-penyaluran-air -minum
DAFTAR ISI daftar isi ............................................................................................................................................................. 1 BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................................................................ 3 1.1 Latar Belakang.......................................................................................................................................... 3 1.2 Maksud dan Tujuan.................................................................................................................................. 3 BAB II TEORI dan konsep.................................................................................................................................... 4 2.1 Sistem Hidrolika dalam Distribusi ............................................................................................................ 4 2.1.1 Sistem Pengaliran.............................................................................................................................. 4 2.1.2 Sistem Distribusi Air .......................................................................................................................... 4 2.1.3 Sistem Jaringan Induk Distribusi ....................................................................................................... 5 2.1.4 Pelayanan Air .................................................................................................................................... 6 2.2 SISTEM PERPIPAAN DISTRIBUSI ............................................................................................................... 6 2.2.1 Pipa Primer atau Pipa Induk (Supply Main Pipe) .............................................................................. 6 2.2.2 Pipa Sekunder (Arterial Main Pipe)................................................................................................... 6 2.2.3 Pipa Tersier ....................................................................................................................................... 6 2.2.4 Pipa Service....................................................................................................................................... 6 2.3 STANDARD PENYEDIAAN AIR ................................................................................................................... 6 2.3.1 Umum ............................................................................................................................................... 6 2.3.2 Standard Penyediaan Air Domestik .................................................................................................. 7 2.3.3 Standard Penyediaan Air Non Domestik........................................................................................... 8 2.3.4 Standard Penyediaan Air Pemadam Kebakaran ............................................................................... 8 2.3.5 Fluktuasi Kebutuhan Air.................................................................................................................... 8 2.3.6 Kehilangan Air ................................................................................................................................... 9 2.3.7 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Rata-rata Harian ....................................................................... 9 2.3.8 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Harian Maksimum .................................................................. 10 2.3.9 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Jam Maksimum ...................................................................... 10 2. 3.10 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Total..................................................................................... 10 2.4 PROYEKSI PENDUDUK ............................................................................................................................ 10 2.4.1 Metoda Perbandingan .................................................................................................................... 10 2.4.2 Metoda Ekstrapolasi Grafik............................................................................................................. 11 2.4.3 Metoda Aritmatika.......................................................................................................................... 11 2.4.4 Metoda Geometri ........................................................................................................................... 11 2.4.5 Metoda Least Square ...................................................................................................................... 11 2.5. JENIS PIPA DAN PERLENGKAPANNYA................................................................................................... 12 2.5.1 Jenis Pipa......................................................................................................................................... 12 2.5.2 Perlengkapan Pipa .......................................................................................................................... 12 2.5.3 Pemilihan Pipa ................................................................................................................................ 13 2.5.4 Profil Perpipaan .............................................................................................................................. 14 2.6 SISTEM PENANGANAN KEBOCORAN PADA SISTEM PERPIPAAN ........................................................... 14 2.6.1 Tes isolasi zona................................................................................................................................ 14 2.6.2 Step test .......................................................................................................................................... 14 2.7. DIMENSI PIPA........................................................................................................................................ 15 2.8. KECEPATAN ALIRAN .............................................................................................................................. 15 2.9 SISA TEKANAN........................................................................................................................................ 16 2.10 KEHILANGAN TEKANAN ....................................................................................................................... 16 2.11 RESERVOIR ........................................................................................................................................... 17 2.11.1 Elevated Reservoir ........................................................................................................................ 18 2.11.2 Ground Reservoir .......................................................................................................................... 18 2.11.3 Elevasi Reservoir ........................................................................................................................... 18 2.12 BAB IV KRITERIA PERENCANAAN ......................................................................................................... 18 2.12.1 Periode Perencanaan.................................................................................................................... 19 2.13 Kriteria Desain Sistem Distribusi Air Minum........................................................................................ 19 2.13.1 Pembagian Wilayah ...................................................................................................................... 19 1
2.13.2 Proyeksi Penduduk........................................................................................................................ 19 2.13.3 Kebutuhan Air ............................................................................................................................... 19
2
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan salah satu unsur lingkungan yang sangat dibutuhkan oleh manusia, hewan dan tumbuhan. Tanpa adanya air maka kita sulit mempertahankan kehidupan di muka bumi ini. Dewasa ini, kebutuhan akan air minum semakin meningkat. Kenyataan ini tidak dapat disangkal, mengingat pentingnya air minum bagi kehidupan manusia. Peningkatan kebutuhan air ini sejalan dengan meningkatnya jumlah penduduk dan taraf kehidupan masyarakat. Dengan adanya kebutuhan mutlak akan air ini menyebabkan, manusia selalu berusaha mendapatkannya dengan segala cara dan biaya yang murah. Selain itu, air baku untuk air minum juga harus memenuhi persyaratan seperti kualitas, kuantitas dan kontinuitas. Untuk mendapatkan sumber air yang memenuhi syarat atau setidaknya memenuhi syarat setelah diolah terlebih dahulu, seringkali berasal dari lokasi yang jauh dari pemukiman/konsumen. Permasalahan jauhnya sumber air bersih dari konsumen ini dapat diatasi dengan pembuatan jaringan atau sistem perpipaan yang menghubungkan sumber air dengan konsumen.
1.2 Maksud dan Tujuan Pengadaan air minum bertujuan mengusahakan air yang cukup banyak dan sehat (memenuhi syarat kualitas air minum) juga dapat memperolehnya dengan mudah dan biaya yang dapat dijangkau oleh konsumen. Selain itu, dengan adanya tugas ini secara tidak langsung mahasiswa dapat lebih memahami mata kuliah Sistem Distribusi Air Minum sehingga diharapkan dapat terjun ke masyarakat di kemudian hari.
