4 BAB II
LANDASAN TEORI
2. 1 Sistem Air Bersih
Sistem Penyediaan air bersih adalah suatu sistem penyediaan atau pengeluaran air ke tempat-tempat yang dikehendaki tanpa ada gangguan atau pencemaran terhadap daerah-daerah yang dilaluinya dan dapat memenuhi kebutuhan penghuninya dalam masalah air.
Dalam perencanaan pelaksanaan sistem penyediaan air bersih, harus memenuhi beberapa persyaratan, yaitu :
a. Tidak menimbulkan bahaya kesehatan.
b. Tidak menimbulkan gangguan radiasi.
c. Tidak menimbulkan gangguan suara.
d. Instalasi harus kuat dan bersih.
e. Tidak merusak perlengkapan bangunan.
Dalam perencanaan system penyediaan air bersih, perlu diperhatikan bahan atau alat sistem penyediaan air bersih.
2. 2 Sumber Air Bersih
Kita ketahui bahwa sumber air merupakan komponen penting untuk penyediaan air bersih karena tanpa sumber air maka suatu system penyediaan air bersih tidak akan berfungsi.
Berikut jenis sumber air yang dapat digunakan : 2.2.1 Berdasarkan Letak
a. Air Atmosfer (Air Angkasa)
5
Air yang terjadi dari proses siklus air yaitu air yang menguap membentuk awan lalu turun ke bumi melalui hujan. Akan tetapi air hujan tidak dapat langsung dikonsumsi pada saat turun hujan pertama kali karena air sudah bercampur dengan partikel-partikel pengotoran udara.
Di Desa Sungai Bokor Kecamatan Mataraman sendiri menjadikan air hujan sebagai salah satu sumber air pada musim kemarau. Mereka terpaksa mengkonsumsi air hujan karena pada saat musim kemarau sumur-sumur yang biasanya menjadi sumber air mengalami kekeringan.
b. Air Permukaan
Air yang berada dipermukaan bumi yang berasal dari air hujan yang jatuh ke permukaan bumi tetapi berada dipermukaan tanah. Kualitas air ini biasanya tergantung daerah sekitarnya dimana air itu berada. Air permukaan kurang baikuntuk langsung dikonsumsi oleh manusia, oleh karen aitu perlu adanya pengelolaan terlebih dahulu sebelum dimanfaatkan.
Air permukaan ada dua macam yaitu : 1) Air Sungai
Dalam penggunaan sebagai air minum, haruslah mengalami suatu pengelolaan yang sempurna, mengingat bahwa air sungai ini pada umumnya mempunya derajat pengotoran yang tinggi sekali. Debit yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan air minum pada umumnya dapat mencukupi.
2) Air Rawa/Danau
Kebanyakan air rawa ini berwarna hitam atau kuning kecoklatan, hal ini disebabkan oleh adanya zat-zat organis yang telah membusuk, misalnya asam humus yang terlarut dalam air yang menyebabkan warna kuning coklat.
Adanya pembusukan kadar zat organis tinggi, maka umumnya kadar Fe dan Mn akan tinggi pula dan dalam keadaan kelarutan O₂ kurang sekali (anaerob), maka unsur-unsur Fe dan Mn ini terlarut.
Pada permukaan air akan tumbuh algae (lulut) karena adanya sinar matahari dan O₂.
c. Air Tanah
Air yang berada di dalam lapisan tanah atau bebatuan di bawah permukaan tanah pada lajur/zona jenuh air. Air tanah merupakan salah satu sumber daya air yang keberadaannya terbatas dan kerusakannya dapat mengakibatkan dampak yang luas serta pemulihannya sulit dilakukan.
Air tanah berasal dari air hujan dan air permukaan, yang meresap mula-mula ke zona tak jenuh dan kemeduian meresap makin dalam hingga mencapai zona jenuh air dan menjadi air tanah. Air tanah berinteraksi dengan air permukaan serta komponen-komponen lain seperti jenis batuan penutup, penggunaan lahan, serta manusia yang di permukaan.
Air tanah dibagi menjadi dua yaitu :
1) Air Tanah Dangkal (Sumur Dangkal)
Air tanah dangkal adalah air tanah yang terbnetuk dari hasil rembesan air di permukaan tanah dan tertahan dilapisan kedap air.
secara umum kebutuhan air di daerah perencanaan kecil, potensi sumur dangkal dapat mencukupi kebutuhan air bersih di daerah perencanaan (dalam kondisi akhir musim kemarau/kondisi kritis).
Perlengkapan bangunan sumur dangkal dengan sistem sumur gali meliputi ring beton kedap air, penyekat kontaminasi dengan air permukaan tiang beton, ember/pompa tangan. Sedangkan perlengkapan sumur dangkal dengan sistem sumur pompa tangan (SPT) meliputi pipa tegak (pipa hisap), pipa selubung, saringan, sok reducer.
2) Air Tanah Dalam (Sumur Dalam)
Terdapat sebuah lapisan rapat air yang pertama. Pengambilan air tanah dalam tak semudah pada air tanah dangkal. Dalam hal ini harus digunakan bor dan memasukkan pipa kedalamnya sehingga dalam suatu kedalaman akan didapat satu lapisan air. Jika tekanan air tanah ini besar, maka air dapat menyembur ke luar dan dalam keadaan ini, sumur ini disebut dengan sumur artetis atau sumur bor. Jika air tidak dapat keluar dengan sendirinya, maka digunakan pompa untuk membantu pengeluaran air.
