BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Umum
Manusia pada dasarnya selalu ingin memenuhi kebutuhan hidupnya dan juga selalu ingin berusaha untuk lebih mempermudah pekerjaan yang dilakukannya, maka pada akhirnya manusia berusaha untuk membuat mesin-mesin yang pada prinsipnya untuk mempermudah segala pekerjaan yang dilakukan oleh manusia.
Pipa pada umumnya digunakan sebagai sarana untuk menghantarkan fluida baik berupa gas maupun cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain. Adapun sistem pengaliran fluida dilakukan dengan metode gravitasi maupun dengan sistem aliran bertekanan.
Umumnya bagian perpipaan dan detailnya merupakan standar dari unit, seperti ukuran diameter, jenis katup yang akan dipasang, baut dan gasket pipa, penyangga pipa, dan lain-lain. Sehingga dengan demikian akan terdapat keseragaman ukuran antara satu dengan lainnya. Sedangkan di pasaran telah terdapat berbagai jenis pipa dengan ukuran dan bahan-bahan tertentu sesuai dengan kebutuhan seperti dari bahan Cast Iron, PVC (Polyvinil Chloride), New Steel, Galvanized iron dan lain-lain.
Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perpipaan tentu bukanlah suatu hal yang mudah, selain harus memiliki dasar ilmu keserjanaan teknik seperti mekanika fluida, hidrolika, pemilihan material, seni merancang jalur pipa dan banyak disiplin ilmu lain yang harus dikuasai serta yang terpenting dari semua itu adalah pengalaman di lapangan.
Dalam merancang suatu jalur pipa yang tersusun dari beberapa buah pipa yang disusun secara seri maupun paralel maka persoalan yang dihadapi belumlah begitu rumit, namun banyak juga jalur pipa yang ada bukanlah suatu rangkaian yang sederhana melainkan suatu jaringan pipa yang sangat kompleks, sehingga memerlukan penyelesaian yang lebih teliti. Dalam perencanaan itu hal-hal yang perlu diperhitungkan diantaranya besarnya kapasitas dan kecepatan aliran dari fluida yang melalui jalur pipa dan hal-hal lain yang perlu diperhitungkan dalam hal perencanaan.
Untuk menganalisa suatu jaringan pipa yang kompleks kita harus melakukan tahapan-tahapan iterasi hingga beberapa kali dengan menggunakan metode yang telah umum dikenal dengan nama metode Hardy-Cross. Akan tetapi seiring dengan perkembangan teknologi, pada saat ini kita dapat menganalisa jaringan perpipaan yang kompleks sekalipun dengan mudah menggunakan software distribusi seperti software EPANET 2.0.
Epanet 2.0 didesain sebagai alat untuk mengetahui perkembangan dan pergerakan air serta degradasi unsur kimia yang terkandung dalam air di pipa distribusi air bersih, yang dapat digunakan untuk analisa berbagai macam sistem distribusi, detail desain, analisa sisa khlor dan beberapa
unsur lainnya.
II.2 Definisi dan Persyaratan Air Bersih
II.2.1 Definisi Air Bersih
Air bersih adalah air yang digunakan untuk kebutuhan sehari-hari dan akan menjadi air minum setelah dimasak terlebih dahulu. Sebagai batasannya, air bersih adalah air yang memenuhi persyaratan bagi sistem penyediaan air minum. Adapun
persyaratan yang dimaksud adalah persyaratan dari segi kualitas air yang meliputi kualitas fisik, kimia, biologi dan radiologis, sehingga apabila dikonsumsi tidak menimbulkan efek samping (Ketentuan Umum Permenkes No. 416/Menkes/PER/IX/1990 (Dalam Modul Gambaran Umum Penyediaan dan Pengolahan Air Minum Edisi Maret 2003 hal. 3 dari 41)
II.2.2 Persyaratan Air Bersih
II.2.2.1. Persyaratan Kualitas
Persyaratan kualitas menggambarkan mutu dari air baku air bersih.
Dalam Modul Gambaran Umum Penyediaan dan Pengolahan Air Minum Edisi Maret 2003 hal. 4-5 dinyatakan bahwa persyaratan kualitas air bersih adalah
sebagai berikut : 1. Persyaratan fisik
Secara fisik air bersih harus jernih, tidak berbau dan tidak berasa. Selain itu juga suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau kurang lebih 25oC, dan apabila terjadi perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 25oC ± 3oC.