3
BAB II TEORI DAN KONSEP 2.1 Sistem Hidrolika dalam Distribusi 2.1.1 Sistem Pengaliran Untuk mendistribusikan air minum dapat dipilih salah satu sistem diantara tiga sistem pengaliran, yaitu : a. Sistem pengaliran gravitasi Sistem ini digunakan bila elevasi sumber air baku atau pengolahan jauh berada diatas elevasi daerah pelayanan dan sistem ini dapat memberikan energi potensial yang cukup tinggi hingga pada daerah pelayanan terjauh. Sistem ini merupakan yang paling menguntungkan karena pengoperasian dan pemeliharaannya mudah dilakukan. b. Sistem pemompaan Sistem ini digunakan bila beda elevasi antara sumber air atau instalasi dengan daerah pelayanan tidak dapat memberikan tekanan air yang cukup, sehingga air yang akan didistribusikan dipompa langsung ke jaringan distribusi. Kelemahan sistem ini yaitu dalam hal biaya yang besar karena dibutuhkan pompa untuk pengalirannya. c. Sistem kombinasi Sistem ini merupakan sistem pengaliran dimana air baku dari sumber air atau instalasi pengolahan dialirkan ke jaringan pipa distribusi dengan menggunakan pompa atau reservoir distribusi, baik dioperasikan secara bergantian ataupun bersama-sama dan disesuaikan dengan keadaan topografi daerah pelayanan.
2.1.2 Sistem Distribusi Air Air yang disuplai melalui pipa induk akan didistribusikan melalui dua alternatif sistem yakni : a. Continuous System (Sistem Berkelanjutan) Dalam sistem ini, air minum yang ada akan disuplay dan didistribusikan kepada konsumen secara terusmenerus selama 24 jam. Sistem ini biasanya diterapkan bila pada setiap waktu kuantitas air baku dapat mensuplay seluruh kebutuhan konsumen di daerah tersebut. Keuntungan : Konsumen akan mendapatkan air setiap saat Air minum yang diambil dari titik pengambilan di dalam jaringan pipa distribusi selalu didapat dalam keadaan segar Kerugian : Pemakaian air cenderung lebih boros Jika ada sedikit kebocoran maka jumlah air yang terbuang besar b. Intermitten System Dalam sistem ini, air minum yang ada akan disuplay dan didistribusikan kepada konsumen hanya selama beberapa jam dalam satu hari. Biasanya berkisar antara 2 hingga 4 jam untuk sore hari. Sistem ini biasanya diterapkan bila kuantitas dan tekanan air yang cukup tidak tersedia. Keuntungan : Pemakaian air cenderung lebih hemat Jika ada kebocoran maka jumlah air yang terbuang relatif kecil Kerugian : 4
Bila terjadi kebakaran pada saat tidak beroperasi maka air untuk pemadam kebakaran tidak dapat disediakan. Setiap rumah perlu menyediakan tempat penyimpanan air yang cukup agar kebutuhan air sehari-hari dapat terpenuhi Dimensi pipa yang digunakan akan lebih besar karena kebutuhan air yang disuplay dan didistribusikan dalam sehari hanya ditempuh dalam jangka waktu yang pendek
Dari kedua sistem hidrolika distribusi diatas dapat diketahui bahwa sistem berkelanjutan (Continous System) merupakan sistem distribusi air yang baik dan ideal.
2.1.3 Sistem Jaringan Induk Distribusi Sistem jaringan induk distribusi yang digunakan dalam pendistribusian ada 2 macam, yaitu : a. Sistem Cabang atau Branch Pada sistem ini, air hanya mengalir dari satu arah dan pada setiap ujung pipa akhir daerah pelayanan terdapat titik akhir (dead end). Sistem ini biasanya digunakan pada daerah dengan sifat-sifat sebagai berikut:
Perkembangan kota ke arah memanjang Sarana jaringan jalan tidak saling berhubungan Keadaan topografi dengan kemiringan medan yang menuju satu arah
Keuntungan : Jaringan distribusi relatif lebih searah Pemasangan pipa lebih mudah Penggunaan pipa lebih sedikit karena pipa distribusi hanya dipasang pada daerah yang paling padat penduduknya Kerugian : Kemungkinan terjadinya penimbunan kotoran dan pengendapan di ujung pipa tidak dapat dihindari sehingga setidaknya perlu dilakukan pembersihan Bila terjadi kerusakan dan kebakaran pada salah satu bagian sistem maka suplay air akan terganggu Kemungkinan tekanan air yang diperlukan tidak cukup jika ada sambungan baru Keseimbangan sistem pengaliran kurang terjamin, terutama jika terjadi tekanan kritis pada bagian pipa yang terjauh b.
Sistem Melingkar atau Loop
Pada sistem ini, jaringan pipa induk distribusi saling berhubungan satu dengan yang lain membentuk lingkaran-lingkaran, sehingga pada pipa induk tidak ada titik mati (dead end) dan air akan mengalir ke suatu titik yang dapat melalui beberapa arah. Sistem ini biasa diterapkan pada :
Daerah dengan jaringan jalan yang saling berhubungan Daerah yang perkembangan kotanya cenderung ke segala arah Keadaan topografi yang relatif datar
Keuntungan : Kemungkinan terjadinya penimbunan kotoran dan pengendapan lumpur dapat dihindari (air dapat disirkulasi dengan bebas) Bila terjadi kerusakan, perbaikan, atau pengambilan untuk pemadam kebakaran pada bagian sistem tertentu, maka suplay air pada bagian lain tidak terganggu Kerugian : Sistem perpipaan yang rumit Perlengkapan pipa yang digunakan sangat banyak 5
2.1.4 Pelayanan Air Jenis pelayanan air memberi pengaruh terhadap konsumsi air. Dikenal 2 kategori fasilitas penyediaan air minum, yaitu : 1.
2.
Fasilitas perpipaan, meliputi : Sambungan langsung Pipa dan kran disediakan hingga ke bagian dalam rumah/bangunan Sambungan umum Berupa kran umum atau bak air yang dipakai bersama-sama oleh sekelompok rumah/bangunan Fasilitas non perpipaan, meliputi : Sumur umum, mobil air atau mata air
Jenis pelayanan ini dipakai untuk konsumen domestik, yang perlu diperhitungkan adalah pelayanan melalui fasilitas perpipaan.