Di Desa Sungai Bokor Kecamatan Mataraman sendiri sebenarnya memiliki air tanah yang cukup melimpah tetapi karena adanya pembukaan lahan perkebunan sawit yang menyebabkan sumur yang menjadi satu-satunya sumber air bersih menjadi kering.
2. 3 Kebutuhan Air Bersih
Untuk memenuhi perencanaan sistem jaringan distribusi air bersih, adalah penting untuk memperkirakan jumlah air yang dibutuhkan untuk berbagai keperluan yang ada di wilayah perencanaan. Dalam hal ini yang diperhitungkan adalah kebutuhan rumah tangga (domestik), dan fasilitas umum (non domestik).
Tabel 2. 1. Kebutuhan Air Minum Secara Umum
No. Klasifikasi Kebutuhan Air Kriteria Pemakaian Air Keterangan
1 Kebutuhan domestik
Lihat hasil survey
prasarana 1. Prediksi
dilakukan 15-20 tahun kedepan sesuai dengan Rencana Induk SPAM Pemakaian air untuk SR
(Sambungan Rumah Tanga) = 120 lt/org/hr Pemakaian untuk HU/TA (Hidran Umum) = 60
lt/org/hr (Standar Pelayanan minimum
2 Kebutuhan non domestik 2. Kriteria
pemakaian hari maksimum 1,15 pemakaian hari rata- rata
2a Kebutuhan Industri 0,1-0,3 l/ha/hr
2b Kebutuhan Niaga besar 900 l/niaga/hr (niaga kecil)
2c Kebutuhan Niaga kecil 5000 l/niaga/hr (niaga besar)
3. Pemakaian air untuk jam puncak 1,5-1,7 pemakaian hari maksimum 2d
Kebutuhan Fasilitas Umum (Pendidikan, Kantor pemerintahan dsb)
10%-15% dari kebutuhan domestik
2e Kebutuhan Hotel 3 m3/kamar/hr 2f Fasilitas Kesehatan 2000 lt/hari 2g Fasilitas peribadatan/Mesjid 3000 lt/unit/hari Sumber : RPIJM, 2007 dan Ditjen Cipta Karya, PU, 1996
Pada umumnya tipe kebutuhan air di bagi menjadi : 2.3.1 Kebutuhan Domestik
Merupakan jumlah air yang dibutuhkan untuk rumah-rumah, dimana penggunaanya antara lain untuk minum, mencuci, memasak, mandi, dan tujuan yang lainnya. Kebutuhannya sangat bervariasi berkisar (75-380) ltr/org/hari.
Estimasi populasi sangat besar pengaruhnya dalam menentukan kebutuhan air domestik (kodoatie dan Sjarief, 2008). Dasar perhitungan kebutuhan air domestik dapat di hitung dari kecenderungan populasi.
2.3.2 Kebutuhan Non Domestik
Peningkatan jumlah penduduk dari suatu wilayah cenderung berbanding lurus dengan kebutuhan air komersial. Kebutuhan maksimum mencapai 20% s.d.
24% dari total suplai (produksi) air. Kebutuhan air non domestic meliputi pemanfaatan komersil, keperluan institusi, dan keperluan industri.
2. 4 Perencanaan dan Pengembangan Sistem Penyediaan Air Bersih Hal-hal yang harus diperhatikan dalam memenuhi kriterian perencanaan dan pengembangan sistem penyediaan air bersih adalah perencanaan teknis air baku, unit produksi air baku yang meliputi intake, unit flotasi, unit flokulasi, reservoir dan lain sebagainya.
2. 5 Proyeksi Jumlah Penduduk
Proyeksi jumlah penduduk dilakukan agar mengetahui pertumbuhan penduduk tiap tahunnya yang tujuannya untuk memperkirakan jumlah air yang dibutuhkan pada masa yang akan datang. Proyeksi jumlah penduduk dapat dilakukan melalui 3 metode yaitu aritmatika, geometrik dan eksponensial (Badan Pusat Statistik, 2010). Dasar pemilihan proyeksi jumlah penduduk berdasarkan kecenderungan tumbuhnya penduduk dan karakteristik dari kota perencanaan.
2.5.1 Metode Aritmatika
Proyeksi penduduk dengan metode aritmatika mengansumsikan bahwa jumlah penduduk pada masa depan akan bertambah dengan jumlah yang sama setiap tahun. Formula yang digunakan pada metode proyeksi aritmatik dapat ditulis seperti Persamaan 2.1.
Pn=Po+a.n………...
( 2.1) Keterangan :Pn = Jumlah Penduduk Tahun Proyeksi Po = Jumlah Penduduk Awal Tahun Dasar
a = Rata-rata Pertambahan Penduduk (Juta/tahun) n = Kurun Waktu Proyeksi
2.5.2 Metode Geometrik
Proyeksi penduduk dengan metode geometrik menggunakan asumsi bahwa jumlah penduduk akan bertambah secara geometrik menggunakan dasar perhitungan bunga majemuk (Adioteomo dan Samosir, 2010). Laju pertumbuhan pendudukan (rate of growth) dianggap sama untuk setiap tahun. Berikut formula
yang digunakan pada metode geometrik. Formula yang digunakan pada metode aritmatika dapat ditulis seperti Persamaan 2.2.
Pn = Po(1 + r)𝑛
……….