2. Persyaratan kimiawi
Air bersih tidak boleh mengandung bahan-bahan kimia dalam jumlah yang melampaui batas. Beberapa persyaratan kimia antara lain adalah : pH, total solid, zat organik, CO2 agresif, kesadahan, kalsium (Ca), besi (Fe), mangan (Mn), tembaga (Cu), seng (Zn), chlorida (Cl), nitrit, flourida (F), serta logam.
3. Persyaratan bakteriologis
Air bersih tidak boleh mengandung kuman patogen dan parasitik yang mengganggu kesehatan. Persyaratan bakteriologis ini ditandai dengan tidak adanya bakteri E. coli atau fecal coli dalam air.
4. Persyaratan radioaktifitas
Persyaratan radioaktifitas mensyaratkan bahwa air bersih tidak boleh mengandung zat yang menghasilkan bahan-bahan yang mengandung radioaktif, seperti sinar alfa, beta dan gamma.
II.2.2.2. Persyaratan Kuantitas (Debit)
Persyaratan kuantitas dalam penyediaan air bersih adalah ditinjau dari banyaknya air baku yang tersedia. Artinya air baku tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan sesuai dengan kebutuhan daerah dan jumlah penduduk yang akan dilayani. Persyaratan kuantitas juga dapat ditinjau dari standar debit air bersih yang dialirkan ke konsumen sesuai dengan jumlah kebutuhan air bersih. Kebutuhan air bersih masyarakat bervariasi, tergantung pada letak geografis, kebudayaan, tingkat ekonomi, dan skala perkotaan tempat tinggalnya.
II.2.2.3. Persyaratan Kontinuitas
Air baku untuk air bersih harus dapat diambil terus menerus dengan fluktuasi debit yang relatif tetap, baik pada saat musim kemarau maupun musim hujan. Kontinuitas juga dapat diartikan bahwa air bersih harus tersedia 24 jam per hari, atau setiap saat diperlukan, kebutuhan air tersedia. Akan tetapi kondisi ideal tersebut hampir tidak dapat dipenuhi pada setiap wilayah di Indonesia, sehingga untuk menentukan tingkat kontinuitas pemakaian air dapat dilakukan dengan cara
pendekatan aktifitas konsumen terhadap prioritas pemakaian air. Prioritas pemakaian air yaitu minimal selama 12 jam per hari, yaitu pada jam-jam aktifitas kehidupan, yaitu pada pukul 06.00 – 18.00.
Kontinuitas aliran sangat penting ditinjau dari dua aspek. Pertama adalah kebutuhan konsumen. Sebagian besar konsumen memerlukan air untuk kehidupan dan pekerjaannya, dalam jumlah yang tidak ditentukan. Karena itu, diperlukan pada waktu yang tidak ditentukan. Karena itu, diperlukan reservoir pelayanan dan fasilitas energi yang siap setiap saat.
Sistem jaringan perpipaan didesain untuk membawa suatu kecepatan aliran tertentu. Kecepatan dalam pipa tidak boleh melebihi 0,6–1,2 m/dt. Ukuran pipa harus tidak melebihi dimensi yang diperlukan dan juga tekanan dalam sistem harus tercukupi. Dengan analisis jaringan pipa distribusi, dapat ditentukan dimensi atau ukuran pipa yang diperlukan sesuai dengan tekanan minimum yang diperbolehkan agar kuantitas aliran terpenuhi.
II.2.2.4. Persyaratan Tekanan Air
Konsumen memerlukan sambungan air dengan tekanan yang cukup, dalam arti dapat dilayani dengan jumlah air yang diinginkan setiap saat. Untuk menjaga tekanan akhir pipa di seluruh daerah layanan, pada titik awal distribusi diperlukan tekanan yang lebih tinggi untuk mengatasi kehilangan tekanan karena gesekan, yang tergantung kecepatan aliran, jenis pipa, diameter pipa, dan jarak jalur pipa tersebut.