2.2 SISTEM PERPIPAAN DISTRIBUSI Pada umumnya, macam-macam pipa yang ada dan digunakan dalam perencanaan sistem distribusi air minum adalah sebagai berikut :
2.2.1 Pipa Primer atau Pipa Induk (Supply Main Pipe) Pipa ini merupakan pipa yang berfungsi membawa air minum dari instalasi pengolahan atau reservoir distribusi ke suatu daerah pelayanan. Pipa primer ini memiliki diameter yang relatif besar.
2.2.2 Pipa Sekunder (Arterial Main Pipe) Pipa sekunder merupakan pipa yang disambungkan langsung pada pipa primer dan mempunyai diameter yang sama atau lebih kecil dari pipa primer.
2.2.3 Pipa Tersier Pipa ini berfungsi untuk melayani pipa service karena pemasangan langsung pipa servis pada pipa primer sangat tidak menguntungkan, mengingat dapat terganggunya pengaliran air dalam pipa dan lalu lintas di daerah pemasangan. Pipa tersier dapat disambungkan langsung pada pipa sekunder atau primer.
2.2.4 Pipa Service Pipa servis merupakan pipa yang dihubungkan langsung pada pipa sekunder atau tersier, yang kemudian dihubungkan pada sambungan rumah (konsumen). Pipa ini memiliki diameter yang relatif kecil.
2.3 STANDARD PENYEDIAAN AIR 2.3.1 Umum Kebutuhan air merupakan jumlah air yang diperlukan bagi kebutuhan dasar/suatu unit bagi konsumsi air, dimana kehilangan air dan kebutuhan air untuk pemadam kebakaran juga ikut dipertimbangkan. Kebutuhan dasar dan kehilangan air tersebut berfluktuasi dari waktu ke waktu, dengan skala jam, hari, minggu, bulan selama kurun waktu satu tahun. Khusus untuk pemadam kebakaran, kebutuhan airnya tidak berfluktuasi disebabkan penggunaannya insidental dan dalam kondisi tak terduga. Besarnya air yang digunakan untuk berbagai jenis penggunaan tersebut dikenal dengan pemakaian air. Besarnya konsumsi air yang digunakan dipengaruhi oleh faktor seperti : Ketersediaan air baik dari segi kualitas, kuantitas dan kontinuitas 6
Kebiasaan penduduk setempat Pola dan tingkat kehidupan Harga air Teknis ketersediaan air seperti fasilitas distribusi, fasilitas pembuangan limbah yang dapat mempengaruhi kualitas air bersih dan kemudahan dalam mendapatkannya Keadaan sosial ekonomi penduduk setempat
2.3.2 Standard Penyediaan Air Domestik Standard Penyediaan Air Domestik ditentukan oleh jumlah konsumen domestik yang dapat diketahui dari data penduduk yang ada. Standard Penyediaan Kebutuhan air domestik ini meliputi minum, mandi, masak dan lain-lain. Kecenderungan meningkatnya kebutuhan dasar air ditentukan oleh kebiasaan pola hidup masyarakat setempat dan didukung oleh kondisi sosial ekonomi. Jadi, kebutuhan air domestik adalah kebutuhan air yang digunakan untuk keperluan rumah tangga seperti : minum dan memasak cuci pakaian dan perabotan mandi dan kebersihan diri menyiram tanaman dan halaman mencuci mobil dan kendaraan lain Faktor-faktor yang mempengaruhi perkiraan besar kebutuhan air yang digunakan untuk keperluan domestik adalah : ketersediaan air kebiasaan hidup perkembangan sosial ekonomi pola dan tingkat hidup masyarakat perbedaan iklim jumlah penduduk Jenis pelayanan air memberikan pengaruh terhadap konsumsi air. Ada 2 kategori fasilitas penyediaan air minum yaitu : a.
Fasilitas perpipaan, meliputi : Sambungan rumah dimana kran disediakan di dalam bangunan Sambungan halaman dimana kran hanya disediakan hingga halaman rumah saja Sambungan umum yakni berupa kran umum atau bak air yang digunakan bersama oleh sekelompok rumah/bangunan
b. Fasilitas non perpipaan, meliputi sumur umum, mobil air dan mata air Jumlah penduduk suatu kota sangat mempengaruhi kebutuhan air perorangan. Hal tersebut dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 1 Konsumsi Air Bersih
Kategori Kota
Jumlah Penduduk
Sambungan Rumah
Sambungan Umum
(L/orang/hari)
(L/orang/hari)
Metropolitan
> 1000.000
190
30
20 %
Kota Besar
500.000-1.000.000
170
30
20 %
Kota Sedang
100.000-500.000
150
30
20 %
Kota Kecil
20.000-100.000
130
30
20 %
IKK
< 20.000
100
30
20 %
Kehilangan air
Sumber : Kebijaksanaan operasional program air bersih, Direktorat Jenderal Cipta Karya, DPU.
7
2.3.3 Standard Penyediaan Air Non Domestik Standard Penyediaan air non domestik ditentukan oleh banyaknya konsumen non domestik yang meliputi fasilitas seperti perkantoran, kesehatan, industri, komersial, umum dan lainnya. Konsumsi non domestik terbagi menjadi beberapa kategori yaitu : a. b. c.
Umum, meliputi : tempat ibadah, rumah sakit, sekolah, terminal, kantor dan lain sebagainya Komersil, meliputi : hotel, pasar, pertokoan, rumah makan dan sebagainya Industri, meliputi : peternakan, industri dan sebagainya
Kategori konsumsi non domestik diatas tidak meningkat karena pembagian tersebut berdasarkan atas pertimbangan operasional lain.
