Sistem Distribusi Dan Air Bersih

I . SI ST EM DI ST RI BU SI

PADA LINGKUNGAN PERKOTAAN

A. PENGALIRAN DALAM PIPA

Yang dimaksud dengaan pemngaliran air didalam pipa ialah keadaan dimana air memenuhi seluruh penampang pipa. Pada keadaan dimana air tidak penuh maka pengaliran tersebut harus disamakan dengan pengaliran didalam saluran terbuka. Akibaat pengaliran didalam pipa ini maka akan terjadi kehilangan enersi, yang dapat dibedakan atas dua macam yaitu :

¾ Kehilangan enersi akibat gesekan didalam pipa

¾ Kehilangan enersi akibat tikungan atau perubahan penampang pipa.

1. Kehilangan Enersi Akibat Gesekan Didalam Pipa

Besarnya kehilangan ini dapat dihitung dengan : a. Rumus Darcy Weisbach :

L V 2 hf = 4 f

D 2g

Dimana : hf = kehilangan enersi (m) f = koefisien gesekan Darcy L = panjang pipa

V = kecepatan rata2 (m/dt) D = diameter dalam

G = gaya gravitasi (9,8 m/det.2 ).

b. Rumus Hazen William :

V = 0,85 CR 0,63 S 0,54

Dimana :

V = kecepatan rata-rata didalam pipa (m/dt) R = jari – jari hidrolis (m)

S = garis gradient

C = koefisien kekasaran pipa

Bila mengggunakan D (diameter pipa, m) sebagai parameter, maka Rumus Hazen Wlliam adalah :

V = 0,355 CD 0,63 S 0,54

Bila mengggunakan L ( panjang pipa, m) sebagai parameter, maka Rumus tersebut menjadi :

6,78 L V 1,85 h_f = D 1,165

C

Besarnya koefisien C tergantung dari beberapa faktor antara lain jenis material pipa, umur pipa (untuk pipa tuang) juga diameter pipa. Oleh karena kompleksnya rumus ini, maka dianjurkan untuk menggunakan nomogran dalam penyelesaian soal – soal. Nomogram ini berlaku untuk C = 100 (lihat diagram 1, 2 , 3). Besarnya angka koefisiien C diberikan pada tabel 1.

. .

V = 0,397 D 2/3 S 1/2 n

Bila dinyatakan dalam hubungan dengan kehilangan enersi, maka :

n2

LV 2 h_f = x

0,157 D 4/3

Besarnya nilai n untuk berbagai macam pipa diberikan pada tabel 3, dibawah ini.

Tabel 3

Koefisien n Rumus Manning

Jenis Pipa n.

1. Pipa asbes 0,010 s / d 0,012

2. Kayu 0,010 0,014

3. Beton, sangat licin 0,011 0,012

4. Beton dgn samb. Kasar 0,016 0,017 5. Pipa saluran air kotor 0,013 0,015 6. Pipa dengan bahan gelas 0,009 0,013 7. Pipa besi bergelombang 0,020 0,022

2. Kehilangan Enersi Akibat Tikungan atau Perubahan Penampang Pipa

Kehilangan enersi akibat – akibat tersebut diatas dinyatakan dalam bentuk umum :

Diagram 1

Cara Pemakaian :

Debit air yang dialirkan 6.000 gallon / menit, pipa yang dipakai Φ 24”. Tariklah garis dari tity\ik 6.000 gallon/menit ke titik Φ 24”. Garis ini memotong garis I di titik A. Yang dipakai aadalah pipa dengan koefisien C = 100. Dengan menarik garis dari titik A ke C = 100, maka akan didapat “ Loss of head / kehilangan tinggi tekanan 3,8’ untuk panjang 1000’. Kecepatan (velocity) air dalam pipa = 4,2 feet pe second.

Diagram 2

Contoh Pemakaian Nomogram :

Misalnya : Kita hendak menghitung besarnya kehilangan tinggi tekanan oleh sebuah standard elbow (knee) dari Φ 6”, maka dari titik standard elbow Φ 6” ditarik garis (garis putus-putus) lihat nomogram.