Dalam pendistribusian air, untuk dapat menjangkau seluruh area pelayanan dan untuk memaksimalkan tingkat pelayanan maka hal wajib untuk diperhatikan adalah sisa tekanan air. Sisa tekanan air tersebut paling rendah adalah 5 mka (meter kolom
air) atau 0,5 atm (satu atm = 10 m), dan paling tinggi adalah 22 mka (setara dengan gedung 6 lantai).
Menurut standar dari DPU, air yang dialirkan ke konsumen melalui pipa transmisi dan pipa distribusi, dirancang untuk dapat melayani konsumen hingga yang terjauh, dengan tekanan air minimum sebesar 10mka atau 1atm. Angka tekanan ini harus dijaga, idealnya merata pada setiap pipa distribusi. Jika tekanan terlalu tinggi akan menyebabkan pecahnya pipa, serta merusak alat-alat plambing (kloset, urinoir, faucet, lavatory, dll). Tekanan juga dijaga agar tidak terlalu rendah, karena jika tekanan terlalu rendah maka akan menyebabkan terjadinya kontaminasi air selama
II.3 Sistem Distribusi dan Sistem Pengaliran Air Bersih
II.3.1. Sistem Distribusi Air Bersih
Sistem distribusi adalah sistem yang langsung berhubungan dengan konsumen, yang mempunyai fungsi pokok mendistribusikan air yang telah memenuhi syarat ke seluruh daerah pelayanan. Sistem ini meliputi unsur sistem perpipaan dan perlengkapannya, hidran kebakaran, tekanan tersedia, sistem pemompaan (bila diperlukan), dan reservoir distribusi.
Sistem distribusi air minum terdiri atas perpipaan, katup-katup, dan pompa yang membawa air yang telah diolah dari instalasi pengolahan menuju pemukiman, perkantoran dan industri yang mengkonsumsi air. Juga termasuk dalam sistem ini adalah fasilitas penampung air yang telah diolah (reservoir distribusi), yang digunakan saat kebutuhan air lebih besar dari suplai instalasi, meter air untuk menentukan banyak air yang digunakan, dan keran kebakaran.
Dua hal penting yang harus diperhatikan pada sistem distribusi adalah tersedianya jumlah air yang cukup dan tekanan yang memenuhi (kontinuitas pelayanan), serta menjaga keamanan kualitas air yang berasal dari instalasi pengolahan. Tugas pokok sistem distribusi air bersih adalah menghantarkan air bersih kepada para pelanggan yang akan dilayani, dengan tetap memperhatikan faktor kualitas, kuantitas dan tekanan air sesuai dengan perencanaan awal. Faktor yang didambakan oleh para pelanggan adalah ketersedian air setiap waktu. Suplai air melalui pipa induk mempunyai dua macam sistem:
Continuous system
Dalam sistem ini air minum yang disuplai ke konsumen mengalir terus menerus selama 24 jam. Keuntungan sistem ini adalah konsumen setiap saat dapat memperoleh air bersih dari jaringan pipa distribusi di posisi pipa manapun. Sedang kerugiannya pemakaian air akan cenderung akan lebih boros dan bila terjadi sedikit kebocoran saja, maka jumlah air yang hilang akan sangat besar jumlahnya.
Intermitten system
Dalam sistem ini air bersih disuplai 2-4 jam pada pagi hari dan 2-4 jam pada sore hari. Kerugiannya adalah pelanggan air tidak bisa setiap saat mendapatkan air dan perlu menyediakan tempat penyimpanan air dan bila terjadi kebocoran maka air untuk fire fighter (pemadam kebakaran) akan sulit didapat. Dimensi pipa yang digunakan akan lebih besar karena kebutuhan air untuk 24 jam hanya disuplai dalam beberapa jam saja. Sedang keuntungannya adalah pemborosan air dapat dihindari dan juga sistem ini cocok untuk daerah dengan sumber air yang terbatas.
II.3.2. Sistem Pengaliran Air Bersih
Air merupakan hal yang sangat penting dalam kehidupan makhluk hidup umumnya dan manusia khususnya. Air sebagai pemenuh kebutuhan untuk berbagai kebutuhan sehari-hari, diantaranya untuk keperluan aktifitas domestik, keperluan industri, sosial, perkantoran dan kebutuhan-kebutuhan lainnya.