( 2.2) Keterangan :Pn = Jumlah Penduduk Tahun Proyeksi Po = Jumlah Penduduk Awal Tahun Dasar r = Rata-rata Pertambahan Penduduk (%)
n = Selisish antar Tahun Proyeksi dan Tahun Dasar
2.5.3 Metode Eksponensial
Menurut Adioetomo dan Samosir (2010), metode eksponensial menggunakan pertambahan penduduk yang terjadi secara sedikit-sedikit sepanjang tahun, berbeda dengan metode geometric yang mengasumsikan bahwa pertambahan penduduk hanya terjadi pada satu saat selama kurun waktu tertentu.
Formula yang digunakan pada metode eksponensial dapat ditulis dalam Persamaan 2.3 dan 2.4.
Pn = Po x ern
……….
( 2.3) r = 1n ln (PnPo)……….
( 2.4)Keterangan :
Pn = Jumlah Penduduk Tahun Proyeksi Po = Jumlah Penduduk Awal Tahun Dasar r = Angka Pertumbuhan Penduduk T = Waktu (tahun)
E = bilangan pokok dari system logaritma natural (ln) yang besarnya adalah 2,7182818
2. 6 Dasar Pemilihan Metode Proyeksi Penduduk
Dasar pemilihan metode proyeksi penduduk adalah perhitungan factor korelasi dan standar deviasi. Faktor korelasi dan standar deviasi dapat dihitung dengan cara menganalisis data kependudukan yang dimiliki secara statistic.
Pemilihan metode proyeksi jumlah penduduk berdasarkan angka korelasi positif yang terbesar (paling mendekati 1 atau -1) dan nilai standar deviasi yang paling kecil (BPS, 2010).
2.6.1 Faktor Korelasi
Adapun kriteria terhadap angka korelasi terbagi menjadi 3 bagian : a. R<0, Kedua data memiliki hubungan yang kuat tetapi bernilai
negative dan memiliki korelasi terbalik satu sama lain.
b. R = 0, Kedua data tidak saling berhubungan.
c. R>0, Kedua data memiliki hubungan kuat dan memiliki korelasi positif yang berbanding lurus satu sama lain.
Agar mengetahui angka korelasi dari masing-masing metode yang ada maka dapat digunakan rumus seperti pada persamaan 2.5. (Triadmojo, 2014).
r=√Dt2-D2
Dt2
………
( 2.5) Keterangan :r = Koefisien Korelasi
Dt2 = Jumlah penduduk tahun ke-n dikurangi rerata jumlah penduduk per tahun dikuadratkan
D2 = Estimasi jumlah penduduk dikurangi rerata jumlah penduduk per tahun dikuadratkan
2.6.2 Standar Deviasi
Standar deviasi merupakan nilai statistik yang dimanfaatkan untuk menentukan sebaran data dalam sampel, serta seberapa dekat titik data individu ke mean atau rata-rata nilai sampel. Standar deviasi (Sd) yang digunakan adalah yang terkecil, karena nilai standar deviasi yang kecil menunjukan bahwa data yang didapat dari proyeksi tidak berbeda jauh dengan data aslinya. Standar deviasi dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.6. (Triadmodjo, 2002).
Sd=√∑d
2-∑d2 n
n
……….
( 2.6) Keterangan :Sd = Standar Deviasi Berdasarkan Data yang Diketahui
d = Selisih pertumbuhan penduduk berdasarkan metode dan rerata n = Jumlah Data yang Diketahui
2.6.3 Fluktuasi
Fluktasi adalah presentase pemakaian air pada tiap jam yang tergantung dari aktivitas penduduk, adat istiadat atau kebiasaan penduduk serta pola tata kota.
Sehingga kebutuhan air tiap waktu menjadi berubah/berfluktuasi.
2. 7 Pemilihan Lokasi
Dalam suatu wilayah atau lokasi terlebih dahulu harus diidentifikasi ketersediaan dari air bakunya. Diperlukan studi hidrologi dan hidrogeologi untuk dan beda tinggi sumber air
1. Jarak dan beda tinggi sumber air
2. Debit optimum (safe yield) dari sumber air 3. Kualitas air dan pemakaian sumber air saat ini
Selain itu pemilihan lokasi juga harus memenuhi ketentuan teknis agar dapat dikaji apakah wilayah tersebut layak ataupun tidak. Adapun ketentuan teknis dan pengkajian wilayah studi dan pelayanan Tersaji dalam Tabel 2. 2.
Tabel 2. 2. Kajian Teknis Survei dan Pengkajian Wilayah Studi dan Wilayah Pelayanan
No. Ketentuan Uraian
1 Data Teknis
1 Iklim 2 Geografi
3 Geologi dan Hidrologi yang dilengkapi peta-peta
4 Rencana umum tata ruang 5 Peta wilayah
6 Gambar-gambar teknis yang ada 7 Laporan teknis sistem penyediaan air
minum yang ada 8 Data sosial ekonomi 9 Data kependudukan 2 Peta-peta wilayah dengan ketentuan
berlaku -
3 Survei sumber air baku Memenuhi segi kualitas dan kuantitas 4 Pemilihan alternatif jalur transmisi -
5 Pengkajian
Bertujuan mendapatkan batasan wilayah studi, wilayah proyek dan pelayanan, sumber air baku dan jalur transmisi serta komponen- komponen
6 Biaya operasional -
7 Kemungkinan terjadi kontaminasi -
8 Kemungkinan pembesaran debit -
2. 8 Hidraulika Aliran Jaringan Pipa 2.8.1 Kecepatan Aliran
Kecepatan dalam pipa yang diijinkan adalah 0,3 – 6 m/det, dimana hal ini akan disesuaikan dengan kondisi yang ada mengenai kemiringan lahan dan penambahan tekanan dari adanya pemompaan. Kecepatan tidak boleh terlalu kecil sebab dapat menyebabkan endapan pipa tidak terdorong, selain itu juga diameter pipa jadi berkurang karena adanya endapan itu, dan itu akan membebani
biaya perawatan. Sebaliknya, jika kecepatan aliran terlalu tinggi, maka akan berakibat korosi pada pipa dan juga menambah nilai headloss yang berakibat elevasi reservoirnya harus tinggi. Untuk menghitung kecepatan dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.7 dan 2.8.