Untuk memprediksi perkembangan kebutuhan air non domestik perlu diketahui rencana pengembagan kota serta aktifitasnya. Apabila tidak diketahui, maka prediksi dapat didasarkan pada satuan ekivalen penduduk, dimana konsumen non domestik dapat dihitung mengikuti perkembangan Standard Penyediaan air domestik. Secara lengkap dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2 Kebutuhan Konsumsi Air Konsumen Non Domestik
KATEGORI
KEBUTUHAN AIR Masjid
25-40 L/orang/hari
Gereja
5-15 L/orang/hari
Terminal
15-20 L/orang/hari
Sekolah
15-30 L/orang/hari
Rumah Sakit
220-300 L/tempat tidur/hari
Kantor
25-40 L/orang/hari
Peternakan
10-35 L/ekor/hari
Industri Umum
40-400 L/orang/hari
Bioskop
10-15 L/kursi/hari
Hotel
80-120 L/orang/hari
Rumah Makan
65-90 L/meja/hari
Pasar/Toko
5 L/m /hari
Umum
Industri
Komersil
2
Sumber : Ir. Sarwoko, “Penyediaan Air Bersih”
2.3.4 Standard Penyediaan Air Pemadam Kebakaran Standard Penyediaan air untuk pemadam kebakaran bervariasi tergantung pada area pelayanan, konstruksi bangunan dan jenis pemakaian gedung serta diutamakan untuk area yang rawan kebakaran. Besarnya kebutuhan air untuk pemadam kebakaran ini tidak berfluktuasi, dikarenakan terjadinya kebakaran sulit diduga dan tidak dapat ditentukan. Di Indonesia, belum ada standardisasi untuk kebakaran sehingga penerapannya bersifat subyektif, biasanya sekitar 10 % s.d 25 % dari kebutuhan air harian maksimum.
2.3.5 Fluktuasi Kebutuhan Air Pada umumnya, masyarakat Indonesia melakukan aktifitas penggunaan air pada pagi dan sore hari dengan konsumsi air yang lebih banyak daripada waktu-waktu lainnya. Dari keseluruhan aktifitas dan konsumsi
8
sehari tersebut dapat diketahui pemakaian rata-rata air. Dengan memasukkan besarnya faktor kehilangan air ke dalam kebutuhan dasar maka selanjutnya dapat disebut sebagai fluktuasi kebutuhan air. Dan di dalam distribusi air minum, tolak ukur yang digunakan dalam perencanaan maupun evaluasinya adalah kebutuhan air hari maksimum dan kebutuhan air jam maksimum dengan mengacu pada kebutuhan air rata-rata.
2.3.6 Kehilangan Air Kehilangan air adalah selisih antara banyaknya air yang disediakan dengan air yang dikonsumsi. Pada kenyataannya, kehilangan air dalam suatu perencanaan sistem distribusi selalu ada. Kehilangan air tersebut dapat bersifat teknis maupun non teknis. Contoh kehilangan air bersifat teknis adalah kebocoran pada pipa. Sedangkan contoh kehilangan air bersifat non teknis adalah pencurian air yang dilakukan pihak yang tidak bertanggungjawab. Dalam merencanakan distribusi air minum harus memperhitungkan kebocoran dengan maksud agar titik pelayanan tetap dapat terpenuh kebutuhannya akan air. Kehilangan air memiliki pengertian 3 macam yakni : a. Kehilangan air rencana Kehilangan air ini dialokasikan untuk melancarkan operasi dan pemeliharaan fasilitas penyediaan air bersih. Kehilangan air ini akan diperhitungkan dalam penetapan harga air dimana biaya akan dibebankan pada konsumen. b. Kehilangan air percuma Kehilangan air percuma menyangkut aspek penggunaan fasilitas penyediaan air bersih serta pengelolaannya. Hal ini sangat tidak diharapkan dan harus diusahakan untuk ditekan dengan cara penggunaan dan pengelolaan fasilitas air bersih secara baik dan benar. Kehilangan air percuma ini dibagi menjadi 3 macam yaitu : Leakage (bocor), berarti kehilangan air percuma pada komponen fasilitas yang tidak dikendalikan dengan baik oleh pengelola Wastage (terbuang), berarti kehilangan air percuma pada proses pemakaian fasilitas oleh konsumen c. Kehilangan air insidentil Adalah kehilangan air diluar kekuasaan manusia misalnya bencana alam. Dalam perhitungan perencanaan penyediaan air bersih digunakan istilah kehilangan air rencana, dengan anggapan bahwa kehilangan air percuma dan insidentil telah termasuk di dalamnya. Besarnya kehilangan air ini direncanakan sebanyak 15 % s.d 25 % dari kebutuhan total air domestik dan non domestik.
2.3.7 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Rata-rata Harian Yaitu banyaknya air yang dibutuhkan selama satu tahun dibagi dengan banyaknya hari dalam satu tahun (365 hari). Rumus yang digunakan sebagai berikut :
Qrh =
∑Q
n
365
…persamaan 1.1
dimana : Qrh = kebutuhan air rata-rata harian (L/hari) Qn = kebutuhan air selama satu tahun (L/tahun) Besarnya kebutuhan air rata-rata harian ini digunakan untuk perencanaan pada pembangunan instalasi pengolahan air minum. Kebutuhan air rata-rata ini mencakup kebutuhan air domestik dan kebocoran. Total kebutuhan air non domestik direncanakan sebesar 20 % dari kebutuhan domestik. Kebocoran diperkirakan sebesar 20 % dari total kebutuhan domestik dan non domestik. Sehingga : 9
Qrh = Q total + Q kebocoran
…persamaan 1.2
2.3.8 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Harian Maksimum Yaitu banyaknya air yang dibutuhkan terbesar pada hari tertentu selama satu tahun. Rumus yang digunakan: Qhm = fhm x Qrh …persamaan 1.3 Dimana : fhm > 1 atau 115% < fhm < 120 % fhm = faktor harian maksimum Qhm = kebutuhan air harian maksimum (L/hari) Qrh = kebutuhan air rata-rata harian (L/hari)
2.3.9 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Jam Maksimum Yaitu banyaknya air yang dibutuhkan terbesar pada jam tertentu pada kondisi kebutuhan hari meksimum. Rumus yang digunakan : Qjm = fjm x Qhm
…persamaan 1.4
Dimana : Qjm = kebutuhan air jam maksimum (L/jam) fjm = faktor jam maksimum ( 1,5 – 2) Qhm = kebutuhan air harian maksimum (L/hari) Besarnya kebutuhan air jam maksimum ini digunakan untuk menentukan dimensi pipa induk distribusi.