Untuk menngalirkan air minum kepada konsumen dengan kuantitas, kualitas dan tekanan yang cukup memerlukan sistem perpipaan yang baik, reservoir, pompa dan dan peralatan yang lain. Di dalam sistem transmisi ada beberapa cara pengaliran yang dapat dilakukan, antara lain :
Sistem saluran terbuka, sistem ini hanya memperhatikan ketinggian tanah dan konstruksi saluran untuk dapat mengalirkan air dengan kapasitas besar sehingga biaya pembuatan dan operasionalnya murah. Saluran yang terbuka amat sensitif terhadap faktor eksternal yang dapat mempengaruhi kualitas air yang dialirkan.
Sistem saluran tertutup, sistem ini mampu membawa air dengan kapasitas besar dan memungkinkan kehilangan air kecil bila dibandingkan dengan debitnya.
Sistem pipa, pada sistem ini aliran tidak tergantung pada profil tanah. Kualitas air tidak mudah dipengaruhi oleh faktor luar, selain itu operasi dan pemeliharaannya mudah, walaupun biaya pembuatannya lebih mahal jika dibandingkan dengan sistem terbuka dan sistem tertutup.
II.4. Sistem dan Komposisi Sistem Penyediaan Air Minum
II.4.1. Sistem Penyediaan Air Minum
Dilihat dari sudut bentuk dan tekniknya, sistem penyediaan air minum dapat dibedakan atas 2 macam sistem, yaitu :
a. Penyediaan air minum untuk individual
Adalah sistem untuk penggunaan individual dan untuk pelayanan terbatas.
b. Penyediaan air minum komunitas atau perkantoran
Sistem pada metode ini ditujukan untuk suatu komunitas besar atau kota. Sistem penyediaan yang digunakan pada tugas akhir ini adalah sistem penyediaan air minum perkotaan.
II.4.2. Komposisi Sistem Penyediaan Air Minum
Menurut Ray K. Linsey and Joseph B. Franzini (1985), unsur-unsur yang membentuk suatu sistem penyediaan air yang modern meliputi :
1. Sumber-sumber penyediaan 2. Sarana-sarana penampungan
3. Sarana-saran penyaluran (ke pengolahan) 4. Sarana-sarana pengolahan
5. Sarana-sarana penyaluran (dari pengolahan) tampungan sementara 6. Sarana-sarana distribusi
Gambar 2.1 Kaitan hubungan antara unsur-unsur fungsional dari suatu sistem penyediaan air kota.
Tabel 2.1. unsur-unsur fungsional dari sistem penyediaan air minum.
Unsur fungsional Masalah utama dalam perencanaan sarana (utama / sekunder) Uraian
Sumber penyediaan Jumlah / mutu
Sumber-sumber air permukaan bagi penyediaan, misalnya sungai, danau dan waduk atau sumber air tanah
Penampungan Jumlah / mutu
Sarana-sarana yang dipergunakan untuk menampung air permukaan biasanya terletak pada atau dekat sumber penyediaan
Penyaluran Jumlah / mutu Sarana-sarana untuk menyalurkan air dari tampungan ke sarana pengolah
Pengolahan Jumlah / mutu Sarana-sarana yang dipergunakan untuk memperbaiki atau merubah mutu air
Sumber penyediaan air
Penampungan Penyaluran Pengolahan Penyaluran dan Pengolahan Distribusi
Penyaluran & penampungan Jumlah / mutu
Sarana-sarana untuk menyalurkan air yang sudah diolahke sarana penampungan sementara serta ke satu atau beberapa titik distribusi
Distribusi Jumlah / mutu
Sarana-sarana yang dipergunakan untuk membagi air ke masing-masing pemakai yang terkait di dalam sistem
Sumber : Ray K. Linsey and Joseph B. Franzini, 1985. Teknik Sumber Daya Air Jilid I . Erlangga. Jakarta.
II.5. Studi Kebutuhan Air Bersih
Untuk sebuah sistem penyediaan air minum, perlu diketahui besarnya kebutuhan dan pemakaian air. Kebutuhan air dipengaruhi oleh besarnya populasi penduduk, tingkat ekonomi dan faktor-faktor lainnya. Oleh karena itu, data mengenai keadaan penduduk daerah yang akan dilayani dibutuhkan untuk memudahkan permodelan evaluasi sistem distribusi air minum.