𝑄 = 𝐴. 𝑉 ………( 2.7) 𝑄 = 1
4. 𝜋. 𝐷2. 𝑉………..………...( 2.8) Dimana :
Q = debit aliran (𝑚3/det ) V = kecepatan aliran (m/det) A = luas basah (𝑚2)
D = diameter pipa (m)
2.8.2 Sistem Aliran
Air pada pipa selalu mengalir dari tempat yang memiliki tinggi energi yang lebih besar ke tempat yang memiliki energi yang lebih kecil. Hal tersebut dikenal dengan prinsip Bernoulli.
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa tinggi energi total pada sebuah penampang pipa adalah jumlah energi kecepatan, energi tekanan dan energi ketinggian yang dapat ditulis menggunakan rumus pada Persamaan 2.8. dan 2.9.
𝐸𝑇𝑜𝑡 = Energi ketinggian + Energi kecepatan + Energi tekanan𝑝
𝛾𝑤…………( 2.8) 𝐸𝑇𝑜𝑡 = ℎ +𝑉2
2𝑔+ 𝑝
𝛾𝑤………...………( 2.9)
Menurut teori Kekekalan Energi dari hukum Bernoulli apabila tidak ada energi yang lolos atau diterima antara dua titik dalam satu system tertutup, maka energi totalnya tetap konstan. Hal tersebut dapat dijelaskan pada gambar berikut
Gambar 2. 1. Diagram Energi dan Garis Tekanan Sumber :(Haestad, 2002 : 267)
Hukum Kekekalan Bernoulli pada Gambar 2.2 dapat ditulis sebagai berikut (Haestad, 2002 : 267)
ℎ1+𝑝1
𝛾 +𝑉12
2𝑔= ℎ2+𝑃2
𝛾 +𝑉22
2𝑔= ℎ1..……….….…….….….…( 2.10) Dengan :
𝑝1 𝛾 ,𝑝2
𝛾 = tinggi tekanan di titik 1 dan 2 (m)
𝑉12 2𝑔 ,𝑉22
2𝑔 = tinggi energi di titik 1 dan 2 (m) 𝑃1 , 𝑃2 = tekanan di titik 1 dan 2 (kg/𝑚2) 𝛾𝑤 = berat jenis air (kg/𝑚3)
𝑉1 , 𝑉2 = kecepatan aliran di titik 1 dan 2 (m/det) g = percepatan gravitasi (m/𝑑𝑒𝑡2)
ℎ1 , ℎ2 = tinggi elevasi di titik 1 dan 2 dari garis yang ditinjau (m) ℎ1 = kehilangan tinggi tekan dalam pipa (m)
Pada gambar di atas, terlihat garis yang menunjukan besarnya tinggi tekan air pada titik tinjauan dinamakan garis gradien hidrolis atau garis kemiringan hidrolis. Jarak vertikal antara pipa dengan gradien hidrolis menunjukan tekanan yang terjadi dalam pipa. Perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2 merupakan kehilangan energi yang terjadi sepanjang 1 dan 2.
2. 9 Kehilangan Tinggi Tekan (Head Loss)
2.9.1 Kehilangan Tinggi Tekan Mayor (Major Losses)
Fluida yang mengalir pada pipa akan mengalami tegangan geser dan gradien kecepatan pada seluruh medan. Tegangan geser tersebut akan menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran (Triatmodjo
2003:25). Tegangan geser yang terjadi pada dinding pipa merupakan faktor utama menurunnya garis energi dalam suatu aliran (majorlosses) selain bergantung pada jenis pipa. Ada beberapa teori untuk menghitung besarnya kehilangan tinggi tekan mayor, tetapi dalam kajian ini digunakan persamaan Hazen-Williams seperti yang tersaji pada Persamaan 2.11. (Haested, 2001 :278).