2. 3.10 Rumus Perhitungan Kebutuhan Air Total Diperoleh dari : Q total = Qjm + Qpmk
…persamaan 1.5
2.4 PROYEKSI PENDUDUK Dalam perencanaan suatu sistem distribusi air minum, diperlukan beberapa kriteria sebagai dasar perencanaan. Tujuan dari pengajuan beberapa kriteria perencanaan adalah untuk mendapatkan suatu hasil perencanaan yang tepat dan terkondisi untuk suatu wilayah perencanaan. Kebutuhan air bersih semakin lama semakin meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk di masa yang akan datang. Untuk itu diperlukan proyeksi penduduk untuk tahun perencanaan. Walaupun proyeksi bersifat ramalan, dimana kebenarannya bersifat subyektif, namun bukan berarti tanpa pertimbangan dan metoda. Ada beberapa metoda proyeksi penduduk yang dapat digunakan untuk perencanaan.
2.4.1 Metoda Perbandingan Cara yang ditempuh adalah dengan membandingkan daerah tinjauan dengan daerah lain yang dianggap mempunyai perkembangan yang sama. Dalam memilih daerah pola, diperlukan pertimbangan sebagai berikut :
Daerah pola mempunyai arti pertumbuhan dan perkembangan faktor sosial, ekonomi, politik dan kebijaksanaan pembangunan yang dapat dibandingkan dengan daerah tujuan. Keadaan tersebut harus tetap terjamin di masa mendatang sesuai dengan perencanaan yang diambil. 10
Metoda ini digunakan jika data penduduk yang dimiliki kurang lengkap sehingga kelemahannya terletak pada hasil proyeksi yang kurang mendekati keadaan yang sebenarnya dan sifatnya sementara.
2.4.2 Metoda Ekstrapolasi Grafik Metoda ini bertujuan untuk menentukan kecenderungan perkembangan penduduk, bukan ketepatan perkiraan jumlah penduduk. Cara perhitungannya :
Data penduduk pada masa lampau diplot pada kertas grafik yang telah disiapkan. Ditarik garis dari titik yang telah dibuat. Garis diperpanjang untuk memperkirakan jumlah penduduk pada masa yang aakan datang.
Pada metoda ini, hasil perkiraan penduduk akan berbeda satu dengan yang lain karena tergantung pada jenis interval waktu yang digunakan. Banyak kelemahan yang dimiliki metoda ini, salah satunya yaitu ketidakakuratan hasil yang diperoleh sehingga metoda ini jarang digunakan.
2.4.3 Metoda Aritmatika Metoda ini sesuai untuk daerah dengan perkembangan penduduk yang selalu meningkat/bertambah secara konstan. Rumus untuk perhitungannya : Pn = Po + a . n
…persamaan 2.1
Dimana : Pn = jumlah penduduk pada tahun proyeksi (jiwa) Po = jumlah penduduk pada awal tahun dasar (jiwa) a = rata-rata pertambahan penduduk (jiwa/tahun) n = kurun waktu proyeksi (tahun)
2.4.4 Metoda Geometri Proyeksi dengan metoda ini dianggap bahwa perkembangan penduduk secara otomaris berganda dengan pertambahan penduduk. Metoda ini tidak memperhatikan adanya suatu saat terjadi perkembangan menurun dan kemudian mantap, disebabkan kepadatan penduduk mendekati maksimum. Rumus untuk perhitungannya : Pn = Po ( 1 + r ) n
…persamaan 2.2
Dimana : Pn = jumlah penduduk pada tahun proyeksi (jiwa) Po = jumlah penduduk pada awal tahun dasar (jiwa) r = rata-rata pertambahan penduduk (%) n = selisih antara tahun proyeksi dengan tahun dasar ( tahun)
2.4.5 Metoda Least Square Metoda ini juga dapat digunakan untuk daerah dengan perkembangan penduduk yang mempunyai kecenderungan garis linear meskipun perkembangan penduduk tidak selalu bertambah. Rumus perhitungannya : Pn = a + b . x
…persamaan 2.3 11
Dimana : Pn = jumlah penduduk pada tahun proyeksi (jiwa) Po = jumlah penduduk pada awal tahun dasar (jiwa) X = kurun waktu proyeksi (tahun)
∑ P.∑ x − ∑ x.∑ P.x N .∑ x − (∑ x ) 2
a=
2
2
2
N .∑ P.x − ∑ x.∑ P N .∑ X 2 − (∑ x )
2
b=
2.5. JENIS PIPA DAN PERLENGKAPANNYA 2.5.1 Jenis Pipa Beberapa jenis pipa yang umum digunakan dalam perencanaan sistem distribusi air minum antara lain : Cost Iron (CI), Ductile Iron (DI), Asbestos Cement (AC) dan Polyvinil Chlorida (PVC). Hal-hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan adanya masalah perpipaan adalah :
Pemilihan Bahan Pipa Bahan pipa yang akan dipakai dan dipasang harus memperhatikan faktor-faktor seperti harga pipa, tekanan air maksimum, korosifitas terhadap ait dan tanah serta kondisi lapangan (beban lalu lintas, letak saluran air buangan dan kepadatan penduduk)
Kedalaman dan peletakan pipa disesuaikan dengan brosur pipa
2.5.2 Perlengkapan Pipa Macam-macam perlengkapan pipa yang mendukung sistem distribusi air minum antara lain : a.
Gate valve Berfungsi untuk mengontrol aliran dalam pipa assesoris ini dapat menutup suplay air jika diinginkan dan membagi aliran ke bagian lain.
b.
Air release valve Berfungsi untuk melepaskan udara yang ada di dalam aliran air. Dipasang pada setiap jalur pipa tinggi dan mempunyai tekanan lebih dari 1 atm.
c.
Blow off valve Adalah gate valve yang dipasang pada setiap dead end atau titik terendah dari setiap jalur pipa
d.