Garis ini memotong garis equivalent length dan memperoleh panjang 16 feet, Jadi sebelum standard elbow Φ 6”. Perhitungan kehilangan tinggi tekanan sama dengan pipa Φ 6” panjang 16 feet.

Diagram 3

Contoh Pemakaian Nomogram

Misalnya : Debit air = 55 gallon / menit, pipa yang dipakai = 2” kemudian dari titik 55 gallon/menit ke titik Φ 2”.

Maka akan didapat :

Head Loss / kehilangan tinggi tekanan adalah 112’ untuk panjang pipa 1000’. Kalau panjang pipa 750’, maka tinggi tekanan =

750

x 12’ = 84’ 1.000

1 gallon = 3,785 liter

1 foot = 12 inches = 0,305 meter, 1 inch = 2,54 cm

B. SISTEM JARINGAN AIR BERSIH

Sistem tertutup, mel;ingkar dan radial hampir sama, dengan perbedaan-perbedaan yang akan dibahas lebih lanjut.

1. Sistem Percabangan

¾ Kraan untuk membuang sedimen diperlukan pada setiap ujung cabang. Hal ini membutuhkan biaya banyak dan secara periodik harus dikontrol oleh tenaga pengawas.

¾ Pada saat salah satu bagian diperbaiki, maka keseluruhan cabang harus dihentikan pengalirannya.

¾ Pada bagian ujung pipa yang jauh, kadang-kadang sulit mendapatkan tekanan yang cukup.

¾ Kapasitas air yang diperlukan pada saat terjadi kebakaran akan sangat terbatas.

sc B sc sc B sc sc SM B sc B sc B SM cv cv cv

pipa primer

cv cv

sc B SM SM sc sc sc

sc B B

Gambar 1 a. Skema Jaringan

Gambar 1 b Sistem Jaringan Pada Suatu Kawasan Keterangan :

Pipa primer cv Katup B Pipa cabang sc Pipa dinas SM Pipa sekunder

2. Sistem tertutup

Sistem tertutup ialah sistem dimana setiap percabangan pipa dihubungkan stau dengan yang lain (lihat ganbar 2). Sistem ini sangat sesuai dipergunakan pada perkotaan.

Keuntungannya :

¾ Air bersirkulasi terus menerus, juga tanpa kemungkinan terjadinya pengumpulan sedimen.

¾ Akibat pipa tersambung dengan yang lain, maka air akan tersedia pada setiap ujung pipa dengan kehilangan enersi minimum.

¾ Pada saat terjadi kebakaran, tidak akan terjadi kesulitan dalam jumlah air yang dibutuhkan.

¾ Paada waktu perbaikan, hanya sebagian kecil daerah saja yang tidak menerima pengaliran air.

Kerugian :

¾ Diperlukan banyak katup

¾ Diameter pipa lebih besar dan jumlah pipa yang diperlukan juga lebih panjang.

¾ Analisa kapasitas, tekanan dan kecepatan sangat rumit. ¾ Biaya pemasangan pipa lebih mahal.

B B B B

BB

B Pipa primer

B

cv

SM Pipa primer cv Katup

B Pipa cabang SM Pipa sekunder

Gambar 2. Skema Sistem Tertutup

3. Sistem melingkar

Sistem ini merupakan perpaduan antara sistem percabangan dan sistem tertutup (lihat gambar 3).

Untuk kota dengan perencanaan yang sudah baik, sistem ini sangat sesuai.

Pipa primer

Gambar 3 Pola Melingkar

4. Sistem radial

Sistem ini memanfaatkan beberapa reservoar pembagi air, untuk melayani sustu wilayah tertentu. Dengan penetapan daerah pelayanan yang tepat, maka kehilangan enersi didalam jaringan dapat dikurangi sebesar mungkin. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar diagran dibawah ini (gambar 4).

Gambar 3 Sistem Pola Radial

C.

CONTOH SOAL

1. Diminta mencari kehilangan enersi didalam pipa diameter 400 mm, sepanjang 800 meter, untuk Q = 100 M3/menit.atau 378,5 gallon/menit. (pemakaian nomogram Hazen William).