𝑉 = 0,85. 𝐶ℎ𝑤 . 𝑅0,63 . 𝑆0,54……….…( 2.11) Dimana :
Q = debit aliran pada pipa (𝑚3/det ) V = kecepatan pada pipa (m/det)
𝐶ℎ𝑤 = koefisien kekasaran Hazen-Williams A = luas penampang aliran (𝑚2)
R = jari-jari hidrolis (m)
= 𝐴
𝑃=
1 4 𝜋 𝐷2
𝜋𝐷
R = D / 4
S = kemiringan garis energi (m/m)
= ℎ𝑓 = 𝐿
Untuk Q = V/A, didapat persamaan kehilangan tinggi tekan mayor menurut Hazen-Williams dapat dihitung dengan rumus yang tersaji pada Persamaan 2.12 dan 2.13. (Wabber 1971 : 121) :
ℎ𝑓 = 𝑘. 𝑄1.85………...……( 2.12)
k = 10,7 𝐿
𝐶ℎ𝑤1.85.𝐷4,87………( 2.13) Dengan :
ℎ𝑓 = kehilangan tinggi tekan mayor (m) K = koefisien karakteristik pipa
Q = debit aliran pada pipa (𝑚3/det ) 𝐶ℎ𝑤 = koefisien kekasaran Hazen-Willialms
D = diameter pipa (m) L = panjang pipa (m)
Tabel 2. 3 Koefisien Kekasaran Pipa Menurut Hazen-Williams
Sumber : DPUD Jenderal Cipta Karya Direktorat Air Bersih (1987 : 8 dari 14)
2.9.2 Kehilangan Tinggi Tekan Minor
Faktor lain yang juga ikut mempengaruhi besarnya kehilangan tinggi tekan pada suatu aliran adalah adanya kehilangan tinggi tekan minor. Adanya perubahan mendadak dari ukuran penampang pipa yang menyebabkan kehilangan tinggi tekan minor mengakibatkan turbulensi, belokan-beloka, adanya katup dan berbagai jenis sambungan. Kehilangan tinggi tekan minor semakin besar bila terjadi perlambatan kecepatan aliran di dalam pipa dibandingkan peningkatan kecepatan akibat terjadi pusaran arus yang ditimbulkan oleh pemisahan aliran dari bidang batas pipa. Pada jaringan pipa sederhana, kehilangan tinggi tekan minor tidak boleh diabaikan karena nilainya
Jenis Pipa
Nilai Koefisien
Hazen-Williams (Chw)
PVC 140 - 150
Pipa Asbes 120 -150
Pipa berlapis
semen 100 - 140
Pipa besi
digalvani 100 - 120
Cast iron 90 - 125
cukup berpengaruh. Kehilangan tinggi tekan minor dapat diabaikan hanya untuk pipa-pipa yang Panjang atau L/D>>1000.
Kehilangan energi ditempat-tempat tersebut disebut sebagai kehilangan energi minor. Tidak menutup kemungkinan kehilangan energi minor dapat berpengaruh lebih besar daripada mayor. Dengan demikian kehilangan energi minor juga harus diperhatikan dan dapat ditulis seperti Persamaan 2.14 dan 2.15.
(Triatmodjo, 2008 : 109) : ℎ𝑓 = 𝑘 𝑄
2 𝐴2𝑔………..………( 2.14)
Atau ℎ𝑓 = 𝑘 𝑣2
2 𝑔……….………( 2.15)
Dengan :
ℎ𝑓 = kehilangan energi minor (m) v = kecepatan aliran (m/detik) g = percepatan gravitasi (m/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘2) k = koefisien kehilangan energi minor
Koefisien k sangat berfariasi tergantung dari bentuk fisik saluran, bisa dikarenakan belokan, pengecilan, katup, dan sebagainya. Oleh karena itu Triatmodjo (2008 : 110) sudah memberikan range dari setiap parameter k itu tentu saja angka yang ditunjukan masih berupa pendekatan dikarenakan harga k masih bergantung juga dari bahan, umur, pembuatan fitting, dan faktor manusia.
Tabel 2. 4. Koefisien Kehilangan Tinggi Tekan Berdasarkan Perubahan BentukPipa (K)
Jenis Perubahan
Bentuk Pipa K
Jenis
Perubahan K
Bentuk Pipa
Inlet Belokan 90o
Bell mounth 0,03 – 0,05 R/D=4 0,16-0,18
Rounded 0,12-0,25 R/D=2 0,19-0,25
Sharp Edged 0,50 R/D=1 0,35-0,40
Projecting 0,80 Belokan Tertentu
Pengecilan Tiba-tiba θ = 15o 0,05
D2/D1 = 0,80 0,18 θ = 30o 0,10
D2/D1 = 0,50 0,37 θ = 45o 0,20
D2/D1 = 0,20 0,49 θ = 60o 0,35
Pengecilan Mengerucut θ = 90o 0,80 D2/D1 = 0,80 0,05 T (Tee)
D2/D1 = 0,50 0,07 Aliran searah 0,03-0,04 D2/D1 = 0,20 0,08
Aliran
bercabang 0,75-1,80 Pembesaran Tiba-tiba Persilangan
D2/D1 = 0,80 0,16 Aliran searah 0,50 D2/D1 = 0,50 0,57
Aliran
bercabang 0,75 D2/D1 = 0,20 0,92
45o Wye Pembesaran
Mengerucut
D2/D1 = 0,80 0,03 Aliran searah 0,30 D2/D1 = 0,50 0,08 Aliran bercabang 0,50 D2/D1 = 0,20 0,13
Sumber : Triatmodjo (2008 : 111)
2. 10 Jaringan Distribusi dan Sistem Pengaliran
Untuk jaringan distribusi ada 2 sistem yaitu jaringan terbuka dantertutup, dimana pemakaiannya berdasarkan beberapa faktor.
2.10.1 Jaringan Terbuka
Karakteristik jaringan ini adalah pipa-pipa distribusi tidak saling berhubungan, air mengalir dalam satu arah dan area disuplai satu jalur pipa utama.
2.10.2 Tertutup
Jaringan ini terdiri dari pipa-pipa distribusi yang saling berhubungan, air mengalir dari jaringan pipa utama. Sistem ini cenderung diterapkan pada daerah yang bersifat jalannya saling berhubungan, perkembangan kota cenderung ke segala arah dan keadaan topografi yang relative dasar.