Check valve Valve ini dipasang bila pengaliran di dalam pipa diinginkan satu arah. Alat ini dipasang pada pipa tekan antara pompa dan gate valve. Tujuannya, bila pompa mati maka pukulan akibat aliran balik tidak merusak pompa.
e.
Fire hydrant Berfungsi untuk memberikan air bila terjadi kebakaran. Alat ini dipasang pada area yang frekuensi kebakarannya cenderung tinggi dan tergantung pada : Kepadatan penduduk dan aktivitasnya Luas daerah pelayanan Setiap persimpangan jalan yang cukup padat sehingga memudahkan tugas pemadam kebakaran
f.
Manhole/valve chamber
12
Sebagai tempat pemeriksaan atau perbaikan bila terjadi gangguan pada valve. Penempatannya pada tempat assesoris yang penting dan pada jalur pipa setiap jarak 300-600 meter, terutama pada pipa berdiameter besar. Ukuran manhole ini biasanya ± 60 cm x 60 cm. g.
Bangunan perlintasan pipa Diperlukan bila pipa harus memotong sungai, rel kereta api dan jalan agar keamanan pipa dapat terjamin.
h.
Thrust block Diperlukan pada pipa yang mengalami beban hidrolik yang tidak seimbang, misalnya pada pergantian diameter pipa, akhir pipa dan belokan. Gaya ini harus ditahan oleh thrust block untuk menjaga agar fitting tidak bergerak. Umumnya lebih praktis memasang thrust block ini setelah saluran ditimbun tanah dan dipadatkan, sehingga menjamin mampu menahan getaran/gaya hidrolik atau bebam lain. Thrust block hendaknya dipasang pada sisi parit, maka dari itu perlu untuk meratakan sisi parit atau menggali sebuah lobang masuk ke dalam dinding parit untuk menahan gaya geser.
i.
Meter tekanan Dipasang pada pompa agar dapat diketahui besarnya tekanan kerja pompa. Kontrol perlu dilakukan untuk menjaga keamanan distribusi dari tekanan kerja pompa dan menjaga kontinuitas aliran.
j.
Meter air Berfungsi untuk mengetahui besarnya jumlah pemakaian air dan juga sebagai alat pendeteksi kebocoran. Meter air terpasang pada setiap sambungan yang dipasang secara kontinu.
k.
Sambungan pipa dan perlengkapannya Sambungan pipa dan perlengkapannya yang sering digunakan meliputi : i.
Bell dan spigot Spigot dari suatu pipa dimasukkan ke dalam bell (socket) pipa lainnya. Untuk menghindari kebocoran, menahan pipa serta memungkinkan defleksi (sudut sambungan berubah) maka dilengkapi dengan gasket.
ii.
Flange joint Biasanya dipakai untuk pipa bertekanan tinggi dan untuk sambungan yang letaknya dekat dengan instalasi pompa. Sebelum kedua flange disatukan dengan mur dan baut, maka diantara flange disisipkan packing untuk mencegah kebocoran.
iii.
Ball joint Digunakan untuk sambungan dua pipa dalam air.
iv.
Reducer-increaser Increaser untuk menyambung pipa dari diameter kecil ke diameter besar sedangkan reducer untuk menyambung dua pipa dari diameter besar ke diameter kecil.
v.
Bend Merupakan assesoris untuk belokan pipa. Sudut belokan pipa yang umumnya digunakan 900, 0 0 0 45 ,22.5 , dan 11.25 .
vi.
Tee Untuk menyambung pipa pada percabangan.
vii.
Tapping band Dipasang pada tempat yang perlu disadap dan untuk dialirkan ke tempat lain. Dalam hal ini, pipa distribusi di bor dan tapping band dipasang dengan baut disekeliling pipa dengan memeriksa agar cincin melingkar penuh pada keliling lubang dan tidak menutupi lubang tapping. Apabila dimensi penyadapan terlalu besar, maka pipa distribusi dapat dipotong selanjutnya dipasang tee atau perlengkapan lain yang sesuai.
2.5.3 Pemilihan Pipa Beberapa dari faktor-faktor penting yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan pipa adalah : Kekuatan pipa terhadap cairan yang akan ditransportasikan 13
Daya tahan terhadap korosi dan erosi Pengeluaran yang diperlukan untuk pipa dan penanganannya Kondisi pipa, ketersediaan, bahan baku dan biaya pemeliharaan
2.5.4 Profil Perpipaan
Elevasi
Panjang pipa Gambar 1 Profil pipa
2.6 SISTEM PENANGANAN KEBOCORAN PADA SISTEM PERPIPAAN Pada suatu sistem perpipaan tidak jarang terjadi kebocoran. Maka dari itu, dilakukan pengetesan untuk mengetahui lokasi titik kebocoran itu. Tes yang biasa dilakukan adalah :
2.6.1 Tes isolasi zona Dalam suatu sistem perpipaan suatu daerah, terbagi atas sejumlah zona perpipaan yang disebut waste zone. Untuk mendeteksi kebocoran pada sistem perpipan dengan menggunakan metode ini, dilakukan di setiap wates zone yang ada. Tes ini dimaksudkan untuk memastikan bahwa aliran yang masuk suatu waste zone hanya aliran yang melewati meter air pada titik tapping (satu titik tapping) untuk waste zone tersebut. Prosedur untuk melakukan tes ini yaitu :
Tutup katup pada titik tapping yang menuju ke waste zone Cek aliran pada pelanggan Bila tidak ada aliran berarti zone tersebut telah terisolasi Jika masih ada aliran berarti zone tersebut belum terisolasi, maka yang dilakukan berikutnya : ð Perlu dilakukan pemerikasaan karena kemungkinan ada pipa dari waste zone yang lain yang berhubungan dengan zone yang dites ð Bila ada, katup pipa tersebut ditutup ð Kemungkinan ada kebocoran pada pipa servis ð Ulangi tes isolasi sampai zone benar-benar terisolasi atau ditemukan titik kebocoran
2.6.2 Step test Step test ini dilakukan untuk menentukan lokasi kebocoran yang besar dari suatu step area dimana step area ini adalah bagian dari suatu waste zone. Jadi, bila kebocoran bukan karena penambahan dari waste zone yang lain maka perlu dilakukan step test. Waktu pelaksanaannya adalah pada waktu terjadinya AMM (Aliran Malam Minimum). Bila pada malam hari dimana pada umumnya tidak ada pemakaian air oleh pelanggan, tetapi dalam pendataan melalui pemeriksaan meter air pada suatu waste zone ternyata menunjukkan bahwa terdapat AMM berarti kemungkinan terjadi kebocoran pada salah satu step area. 14
Prosedur step test ini antara lain : Tutup katup pada step test area I secara bersamaan. Catat penurunan debit pada meter air zona atau pada meter air zona atau pada data logger yang dipasang. Selang beberapa menit kemudian, tutup katup step area ii secara bersamaan. Catat penurunan debit. Selang menit yang sama, kemudian tutup katup step area III secara bersamaan. Kemudian dengan selang menit yang sama, semua katup dibuka sesuai dengan urutan prosedur a, b dan c. Plot pada grafik seperti dibawah ini sehingga dapat diketahui lokasi pipa yang bocor yaitu pada step area dengan garis penurunan yang besarnya lebih besar dari AMM. Lalu lokasi titik kebocoran pada step zona tersebut dapat dideteksi dengan menggunakan alat pendeteksi yaitu listening stick, micro cord dan leakage detector Q(m/s)
s.a I
s.a II 2400
s.a III
(waktu)
Gambar 2 Data step test
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa lokasi titik kebocoran ada pada step area II. Maka pendeteksian dengan alat dilakukan pada step area II.
