2.11 Penggunaan Software ALEID X 2004
2.11.3 Model Jaringan ALEID
Komponen-komponen fisik
ALEID memodelkan sistem distibusi air sebagai kumpulan garis yang menghubungkan node-node. Garis tersebut menggambarkan pipa, pompa dan katub kontrol. Node menggambarkan sambungan, tangki, dan reservoir. Gambar mengilustrsikan bagaimana node-node dan garis dapat dihubungkan satu dengan lainnya untuk membentuk jaringan, seperti terlihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Hubungan Antar Komponen Fisik Dalam ALEID X 2004
Komponen-komponen fisik dalam pemodelan sistem distribusi air dengan ALEID antara lain :
1. Sambungan (junction)
Sambungan (junction) adalah titik pada jaringan dimana link-link bertemu dan dimana air memasuki atau meninggalkan jaringan. Input dasar yang dibutuhkan bagi sambungan (junction) adalah:
• Elevasi pada semua referensi (biasanya rata-rata muka air laut) • Kebutuhan air
• Kualitas air saat ini
Hasil komputasi buat sambungan (junction) pada seluruh periode waktu simulasi adalah :
• Head di atas permukaan tanah • Head di atas permukaan laut • Total kebutuhan air
Sambungan (junction) juga dapat :
• Mengandung kebutuhan air (demand) yang bervariasi terhadap waktu
• Memiliki harga kebutuhan negatif yang mengindikasikan air memasuki jaringan
• Menjadi sumber kualitas air dimana terdapat kandungan yang memasuki jaringan
• Memiliki lubang pengeluaran (atau sprinkler) yang menjadikan laju aliran bergantung kepada pressure.
Pada gambar 2.8 dapat dilihat tampilan dari input data pada software ALEID X 2004.
Gambar 2.9 Properties Editor Untuk Input Data Pada Junction
Pada gambar 2.9, data yang dimasukkan berupa nama node, elevasi node dalam satuan meter, dan koordinat node.
2. Reservoir
Reservoir adalah node yang menggambarkan sumber eksternal yang terus menerus mengalir ke jaringan. Digunakan untuk menggambarkan seperti danau, sungai, akuifer air tanah, dan koneksi dari sistem lain. Reservoir juga dijadikan titik sumber kualitas air.
Input utama untuk reservoar adalah head hidrolis (sebanding dengan elevasi permukaan air jika bukan reservoir bertekanan) dan inisial kualitas air untuk analisa kualitas air. Karena sebuah reservoir adalah sebagai poin pembatas dalam jaringan, tekanan dan kualitas airnya tidak dapat dipengaruhi
oleh apa yang terjadi di dalam jaringan. Namun tekanan dapat dibuat bervariasi terhadap waktu yang di tandai dengan pola.
Gambar 2.10 Input Data Umum Pada Reservoir
Pada gambar 2.10 terlihat bahwa data yang dimasukkan berupa nama reservoir, elevasi reservoir dihitung dari muka air laut (meter) dan koordinat dari reservoir tersebut.
Gambar 2.11 Properties Editor Untuk Input Data Pada Reservoir
Gambar 2.11 menjelaskan bahwa setelah data-data umum dimasukkan maka pilih reservoir, kemudian pilih fixed head untuk type reservoir dan masukkan elevasi reservoir, dihitung dari muka air laut (meter).
3. Pipes
Pipes atau pipa adalah link yang digunakan untuk mengalirkan air dari suatu node ke node yang lainnya pada suatu sistem jaringan pemipaan. Aleid akan mengasumsikan bahwa pipa akan selalu terisi penuh. Arah aliran adalah dari titik yang memiliki head hidrolik lebih besar menuju titik yang lebih kecil head hidroliknya. Input data utama yang perlu diisikan, adalah :
1) Start node, merupakan titik awal atau pangkal pipa. 2) End node, merupakan titik akhir pipa atau ujung pipa. 3) Length, merupakan panjang pipa dalam meter atau feet.
4) Diameter, merupakan diameter atau garis tengah pipa. Satuan yang digunakan adalah inchi atau milimeter.
5) Roughness, koefisien kekasaran pipa untuk menghitung head loss. Input data lain yang dapat ditambahkan sebagai pelengkap adalah : Data output dari junction pipa adalah :
1) Pipe Name (nama pipa) 2) Flow (debit aliran)
3) Flow Direction (arah aliran) 4) Length (panjang pipa) 5) Velocity (kecepatan aliran) 6) Local Loss Coefficient 7) Hydraulic Grade Line
8) Wall Roughness (kekasaran saluran)
Pada gambar 2.12 dapat dilihat bahwa data-data yang dimasukkan pada pipa berupa nama pipa, panjang pipa (m), diameter pipa (mm), dan kekasaran dinding pipa (mm). Kehilangan tekanan (headloss) akibat gesekan air dengan dinding pipa dapat dihitung menggunakan persamaan Hazen Williams, Darcy Weisbach, Chezzy atau Manning.