2. 11 Perhitungan Jaringan Distribusi
Usaha penyediaan dan pendistribusian air bersih kepada masyarakat harus selalu diperhatikan kualitasnya, oleh karena itu air bersih harus memenuhi persyaratan yang telah ditentukan. Kriteria yang kemudian digunakan sebagai pedoman dalam mendimensi serta mendesain jaringan tersebut antara lain adalah :
a. Tinggi tekanan yang harus disediakan pada titik atau node minimum 10 meter.
b. Tinggi tekanan yang diijinkan pada titik atau node maksimum 50 meter.
c. Jenis pipa yang digunakan adalah pvc.
d. Sistem jaringan yang digunakan adalah jaringan terbuka.
e. Evaluasi jaringan dengan menggunakan program WaterNET Versi 3.0.
f. Untuk mencari kehilangan tekanan dalam pipa ditulis dalam Persamaan 2.16.
𝐻𝑓 = 10,7 𝑥 𝑄1.852
𝐷4,87 𝑥 𝐶1.852 x L………( 2.16)
Dimana :
𝐻𝑓 = Kehilangan tekanan dalam pipa (m) L = Panjang Pipa (m)
C = Koefisien Hanzen-William Q = Debit dalam pipa (𝑚3/det ) D = Diam
2. 12 Sistem Pengaliran
Menurut Joko (2015:15) sesuai dengan kondisi tophografi ada beberpa cara yang dapat dilakukan untuk menghubungkan distribusi sumber air terhadap konsumen. Berikut ini adalah penjelasan dari beberapa alternatif tersebut :
2.12.1 Metode Gravitasi
Sistem pengaliran gravitasi dapat digunakan apabila elevasi sumber air memiliki perbedaan cukup besar dengan elevasi daerah pelayanan, sehingga tekanan yang diperlukan dapat dipertahankan.
2.12.2 Metode Pompa
Metode pompa digunakan untuk meningkatkan tekanan yang dibutuhkan dalam pendistribusian air dari reservoir ke konsumen. Metode ini dapat digunakan apabila elevasi antara sumber air dengan daerah pelayanan tidak dapat memberikan tekanan yang cukup.
2.12.3 Metode Gabungan
Metode gabungan digunakan apabila terjadi beberapa kondisi yang tidak memungkinkan untuk menggunakan hanya metode saja, misalnya ketika pemakaian air dalam kondisi rendah yaitu air dipompa lalu disimpan dalam reservoir distribusi. Gunanya reservoir distribusi untuk cadangan air selama pemakaian masih tinggi.
2. 13 Perpipaan 2.13.1 Jenis Pipa
Ada beberapa jenis pipa yang dapat dilihat dari material pipa tersebut, seperti CI, beton (concrete), baja (steel), AC, GI, Plastik dan PVC. (Unit Air Baku dalam Sistem Penyediaan AirMinum, Tri Joko 2010:154-157)
a. Cost-Iron Pipe
Pipa CI tersedia dengan beberapa ukuran Panjang 3,7 dan 5,5 dengan diameter pipa 50-900 mm, serta dapat menahan tekanan air yang ada hingga 240m tergantung besar diameter pipanya.
Kelebihan :
1. Harga tidak terlalu mahal
2. Ekonomis karena berumur Panjang (bisa mencapai 100 tahun) 3. Kuat dan tahan lama
4. Tahan korosi jika dilapisi 5. Mudah disambung
6. Dapat menahan tekanan tanpa mengalami kerusakan Kekurangan :
a. Bagian dalam pipa lama kelamaan menjadi kasar sehingga kapasitas pengangkutan berkurang
b. Pipa berdiameter besar berat dan tidak ekonomis
c. Cenderung patah selama pengangkutan atau penyambungan
b. Concrate Pipe
Pipa ini biasa digunakan jika tidak berada dalam tekanan dan kebocoran pada pipa tidak terlalu di persoalkan. Diameter pipa beton mencapai 610mm.
Kelebihan :
a. Bagian dalam pipa halus dan kehilangan akibat friksi paling sedikit b. Tahan lama, sekurangnya 75 tahun
c. Tidak berkarat atau terbentuk lapisan didalamnya d. Biaya pemeliharaan murah
Kekurangan :
a. Pipanya berat dan sulit digunakan b. Cenderung patah selama pengangkutan c. Sulit diperbaiki
c. Steel Pipe
Pipa ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan pipa yang berdiameter besar dan bertekanan tinggi. Pips ini dibuat dengan ukuran dan diameter standar. Pipa baja kadang-kadang dilindungi dengan lapisan semen mortar.
Kelebihan : a. Kuat
b. Lebih ringan daripada CI
c. Mudah dipasang dan disambung
d. Dapat menahan tekanan hingga 70 mka (meter kolom) Kekurangan :
a. Mudah rusak karena air yang asam dan basa
b. Daya tahan hanya 25-30 tahun kecuali dilapis dengan bahan tertentu
d. Asbestos-Cement Pipe
Pipa ini dibuat dengan mencampurkan serat asbes dengan semen pada tekanan tinggi. Diameternya berkisar antara 50 – 900 mm dan dapat menahan tekanan antara 50 – 250 mm tergantung kelas dan tipe pembuatan.
Kelebihan :
a. Ringan dan mudah digunakan
b. Tahan terhadap air yang asam dan basa
c. Bagian dalamnya halus dan tahan terhadap korosi
d. Tersedia untuk ukuran yang Panjang sehingga sambungannya lebih sedikit
e. Dapat dipotong menjadi berbagai ukuran Panjang dan disambungkan seperti pipa CI
Kekurangan :
a. Rapuh dan mudah patah
b. Tidak dapat digunakan untuk tekanan tinggi
e. Galvanised-Iron Pipe
Pipa ini banyak digunakan untuk pipa saluran di dalam Gedung. Memiliki diameter 60 -75 mm.