2.7. DIMENSI PIPA Analisa jaringan pipa induk dapat dilakuka dengan 2 metode yakni : Metode Hardy Cross dengan cara manual Perhitungan dengan menggunakan komputer (EPANet, WaterCAD, program LOOP)
2.8. KECEPATAN ALIRAN Nilai kecepatan aliran dalam pipa yang diizinkan adalah 0.3 – 2.5 m/detik pada debit jam puncak. Kecepatan yang terlalu kecil menyebabkan endapan yang ada dalam pipa tidak bisa terdorong. Selain itu, pemborosan biaya karena diameter pipa yang besar. Sedangkan pada kecepatan terlalu besar mengakibatkan pipa mudah aus dan mempunyai headloss yang tinggi, sehingga biaya pembuantan elevated reservoir naik. Untuk menentukan kecepatan aliran dalam pipa digunakan rumus :
Q = A.v
Q = 1 / 4π .D 2 .v v=
4.Q π .D 2
…persamaan 4.1
dimana : Q = debit aliran (m3/detik) V = kecepatan aliran (m/detik) D = diameter pipa (m)
15
2.9 SISA TEKANAN Nilai sisa tekanan minimum pada setiap titik dalam jaringan pipa induk yang direncanakan adalah sebesar 10 meter kolom air. Hal ini dimaksudkan agar air dapat sampai di tangan konsumen dengan tekanan yang cukup deras/kuat. Dengan persamaan Bernoulli yang mengasumsikan bahwa aliran air berada dalam kondisi steady state, maka sisa tekanan minimum sebesar 10 meter kolom air dapat diusahakan. 2
Z1 +
2
P1 V1 P V + = Z 2 + 2 + 2 + hf ρ . g 2. g ρ .g 2 g
( p 2 − p1) (V1 + V2 ) Z1 − Z 2 = + + hf ρ .g 2. g 2
2
V + V2 Z1 − Z 2 = 1 + hf 2. g 2
2
…persamaan 4.2
kondisi steady state jika
P1 P = 2 ρ .g ρ . g dimana : Z1 = elevasi pipa 1 dari datum Z2 = elevasi pipa 2 dari datum P1 = tekanan di titik 1 P2 = tekanan di titik 2 V1 = kecepatan aliran di titik 1 V2 = kecepatan aliran di titik 2 g = gaya gravitasi ρ = massa jenis air hf = headloss
2.10 KEHILANGAN TEKANAN Kehilangan tekanan maksimum 10 m per cm panjang pipa. Kehilangan tekanan (hf) dalam pipa terjadi akibat friksi antar fluida dengan fluida dan antara fluida dengan permukaan bagian dalam pipa yang dilalui fluida. Jenis dari kehilangan tekanan sebagai berikut : a. Mayor Losses Yaitu kehilangan tekanan sepanjang pipa lurus. Dengan rumus sebagai berikut :
Hf =
Q 1,85 xL (0,00155 xD 2,65 xC )1,85
…persamaan 5.1
dimana : Hf = mayor losses sepanjang pipa lurus (m) L = panjang pipa (m) Q = debit fluida (L/dtk) C = konstanta Hazen Williams D = diameter (cm) Perhitungan koreksi debit (∆Q)dengan rumus :
16
∆Q =
− ∑ Hf
1,85 x∑ (Hf / Q )
…persamaan 5.2 b. Minor Losses Yaitu kehilangan tekanan yang terjadi pada tempat-tempat yang memungkinkan adanya perubahan karakteristik aliran, misalnya belokan, valve dan lain-lain. Rumus perhitungan :
Hf m = k .