Kebutuhan air bersih berbeda antara kota yang satu dengan kota yang lainnya. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaan air bersih menurut Ray K. Linsey and Joseph B. Franzini (1986) adalah :
1. Iklim
Kebutuhan air untuk mandi, menyiram taman, pengaturan udara dan sebagainya akan lebih besar pada iklim yang hangat dan kering daripada di iklim yang lembab. Pada iklim yang sangat dingin, air mungkin diboroskan di keran-keran untuk mencegah bekunya pipa-pipa.
2. ciri-ciri Penduduk
Pemakaian air dipengaruhi oleh status ekonomi dari para langganan. Pemakaian perkapita di daerah miskin jauh lebih rendah daripada di daerah-daerah kaya.
Di daerah-daerah tanpa pembuangan limbah, konsumsi dapat sangat rendah hingga hanya sebesar 10 gpcd (40 liter / kapita per hari).
3. Masalah Lingkungan Hidup
Meningkatnya perhatian masyarakat terhadap berlebihannya pemakaian sumber-sumber daya telah menyebabkan berkembangnya alat-alat yang dapat dipergunakan untuk mengurangi jumlah pemakaian air di daerah pemukiman. 4. Keberadaan Industri dan Perdagangan
Keberadaan industri dan perdagangan dapat mempengaruhi banyaknya kebutuhan air per kapita dari suatu kota.
5. Iuran Air dan Meteran
Bila harga air mahal, orang akan lebih menahan diri dalam pemakaian air dan industri mungkin mengembangkan persediaannya sendiri dengan biaya yang lebih murah. Para langganan yang jatah air diukur dengan meteran akan cenderung untuk memperbaiki kebocoran-kebocoran dan mempergunakan air dengan jarang. Pemasangan meteran pada beberapa kelompok masyarakat telah menurunkan pengguanaan air hingga sebanyak 40 persen.
6. Ukuran Kota
Penggunaan air per kapita pada kelompok masyarakat yang mempunyai jaringan limbah cenderung untuk lebih tinggi di kota-kota besar daripada di kota kecil. Secara umum, perbedaan itu diakibatakan oleh lebih besarnya pemakaian oleh industri, lebih banyaknya taman-taman, lebih banyaknya pemakaian air untuk perdagangan dan barang kali juga lebih banyak kehilangan dan pemborosan di kota-kota besar.
Untuk memproyeksi jumlah kebutuhan air bersih dapat dilakukan berdasarkan perkiraan kebutuhan air untuk berbagai macam tujuan ditambah perkiraan kehilangan air. Adapun kebutuhan air untuk berbagai macam tujuan pada umumnya dapat dibagi dalam :
a. Kebutuhan domestik - sambungan rumah - sambungan kran umum b. Kebutuhan non domestik
- Fasilitas sosial (Masjid, panti asuhan, rumah sakit dan sebagainya) - Fasilitas perdagangan/industri
- Fasilitas perkantoran dan lain-lainnya
Sedangkan kehilangan air dapat disebabkan oleh dua hal, yaitu :
a. Kehilangan air akibat faktor teknis, misalnya kebocoran dari pipa distribusi
b. Kehilangan air akibat faktor non teknis, antara lain sambungan tidak terdaftar. kerusakan meteran air, untuk kebakaran dan lain-lainnya.
II.5.1. Kebutuhan Domestik
Menurut J. Kindler and C.S. Russel (1984), kebutuhan air untuk tempat tinggal (kebutuhan domestik) meliputi semua kebutuhan air untuk keperluan penghuni. Meliputi kebutuhan air untuk mempersiapkan makanan, toilet, mencuci pakaian, mandi (rumah ataupun apartemen), mencuci kendaraan dan untuk menyiram pekarangan. Tingkat kebutuhan air bervariasi berdaasarkan keadaan alam di area pemukiman, banyaknya penghuni rumah, karakteristik penghuni serta ada atau tidaknya penghitungan pemakaian air.