Kelebihan : a. Murah
b. Ringan, sehingga mudah digunakan dan diangkut c. Mudah disambung
d. Bagian dalamnya halus sehingga kehilangan tekanan akibat gesekan kecil
Kekurangan :
a. Umurnya pendek antara 7 – 10 tahun
b. Mudah rusak karena air yang asam dan basa serta mudah terbentuk lapisan kotoran di bagian dalamnya
c. Mahal dans erring digunakan untuk krbutuhan pipa dengan diameter kecil
f. Plastic Pipe
Pipa plastik memiliki banyak kelebihan, seperti tahan terhadap korosi, ringan dan murni. Pipa Polythene tersedia dalam warna hitam. Pipa ini lebih tahan terhadap bahan kimia, kecuali asam nitrat dan asam kuat, lemak dan minyak.
Pipa plastic terdiri atas 2 (dua) tipe :
a. Low-Density Polythene pipe. Pipa cenderung lebih fleksibel, memiliki diameter yang tersedia mencapai 63 mm, digunakan untuk jalan Panjang dan tidak direkomendasikan untuk penyediaan air minum didalam gedung.
b. High-Density Polythene pipe. Pipa ini lebih kuat dibandingan Low- Density Polythene pipe. Diameternya berkisar antara 16 – 400 mm tetapi pipa berdiameter besar hanya digunakan jika terdapat kesulitan menyambung pipa berdiameter kecil. Pipa ini juga dapat digunakan untuk mengangkit air dalam jalur yang Panjang.
Pipa plastik tidak bisa memenuhi standar lingkungan, yaitu jika terjadi kontak dengan bahan-bahan seperti asam organic, keton, ester, alcohol dan sebagainya. High-Density pipe lebih buruk dibandingkan Low-Density dalam permasalahan ini.
g. PVC Pipe (Unplasticised)
Kekakuan pipa PVC (polyvinyl chloride) adalah tiga kali kekakuan pipa polythene biasa. Pipa PVC dapat menahan tekanan lebih tinggi dan lebih kuat. Sambungan lebih mudah dibuat dengan car las.
Pipa PVC tahan terhadap asam organic, alkali dan garam, senyawa organic serta korosi. Pipa ini banyak digunakan untuk penyediaan air dingin di dalam maupun di luar system penyediaan air minum, system pembunagan dan drainase bawah tanah. Pipa PVC tersedia dalam ukuran yang bermacam- macam.
2. 14 Perpipaan Distribusi
Perpipaan distribusi yang berfungsi untuk mengaliri air dari reservoir distribusi sampai dengan disambungkan pelanggan. (Peraturan Mentri No. 18 Tahun 2007:62
2.14.1 Diameter Pipa Distribusi
Ukuran diameter pipa distribusi dapat dilihat pada table berikut ini : Tabel 2. 5. Diameter Pipa Distribusi
Sumber : Peraturan Mentri Pekerjaan Umum No 18 Tahun 20017
2.14.2 Perlengkapan Pipa Distribusi
Untuk menunjang system distribusi agar dapat berfungsi secara teratur, peralatan yang diperlukan antara lain :
a. Katup/valve
Katup berfungsi untuk membuka dan menutup aliran dalam pipa, dipasang pada :
1. Lokasi ujung pipa tempat aliran masuk atau aliran keluar : Setiap percabangan
2. Pipa penguras atau wash out
Tipe katup yang dapat dipakai pada jaringan pipa distribusi adalah Katup Gerbang (Gate Valve) dan Katup Kupu-Kupu (Butterly Valve).
b. Katup Penguras (Wash Out/Blow Off)
Dipasang pada tempat-tempat yang relative rendah sepanjang jalur pipa, ujung jalur pipa yang mendatar dan menurun dan titik awal jembatan.
c. Katup Udara (Air Valve) Cakupan
Sistem
Pipa Distribusi
Utama
Pipa Distribusi Pembawa
Pipa Distribusi
Pembagi
Pipa Pelayanan
Sistem Kecamatan
≥ 100 mm 75-100 mm 75 mm 50 mm
Sistem Kota ≥ 150 mm 100-150 mm 75-100 mm 50-75 mm
Dipasang pada titik tertinggi disepanjang pipa distribusi, di jembatan pipa dengan perletakan 1 4⁄ panjang bentang pipa dari arah aliran, pada jalur lurus setiap jarak tertentu.
d. Hidran Kebakaran
Dipasang pada jaringan pipa distribusi dengan jarak antar hidran maksimum tidak boleh lebih dari 300 m di depan Gedung perkantoran kran komersial.
(Peraturan Mentri No. 18 Tahun 2007:65-66)
2. 15 Reservoir
Reservoir distribusi merupakan bangunan penampungan air minum sebelum dilakukan pendistribusian ke pelanggan/masyarakat, yang dapat ditempatkan dibawah permukaan tanah maupun di atas permukaan tanah.
Bangunan reservoir umumnya ditempatkan di dekat jaringan distribusi pada ketinggian yang cukup untuk mengalirkan air secara baik dan merata ke seluruh daerah konsumen.