v2 2.g
…persamaan 5.3
dimana : k = konstanta kontraksi untuk setiap jenis pipa berdasarkan diameternya v = kecepatan aliran (m/dtk) g = percepatan gravitasi (m/dtk2) Untuk mengetahui tekanan dan kecepatan aliran yang ada dalam pipa, selain memerlukan data besarnya debit, panjang pipa maka diperlukan juga penentuan elevasi tanah pada titik tertentu (node). Cara mengetahui elevasi node ada 2 macam yaitu dengan interpolasi kontur dan dengan pengukuran langsung di lapangan dengan altimeter dan theodolit. Akan lebih akurat jika diambil dari lapangan daripada dengan interpolasi kontur yang ada. Cara interpolasi kontur yaitu :
dx1 =
ET − Tr1 xdp1 Tt 1 −Tr1
dx 2 =
ER − Tr2 xdp 2 Tt 2 − Tr 2
…persamaan 5.4
dimana : ET = tinggi elevasi muka tanah 1 (m) ER = tinggi elevasi muka tanah 2 (m) Dxn = jarak (pada peta) antara elevasi muka tanah (m) Trn = tinggi elevasi muka tanah yang rendah (m) Ttn = tinggi elevasi muka tanah yang tinggi (m) Dpn = jarak (pada peta) antara tinggi elevasi muka tanah yang rendah dengan tinggi elevasi muka tanah yang tinggi mengapit titik n (cm) Perhitungan slope medan :
S=
ET − ER P1 .2
…persamaan 5.5
dimana : P1.2 = jarak antara tinggi titik 1 dan 2 (cm) S = slope medan
2.11 RESERVOIR Dalam perencanaan reservoir ada 2 metode penentuan volume reservoir, yaitu cara analitis dan grafik. Dipilih cara analitis sebagai metode perencanaan karena cara ii lebih tepat perhitungannya dibanding cara grafis. Perhitungan kapasitas reservoir memerlukan data-data supply kebutuhan air bersih. Prosen pemakaian diperoleh dari data di daerah lain atau berdasarkan pemakaian air pada umumnya. Prosen suply diperoleh dari : 17
100 % jumlah jam pemakaian pompa
…persamaan 6.1
Prosen selisih debit : prosen supply – prosen pemakaian …persamaan 6.2 Prosen volume reservoir : prosen selisih debit kumulatif …persamaan 6.3 Prosen kapasitas reservoir : % volume terbesar - % volume terkecil ...persamaan 6.4 Volume reservoir : Prosen kapasitas reservoir x Qhm
…persamaan 6.5
2.11.1 Elevated Reservoir Direncanakan volume elevated reservoir adalah 1/3 dari volume total reservoir. Sedangkan sisanya ditampung dalam ground reservoir. Hal ini untuk menghindari dimensi elevated reservoir yang terlalu besar. Volume elevated reservoir = 1/3 x volume reservoir …persamaan 6.6
2.11.2 Ground Reservoir Volume Ground reservoir : 2/3 x volume reservoir
…persamaan 6.7
2.11.3 Elevasi Reservoir Ketinggian elevated reservoir yang dibutuhkan tergantung dari sisa tekan minimum yang diinginkan pada titik distribusi. Pada perencanaan ini, sisa tekan minimum yang diinginkan adalah 10 m kolom air. Ketinggian reservoir : grade line – elevasi muka tanah …persamaan 6.8 2.11.4. Pemompaan Transmisi Pemompaan diperlukan untuk menaikkan air dari ground reservoir ke elevated reservoir. Debit pemompaan : volume elevated reservoir …persamaan 7.1 pemompaan selama kebutuhan Hf mayor : Hf mayor suction + Hf mayor discharge Rumus Hf mayor suction :
Hf =
Q1,85 xL (0,00155 xD 2, 65 xC )1,85 s
…persamaan 7.2
…persamaan 7.3
Rumus Hf mayor discharge :
Hf =
Q 1,85 xL (0,00155 xD 2,65 xC )1,85 d
Hf minor : Hf minor suction + Hf minor discharge Rumus Hf minor suction :
Hf m = k .
…persamaan 7.4 …persamaan 7.5
v2 2.g
…persamaan 7.6 Rumus Hf minor discharge : (n . kbelokan + kvalve) x Vd2/2g …persamaan 7.7 H total : Hf mayor + Hf minor + H statis + 2V2/2g …persamaan 7.8
2.12 BAB IV KRITERIA PERENCANAAN Dasar-dasar yang digunakan sebagai patokan dalam perencanaan sistem distribusi air minum yaitu : a. Perkiraan pengembangan pada waktu sekarang dan prospeknya pada masa yang akan datang. b. Kondisi fisik kota, seperti topografi, peta jaringan jalan, dll.
18
c. d. e.
Kepadatan penduduk pada awal perencanaan dan proyeksi pertambahan penduduk kota dalam jangka waktu perencanaan. Aktivitas penduduk dan faktor lingkungan lainnya. Perencanaan harus seekonomis mungkin.
2.12.1 Periode Perencanaan Pengembangan sistem distribusi air minum ini direncanakan untuk memenuhi kebutuhan air minum penduduk selama 10 tahun yang dibagi dalam 3 tahap, yaitu sejak tahun 2003, tahun 2007 tahun 2012 dengan target 80 % penduduk dapat terlayani.
2.13 Kriteria Desain Sistem Distribusi Air Minum 2.13.1 Pembagian Wilayah Untuk mempermudah perhitungan kebutuhan air minum konsumen domestik maupun non domestik, maka diperlukan pembagian wilayah dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut :
Kepadatan penduduk Topografi Tata guna lahan Batas wilayah
2.13.2 Proyeksi Penduduk Seperti yang telah diuraikan pada bab sebelumnya, maka jumlah penduduk pada tahun perencanaan dihitung dengan menggunakan salah satu dari beberapa metoda proyeksi penduduk tersebut.
2.13.3 Kebutuhan Air Kebutuhan air adalah jumlah yang diperlukan bagi kebutuhan dasar, atau pada unit konsumsi air serta kebutuhan air untuk pemadam kebakaran dan kehilangan air. Besarnya air yang digunakan untuk berbagai jenis penggunaan air tersebut dikenal sebagai pemakaian air. Besarnya konsumsi air yang digunakan sesuai dengan : a. b. c. d. e. f.
Ketersediaan air, baik dari segi kualitas, kuantitas dan kontinuitas Kebiasaan penduduk setempat Pola dan tingkat kehidupan Harga air Faktor teknis ketersediaan air seperti fasilitas distribusi, fasilitas pembuangan limbah yang dapat mempengaruhi air bersih dan kemudahan dapam mendapatkannya Sosial ekonomi peduduk setempat
19