Pada grafik tegak sebelah kiri, dari titik 378,5 dibulatkan 380 gallon/menit (yaitu A). Pada grafik kedua dari diameter pipa 400 mm atau kl. 16 inches (titik B). Hubungkan kedua titik ini dan memotong garis I . Tarik garis dari titik potong pada garis I ke grafik koefisien C sampai pada grafik loss of head yaitu pada angka ± 0,3 ft per 1000 ft) dan grafik kecepatan di D (pada angka ± 0,65 feet per detik ). Jadi total kehilangan enersi adalah : 800 / 1000 x 0,3 = 0,24 feet atau 0,9 meter dan kecepatan didalam pipa 0,2 meter/dt. Harga ini adalah untuk C = 100. (LIHAT DIAGRAM 1)

2. Suatu sistem perpipaan pada titik A – B dengan panjang 800 meter. Diameter pipa adalah 400 mm dengan menggunakan pipa PVC dengan sudut gradient 0,2 meter.

Diminta :

Berapakah kehilangan enersi dari pipa tersebut ? Jawab :

Rumus William Hansen :

Kecepatan aliran V = 0,85 CR 0,63 S 0,54

V = 0,85 x 100 x 0,2 0,63 x 0,2 0,54

= 85 x 0,48 x 0,42 = 17,136 m/dt

6,78 L V 0,85 hf =

D 1,165 C

6,78 x 800 17,36

Hf = = 7,43 m 0,4 1,65 100

Rumus Manning :

0,397

V = D 2/3 S 1/2

n

Ambil n = 0, 01 ( lihat tabel 3)

0,397

V = 0,4 2/3 0,2 1/2 = 3,72 m/dt

0,01

n 2 LV 2 (0,01) 2 800 (3,72)2 hf = x = x =

0,157 D

4/3 0,157 0,4 4/3

= 0,0006 x 11 070,72 / 0,296 = 22,44 meter.

D. JARINGAN DISTRIBUSI

Dalam perencanaan suatu sistem jaringan distribusi maka beberapa langkah yang harus dilakukan antara lain :

Prinsip perhitungan :

- Tetapkan jumlah pemakai (number of population)

- Tentukan kebutuhan air bersih

- Tentukan waktu - waktu puncak pemakaian

- Perhitungkan kebocoran – kebocoran pipa ( kl. 20 %)

- Perhitungkan air cadangan untuk kebutuhan mendesaak, misalnya kebakaran dan sebagainya (biasanya diperhitungkan 30 %)

Untuk menghitung banyaknya air per jam, diambil pemakaian dalam satu hari = 100 % Q etmaal. Dalam 1 jam = 100 / 24 = 4,17 % Q etmal (pengaliran normal). Jika pengaliran dengan mengguinakan pompa, maka persentase pengaliran diambil 10 % / jam.

Besarnya cadangan dapat dihitung dengan memperhatikan :

- Pemakaian > pengaliran harus dibantu dengan pompa.

- Pemakaian < pengaliran maka sisa pemakaian disimpan dalam bak cadangan.

Sebagai standar dapat dituliskan dibawah ini :

- Apabila tekanan ada cadangan, yang menentukan Q puncak = 2,5 L/det/ 1000 org.

- Apabila cadangan 27,67 % Q etm, yang menentukan adalah Q rata2 = 1 L/dt/ 1000 org.

- Apabila cadangan 15 % Qetm, yang menentukan adalah Q rata2 =1.5L/ dt/ 1000 org.

- Apabila cadangan 5 % Q etm, yang menentukan adalah Q rata2 = 2 L/dt/ 1000 org.

Dibawah ini diberikan tabel persentase pemakaian air dalam sehari semalam

Oleh karena itu dalam perencanaan sistem distribusi harus diperhitungkan secara cermat tentang tata letak jaringan, sehingga perlu dibuat penzoningan, karena kemungkinan adanya zoning yang menerima tekanan air yang sangat rendah dan sementara pada zoning lain ada yang menerima tekanan yang besar. Dengan demikian dapat direncanakan pengecilan tekanan pada zoning atau areal yang menerima tekanan lebih besar, sehingga dapat menaikkan tekanan pada areal lain.

Cara untuk mengatasi hal diatas adalah dengan membedakan diameter pipa atau dengan menggunakan katup (valve) yang dapat di-setel besarnya kecil tekanan.