Formula Hazen Williams banyak digunakan di Amerika Serikat. Persamaan ini dapat diterapkan untuk air dengan aliran turbulen. Secara teoritis, persamaan Darcy Weisbach adalah yang terbaik. Persamaan ini dapat diterapkan untuk cairan lain, selain air. Persamaan Chezzy dan Manning banyak digunakan untuk aliran pada saluran terbuka.
Koefisien resistensi dan nilai eksponensial flow untuk masing-masing persamaan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini :
Persamaan Chezzy-Manning 533 2 2 66 , 4 D LQ n HL= (Pers 2.10)
di mana: HL adalah headloss (feet), Q adalah debit aliran (cfs), L adalah panjang pipa (feet), D adalah diameter pipa (feet), dan n adalah
koefisien kekasaran Manning. Persamaan Darcy-Weisbach
Menurut Kodoatie (2002), nilai Hf adalah:
g d Lv f Hf 2 2 = (Pers 2.11)
di mana : Hf adalah headloss (m), g adalah percepatan gravitasi (m2/s), L adalah panjang pipa (m), d adalah diameter pipa (m), v adalah kecepatan aliran (m/s), dan f adalah faktor gesekan (tanpa satuan)
Persamaan Hazen-Williams 871 , 4 852 , 1 852 , 1 727 , 4 D C LQ HL= (Pers 2.12)
di mana: HL adalah headloss (feet), Q adalah debit aliran (cfs), L adalah panjang pipa (feet), D adalah diameter pipa (feet), dan C adalah koefisien kekasaran (faktor Hazen Williams).
Setiap persamaan memiliki koefisien kekasaran masing-masing. Koefisien kekasaran untuk berbagai jenis pipa berdasarkan umur materialnya dapat dilihat dalam tabel berikut.
Tabel 2.4 Koefisien Kekasaran Untuk Berbagai Jenis Pipa
Material Hazen-Williams C (unitless) Darcy-Weisbach e (milifeet) Manning’s n (unitless) Cast iron 130-140 0.85 0.012-0.015
Concrete or concrete lined 120-140 1.0-10 0.012-0.017
Galvanized iron 120 0.5 0.015-0.017
Plastic 140-150 0.005 0.011-0.015
Steel 140-150 0.15 0.015-0.017
Vitrified clay 110 0.013-0.015
Minor Losses
Minor Head Losses, disebut juga local losses, atau dalam ALEID X 2004 sebagai loss coefficient, disebabkan oleh kehilangan tekanan pada pipa karena perlengkapan pemipaan seperti belokan-belokan, valve dan berbagai fitting lainnya. ALEID X 2004 akan menghitung minor losses dengan cara menambahkan data koefisien minor losses pada pipa. Minor losses sebanding dengan kecepatan air yang melewati pipa atau valve (V2/2g).
4. Pumps
Pumps atau Pompa adalah link yang memberi tenaga ke fluida untuk menaikkan head hidrolisnya. Input parameternya adalah node awal dan akhir, dan kurva pompa (kombinasi dari head dan aliran dimana pompa harus memproduksinya). Parameter output yang prinsip adalah aliran dan pencapaian head. Aliran melalui pompa adalah langsung dan ALEID tidak akan membolehkan pompa untuk beroperasi diluar range dari kurva pompa.
Pada gambar 2.13 diperlihatkan bahwa data-data umum pada pompa yang dimasukkan berupa nama pompa, titik awal dan akhir pompa, dan nomor pompa.
Gambar 2.14 Properties Editor Untuk Input Data Pada Pompa
Pada gambar 2.14, setelah data-data umum pompa dimasukkan, maka tentukan tinggi tekanan pompa (m) dan debit yang mengalir pada pompa (m3/hr) sehingga membentuk kurva karakteristik yang menggambarkan hubungan antara debit dan tinggi tekanan pada pompa.
Debit aliran pompa dan posisi serta bentuk dari pompa dapat diubah pada kurva pompa, Seperti halnya pipa, pompa dapat diatur hidup dan mati dalam pengaturan waktu atau dalam kondisi yang pasti muncul dalam jaringan. Operasional pompa dapat juga dijelaskan dengan menetapkannya dalam pola waktu atau relatif terhadap pengaturan kecepatan. Aliran melalui pompa adalah tidak langsung.
Jika pengkondisian sistem membutuhkan lebih banyak head daripada yang dihasilkan pompa,ALEID mematikan pompa. Jika kebutuhannya melebihi maksimum aliran, ALEID mengekstarpolasi kurva pompa kepada aliran yang dibutuhkan, jika tidak akan menghasilkan head negatif.