(Unit Produksi dalam Sistem Penyediaan Air Minum, Tri Joko 2010:237) 2.15.1 Volume Reservoir
a. Reservoir Pelayanan
Volume reservoir pelayanan atau service reservoir ditentukan berdasarkan :
➢ Total volume air maksimum yang harus ditampung pada saat pemakaian air minimum ditambah volume air yang harus disediakan pada saat pengaliran jam puncak karena adanya fluktuasi pemakaian air di wilayah pelyanan dan periode pengisian reservoir.
➢ Cadangan air untuk pemadam kebakaran kota sesuai dengan peraturan berlaku untuk daerah setempat Dinas Kebakaran
➢ Kebutuhan air khusus, yaitu pengurasan reservoir, taman dan peristiwa khusus.
(Unit Produksi dalam Sistem Penyediaan Air Minum, Tri Joko 2010:245)
2.15.2 Reservoir Penyeimbang
Volume efektif reservoir penyeimbang atau balance reservoir ditentukan berdasarkan keseimbangan aliran keluar dan aliran masuk reservoir selama pemakaian air didaerah pelayanan. Sistem pengisian reservoir dapat dengan system pompa maupun gravitasi.
Metode perhitungan volume efektif reservoir : a. Secara Tabulasi
Dengan cara tabulasi, volume efektif adalah jumlah selisih terbesar yang positif (𝑚3) dan selisih terbesar yang negative (𝑚3) antara fluktuasi pemakaian air dan suplai air ke reservoir. Hasil perhitungan nilai komulatif di buat dalam bentuk table.
b. Metode Kurva Masa
Volume efektif didapat dari jumlah persentase akumulasi surplus terbesar pemakaian air ditambah akumulasi deficit terbesar pemakaian air terhadap akumulasi pengaliran air ke reservoir (bila pengaliran air ke reservoir dilakukan selama 24 jam)
c. Secara Presentasi
Volume efektif ditentukan sebesar sekian persen dari kebutuhan air maksimum perhari 15%. Penentuan dengan car aini tergantung pada kebiasaan kota yang bersangkutan, karena itu harus berdasarkan pengalaman.
(Unit Produksi dalam Sistem Penyediaan Air Minum, Tri Joko 2010:245-246) 2. 16 Perhitungan Hardy Cross
Dianggap bahwa karakteristik pipa dan aliran masuk dan meninggalkan jaringan pipa diketahui dan akan dihitung debit pada setiap elemen dari jaringan tersebut. Jika tekanan pada seluruh jaringan juga dihitung maka tinggi tekanan pada satu titik harus diketahui.
Prosedur perhitungan dengan metode Hardy Cross adalah sebagai berikut : 1. Pilih pembagian debit melalui tiap-tiap pipa Qo hingga terpenuhi syarat
kontinuitas.
2. Hitung kehilangan tenaga pada tiap pipa dengan rumus hf = K.Q 𝐾 = 101,6.𝑙
𝜋2 .𝐾𝑠𝑡2.𝑑(16 3⁄ )……….…( 2.17) Keterangan :
K = Koefisien hilang tekan Q = Debit pengaliran (𝑚3/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘) l = Panjang pipa (m)
d = Diameter pipa (m)
3. Jaringan pipa dibagi menjadi sejumlah jaring tertutup sedemikian sehingga tiap pipa termasuk dalam paling sedikit data jarring.
4. Hitung jumlah kerugian tinggi tenaga sekeliling tiap-tiap jaringan yaitu , Σ hf = 0
5. Hitung nilai Σ hf/Q untuk tiap jarring.
6. Pada tiap jarring diadakan koreksi debit ΔQ, supaya kehilangan tinggi tenaga dalam jaringan seimbang. Adapun koreksinya adalah sebagai berikut :
ΔQ = Σ Hf
2 .Σ 𝐾.𝑄𝑜2………..……( 2.18)
7. Dengan debit yang telah dikoreksi sebesar Qc= Qo + ΔQ, prosedur dari 1 sampai 6 diulangi hingga akhirnya dimisalkan dan ΔQ adalah debit hasil koreksi.
2. 17 Aplikasi WaterNet Versi 3.0
WaterNet adalah sebuah aplikasi yang dirancang untuk melakukan simulasi aliran air atau fluida lainnya (bukan gas) dalam pipa baik dengan jaringan (loop) maupun jaringan terbuka dan system distribusi fluida menggunakan system gravitasi, system pompanisasi maupun keduanya. Aplikasi waterNET dalam simulasi jaringan pipa secara garis memiliki fasilitas sebagai berikut :
1. Menghitung debit dan tekanan di seluruh jaringan pipa pada setiap node yang merupakan titik dengan elevasi berubah maupun berubah dengan instalasi reservoir, pompa, katub, dan tangka.
2. Menghitung demand atau air yang dapat diambil pada node jika tekanan node tersebut ditentukan.
3. Fasilitas pompa dengan persamaan Q-H (debit terhadap head) sama dengan persamaan daya tetap (constant power), parabola (satu titik), dan parabola 3 titik).
4. Fasilitas defult untuk mempermudah pengguna dalam menginput data.
5. Fasilitas Pustaka yang digunakan untuk mengukur kekasaran pipa dan kehilangan tenaga sekunder.
6. Fasilitas katub PRV, FCV, FBV, dan TVC yang diperlukan untuk jaringan pipa.
7. Fasilitas pipa aliran berubah, fasilitas fluktuasi, fasilitas editing, fasilitas hasil hitungan, pengubah node, penggambaran secara skalatis, link importance, dan kontur serta fasilitasnya.
32