Sedangkan menurut Ray K. Linsey and Joseph B. Franzini (1986), penggunaan rumah tangga adalah air yang dipergunakan di tempat-tempat hunian pribadi, rumah-rumah apartemen dan sebagainya untuk minum, mandi, penyiraman taman, saniter dan tujuan-tujuan lainnya. Taman dan kebun-kebun yang luas mengakibatkan sangat meningkatnya konsumsi pada masa-masa kering.
Penggunaan air kota dan jumlah-jumlah yang dipakai di Amerika Serikat Sedangkan menurut Ray K. Linsey and Joseph B. Franzini (1986), untuk keperluan rumah tangga berkisar antara 40-80 GPCD (gallon per kapita per hari) atau 150-300 LPCD (liter per kapita per hari) dan umumnya berkisar antara 65 GPCD (gallon per kapita per hari) atau 250 LPCD (liter per kapita per hari). sedangkan menurut J. Kindler and C.S. Russel (1984), penggunaan air rata-rata untuk rumah tangga adalah sebagai berikut :
Tabel 2.2. Penggunaan air rata-rata untuk rumah tangga
Jenis Kegiatan Kebutuhan Air (liter / orang / hari)
Dapur 45
Kamar mandi 60
Toilet 70
Mencuci pakaian 45
Lainnya (termasuk keperluan diluar rumah) 75
Total 295
Sumber : J. Kindler and C.S. Russel, 1984. Modeling Water Demands.Academic Press Inc. London, hal 153.
II.5.2 Kebutuhan Non Domestik
Kebutuhan non domestik adalah kebutuhan air bersih selain untuk keperluan rumah tangga dan sambungan kran umum, seperti penyediaan air bersih untuk perkantoran, perdagangan serta fasilitas sosial seperti tempat-tempat ibadah, sekolah, hotel, puskesmas, serta pelayanan jasa umum lainnya.
Tabel 2.3. Rata-rata Kebutuhan Air Per Orang Per Hari (Soufyan Moh. Noerbambang & Takeo Morimura, 2005)
No. Jenis Gedung
Pemakaian air rata rata per hari (liter) Jangka waktu pemakaian air rata rata sehari (jam) Perbanding an luas lantai efektif/total (%) Keterangan 1 Perumahan
mewah 250 8-10 42-45 Setiap penghuni
2 Rumah biasa 160-250 8-10 50-53 Setiap penghuni
3 Apartemen 200-250 8-10 45-50 Mewah: 250 liter Menengah : 180 ltr Sendiri : 120 ltr 4 Asrama 120 8 45-48 Sendiri 5 Rumah sakit 1000 8-10 50-55 (setiap tempat tidur pasien) Pasien luar : 500 ltr Staf/pegawai :120 ltr Kelg.pasien : 160 ltr 6 SD 40 5 58 Guru : 100 liter 7 SLTP 50 6 58 Guru : 100 liter 8 SLTA dan lebih tinggi 80 6 - Guru/Dosen:100 liter 9 Rumah-toko 100-200 8 - Penghuninya: 160 ltr
10 Gedung kantor 100 8 60-70 Setiap pegawai
11 Toko serba ada departement store 3 7 55-60 -
12 Pabrik/industri
Buruh pria: 60, wanita: 100
8 -
Per orang, setiap giliran (kalau kerja lebih dari 8 jam/hari)
13 Stasiun/termin
al 3 15 -
Setiap penumpang (yang tiba maupun berangkat
14 Restoran 30 5 - Untuk penghuni
160 ltr 15 Restoran umum 15 7 - Untuk penghuni: 160 ltr, pelayan: 100 ltr 70% dari jumlahl tamu perlu 15 ltr/org untuk kakus, cuci tangan dsb.