Katup

Gambar 4 BBBB Penzoningan Pelayanan

C

A

B

Katup

Katup pengatur tekanan Gambar 5

Potongan kontur dengan katup pengatur

b. Perhitungan Diameter Pipa

Pompa

P2V2

P1V1 PV

= C Av T

at

Keterangan :

P1 = tekanan minimum P2 = tekanan maksimum N = lamanya pompa bekerja I = Isi reservoar (penyimpan)

Bila T, sama maka I = Q etm / n

Q pompa = Q max. / jam = 10 % Q etm.

V1 = 2/3 V total V ketel = 3/2 . V

Tekanan kelebihan : P1 = P + 1 (tekanan kelebihan) P2 = P + 1 (tekanan maks. mutlak)

Besarnya kekuatan pompa = Q etm / n. jam

Kerja pompa maksimum = 24 jam

Jadi I = Q etm / 24 = 24 / 24 m3 = 1 m3 Kesimpulan :

Isi ketel air > kerja pompa

Kapasitas motor = Q. H / η. 75 = DK

Dimana : Q = kapasitas pompa H = tinggi pipa

η = randemen pompa, biasanya diambil 0,7 – 0,95 Contoh :

Suatu pemberian air untuk 30 m3 / hari untuk 300 orang. Kebutuhan orang 110 l/h. Distribusi dengan menggunakan hydrofor dengan tekanan 3 atm, tekanan minimum = 1 atm (sehari kelebihan & udara), dengan ketentuan :

m. lama bekerja pompa 5 jam /hari n. lama kerja pompa maksimum 10 X Diminta :

o. Berapakah kekuatan aliran pompa & daya dari pompa (motor) serta kapasitas ketel.

p. Berapakah cadangan air yang ideal.

Penyelesaian :

a. Lama kerja pompa 5 jam

Q = 30 m3 / jam --- kekuatan aliran pompa

Jadi kekuatan aliran pompa = 6.000 / 3.600 lt / dt = 1,67 lt/dt

b. H = 3 atm = 30 m air

P = Q. H / η. 75 = 6 x 30 / 3,6 x 0,7 x 75 = 0,95 DK. = 1 DK

c. Perhitungan ketel :

V1P1

V2 P2 ¾ V

¼ V

P2 = 1 + 1 = 2 atm V1P1 = V2P2 P1 = 3 + 1 = 4 atm

4 V1 = 2 V2 --- V1 = ½ V2

Lama kerja pompa diambil 10 X / hari (supaya hemat) 30 m3

I = = 3 m3 10

V2 - V1 = 3 m3

V2 - ½ V2 = 3 m3 --- V2 = 6 m3

V = 4 / 3 x 6 = 8 m3 , Jadi volume ketel = 8 m3 Besarnya cadangan air : untuk menutup Qp = 27,67 % Kebakaran = 10 %

37,67 %

Besarnya cadangan air = 37,67 % x 30 m3 = 11,3 m3 = 12 M3

b. Pompa Isap

H

Pompa

PAM

Reservoar

Rumus yang digunakan :

m x H/100 x R Q =

t / 2

Atau :

Dimana :

Q = Kapasitas pompa / menit

m x H x R m = Koefisien gesekan dalam pipa per Q = 100 feet.

50 t PVC = 0,7 Besi / baja = 0,9 Asbes = 1,2 H = Jarak / panjang pipa

t = Lamanya pemakaian (waktu ter – padat.

Contoh :

1. Suatu lingkungan permukiman dengan jumlah warga 1.500 jiwa, kebutuhan air / orang/hari = 100 liter. Distribusi air dengan menggunakan PDAM. Hitunglah kapasitas reservoar, bila waktu puncak pemakaian adalah sebagai berikut : 05.00 – 08.00 dan 16.00 – 20.00.