5. Valves
Valve adalah link yang membatasi pressure atau flow pada nilai tertentu dalam sebuah jaringan. Input yang penting dimasukkan adalah :
1) Start dan End node, untuk menentukan orientasi arah aliran air dalam pipa.
2) Diameter valve 3) Tipe valve 4) Setting valve
Pada gambar 2.15 diperlihatkan bahwa data-data yang dimasukkan berupa nama valve, diameter valve (mm), panjang valve (m), kekasaran dinding valve (mm) dan keterangan buka tutup valve. Input lainnya adalah loss coefficient. Output link valve adalah flow rate, velocity, length, wall roughness, hydraulic grade line, dan local loss coefficient.
Berbagai tipe link valve dalam ALEID X 2004 adalah : 1) Pressure Reducing Valve (PRV)
2) Pressure Sustaining Valve (PSV) 3) Pressure Breaker Valve (PBV) 4) Flow Control Valve (FCV) 5) Throttle Control Valve (TCV) 6) General Purpose Valve (GPV)
PSV dan PRV digunakan untuk membatasi pressure hingga nilai tertentu dalam suatu jaringan pipa. ALEID mengatur PRV dan PSV pada tiga kondisi yang berbeda, yaitu : terbuka sebagian, terbuka seluruhnya dan tertutup. PBV menentukan pressure loss tertentu yang melalui valve. Aliran yang melalui valve bisa dua arah. PBV dapat digunakan untuk simulasi jaringan distribusi, dimana penurunan yang terjadi diketahui. FCV akan membatasi flow yang lewat pada link. ALEID X 2004 akan memberikan warning message apabila flow yang terjadi tidak dapat dipertahankan tanpa menambah head pada valve.
TCV mensimulasikan valve yang tertutup sebagian dengan menyesuaikan minor headloss pada valve. Hubungan antara derajat tutupan valve dengan koefisien headloss yang terjadi dapat diperoleh dari produsen
pembuat valve. GPV mewakili link dimana pola hubungan flow dengan headloss yang terjadi tidak mengikuti formula standar. Biasa digunakan untuk memodelkan turbin atau sumur draw down.
Shut off valve atau gate valve dan non-return valve atau check valve bukan merupakan bagian dari link valve tersendiri, melainkan merupakan property dari pipa. Untuk gate valve dapat diatur dengan menentukan loss coefficient-nya.
Komponen-komponen non-fisik
ALEID memiliki 3 objek informasi yang menggambarkan aspek operasional dari sistem distribusi, yaitu : Pattern, Curve dan Control.
1) Pattern
Pattern adalah gabungan dari beberapa pola faktor pengali yang dapat berubah terhadap waktu. Demand tiap node, head reservoir dan jadwal operasi pompa dapat memiliki time pattern yang diatur khusus untuk masing-masing komponen fisik. Interval waktu pada pattern merupakan variabel utama yang dapat diset pada time option dalam project. Misalnya, demand pada sebuah node rata-rata 6 m3/hari, asumsikan interval time pattern diset 1 jam, dan faktor pengali untuk demand pada node sebagai berikut :
Tabel 2.5 Penggunaan Pattern Demand Pada ALEID X 2004
Period 1 2 3 4 5 6
multiplier 0.5 0.8 1 1.2 0.9 0.7
Period 7 8 9 10 11 12 13
multiplier 0.8 0.7 0.6 1.2 1 0.9 0.8
Sumber : Manual User Software ALEID X 2004
2) Curve
Curve adalah obyek yang mengandung rangkaian data yang menjelaskan tentang hubungan antara dua besaran. Dua atau lebih obyek dapat digabungkan dalam sebuah kurva. Model ALEID dapat menyediakan tipe kurva sebagai berikut:
1. Pump Curve 2. Flow Rate Curve 3. Time Series Pipe Curve 4. Time Series Node Curve
3) Control
Control adalah pernyataan yang menggambarkan bagaimana kontrol jaringan beroperasi sepanjang waktu. Kontrol men-spesifikasikan status link-link tertentu sebagai fungsi dari waktu, level air pada tangki atau tekanan pada point-point tertentu. Control juga mengatur penutupan dan pembukaan pompa pada jam-jam tertentu.
Model Simulasi Hidrolik
Model simulasi hidrolik ALEID akan menghitung head pada junction dan flow dalam link pada level reservoir, tangki dan water demand yang telah ditentukan selama periode waktu tertentu. Setiap waktunya level air dalam reservoir dan water demand diperbaharui sesuai dengan adanya time patern. Head dan flow pada setiap waktu merupakan hasil perhitungan dari persamaan aliran untuk setiap junction. Proses ini dikenal sebagai “Hydraulic Balancing” jaringan menggunakan teknik iterasi.