Jawab :

Kebutuhan air = 1.500 x 100 = 150.000 liter / hari Pemakaian air : 05.00 – 08.00 = 3 jam -- 18 % 16.00 – 20.00 = 4 jam -- 25 % Total % pemakaian = 43 % Q etm > 29,19 % (lihat tabel 4) Dengan pompa = 7 x 10 % = 70 %

Pemakaian < pengaliran (sisanya disimpan dalam bak cadangan) - Kebutuhan air = 150.000 liter / hari - Kebutuhan sirkulasi 20 % = 30.000 liter / hari Q = 180.000 liter / hari - Sisa pengaliran 27 % = 27 % x 180.000 = 48.600 liter / hari

q. Kebutuhan statis 30 % = 30 % x 150.000 = 54.000 liter / hari

Q reservoar = 102.600 liter / hari

Untuk menghindari terjadinya stagnant dalam bak, maka air harus selalu dialirkan.

2. Suatu kawasan real estate yang dihuni oleh 400 KK. Kawasan tersebut dilengkap dengan bak terminal PDAM berupa bak dalam ranah dan menara. Dari menara dialirkan ke rumah-rumah dengan cara gravitasi (tidak diperhitungkan pompa rumah tangga). Kebutuhan air perkapita / hari 135 liter. Pemakaian puncak yaitu pada jam 05.00 – 09.00 dan 17.00 – 20.00.

Jawab :

Pengaliran dari PDAM direncanakan normal 4,17 %. 1 KK analog dengan 5 orang. Jadi jumlah warga = 5 x 400 = 2.000 jiwa.

H

Hidrolik gradient ( i ) = = tg. θ L

H = 20 ft = 6 m

Pompa Garis Hidrolik gradient θ

PAM

L

Reservoar

- Kebutuhan air = 2000 x 135 l/h = 270.000 l/h - Kebutuhan statis = 30 % x 270.000 = 81.000 l/h - Kebutuhan sirkulasi = 20 % x 270.000 = 54.000 l/h . Q = 405.000 l/h Jumlah pemakaian :

- 05.00 – 09.00 = 4 jam = 26 %

- 17.00 - 20.00 = 3 jam = 19 % 45 %

- Pengaliran = 7 jam = 7 x 4,17 % = 29,19 %

Pemakaian > pengaliran, maka harus dibantu dengan pompa :

10 % x 7 = 70 % sehingga pengaliran menjadi besar. Oleh karena itu sisanya sebesar = 70 % - 45 % = 25 % disimpan dalam reservoar.

Atau 25 % x 405.000 = 101.250 l/h

Ukuran reservoar : ambil tinggi (H) reservoar = 3 m jika lebar reservoar (A) = ½ dari panjang reservoar B)

A H

B

V = A x B x H H = V / AB H = V / ½ A2

H = 2 V / A2 3

=

2 x 101,250 / A2 A2 = 202,500 / 3 = 67,5 M2

A = 8,21 M B = 2 x 8,21 = 16,42 M

Menghitung Tangki Menara :

Untuk kebutuhan prumer = 270.000 + 54.000 = 324.000 l/h Menghitung kapasitas pompa, dihitung :

Pipa yang digunakan PVC C = 0,7

0,7 x 20/100 x 324.000

Q = = 216 l / menit = 12,96 m3/jam 420 / 2

Kapasitas motor = Q. H / η. 75 = DK

Daya pompa = 12,96 x 6 / 0,7 x 75 = 1,48 DK = 1,5 DK

3. Diketahui seperti gambar berikut :

+ 27 C Φ 8 “

3000 m Φ 20” + 30

+ 35

A 2000 m B

2000 m Φ 10”

D + 25

H1 H2

Supaya kapasitas pipa AB seimbang = pipa BC + BD, maka kraan pada pipa AB di B harus dikecilkan.

Tinggi tekan di C = 55 m Ho = 65 meter

Dipakai Ǿ 125 mm I = 0,0017

Q = 5 liter / dt H = 500 x 0,0017 = 0,85 meter.

Tekanan di C = (70 – 55) – 0,85 = 14,15 meter > 10 m (OK). Tinggi tekanan di B = 70 – 0,85 = 69,15 m.

b. Cadangan di B :

Untuk menutup Q puincak = 27,67 %

Untuk menutup kebakaran = 10 % 37,67 %

Q etm. = 5 x 24 x 3,6 m3 = 432 m3

Isi cadangan = 36,67 % x 432 m3 = 169 m3