16 Gedung
pertunjukan 30 5 53-55
Kalau digunakan siang dan malam, pemakaian air dihitung per penonton, jam pemakaian air dalam tabel adalah untuk satu kali pertunjukan 17 Gedung bioskop 10 7 - - 18 Toko pengecer 40 6 - Pedangan besar: 30 liter/tamu, 10 liter/staff atau, 5 liter per hari setiap m2 luas lantai
19 Hotel/pengina
pan 250-300 10 -
Untuk setiap tamu, untuk staf 120-150 liter; penginapan 200 liter 20 Gedung peribadatan 10 2 - Didasarkan jumlah jemaah per hari
21 Perpustakaan 25 6 -
Untuk setiap pembaca yang tinggal
Sumber : Soufyan Moh. Noerbambang & Takeo Morimura, 2005
II.5.3. Kehilangan dan Pemborosan Air
Menurut Ray K. Linsey and Joseph B. Franzini (1986), kehilangan dan kebocoran air adalah air yang bocor dari sistem yang bersangkutan, kesalahan meteran, sambungan-sambungan yang tidak sah dan lain-lain hal yang tidak dihitung. Kategori kehilangan dan pemborosan ini sering dihitung kira-kira sebesar 20 gpcd (75/kapita per hari), tetapi jika konstruksinya tepat dan pemeliharaannya cermat, hal itu dapat diturunkan hingga kurang dari 5 gpcd (20 liter/kapita per hari).
II.5.4. Hubungan populasi dan tingkat kebutuhan air
Penggunaan air biasanya dianggap merupakan fungsi dari populasi. Estimasi penggunaan air biasanya berasal dari jumlah populasi. Akan tetapi, pada kenyataannya, tidak selamanya populasi memiliki hubungan yang erat dengan jumlah penggunaan air. Jumlah penggunaan air non domestik jauh lebih besar dibandingkan penggunaan untuk domestik pada sebuah populasi.
23 Perkumpulan
sosial 30 - - Setiap tamu
24 Kelab malam 120-350 - - Setiap tempat
duduk 25 Gedung
perkumpulan 150-200 - - Setiap tamu
II.5.5. Karakteristik Kota
Karakteristik kota juga menentukan pola penggunaan dan jumlah air yang akan digunakan. Kota industri biasanya menggunakan air yang lebih banyak dibandingkan kota biasa.
Untuk studi kali ini, daerah studi merupakan kompleks perumahan Dumai Housing Camp. Dumai Housing Camp merupakan komplek perumahan yang digunakkan untuk tempat tinggal karyawan PT. CPI, perkantoran, sekolah, rumah sakit, dan fasilitas umum serta fasilitas penunjang produksi PT. CPI lainnya. Dumai Housing Camp memiliki standard modern dalam pembangunannya. Jumlah penduduk Dumai Housing Camp cenderung tetap dari tahun ke tahun. Jumlah penghuni yang masuk hampir sama dengan jumlah penghuni yang keluar. Hal ini dikarenakan, jumlah rumah yang tersedia cenderung konstan. Kebutuhan air bersih, listrik dan telepon tersedia secara gratis untuk penghuni Dumai Housing Camp. Standard penggunaan listrik dan air Dumai Camp dianggap hampir sama dengan standard di Amerika Serikat. Bangunan di dalam Housing Camp yang dilayani oleh WTP-Dumai terdiri dari:
Rumah : 143 unit Kantor : 6 unit Gedung olahraga : 1 Rumah Sakit : 1 Rumah makan : 4 Sekolah : 3 unit Mesjid :1
Air bersih tersedia setiap waktu dan dapat digunakan dengan bebas. Air bersih siap minum disediakan oleh WTP Dumai dan di distribusikan ke setiap rumah di dalam Housing Camp.
II. 6. Konsep Dasar Aliran Fluida
Untuk aliran fluida dalam pipa khususnya untuk air terdapat kondisi yang harus diperhatikan dan menjadi prinsip utama, kondisi fluida tersebut adalah fluida merupakan fluida inkompresibel, fluida dalam keadaan steady dan seragam. Menurutu Mays Larry W. Water Resources Engineering(1st ed). John Wiley & sons (Asia) Pte, Ltd. Singapore (2004), dijelaskan bahwa :
A V Q
dimana: Q = laju aliran (m3/s)
A = luas penampang aliran ( m2) V = kecepatan aliran ( m/s )
Menurut Mays Larry W (2004), untuk aliran steady dan seragam seperti yang tergambar pada gambar 2.2 dalam pipa dengan diameter pipa konstan pada waktu yang sama berlaku :
2 2 1 1 A V A V Dimana :
V1 = Kecepatan awal di dalam pipa
A1 = Luas penampang saluran pada awal pipa
V2 = Kecepatan akhir di dalam pipa
Gambar 2.2. Aliran Steady dan Seragam II.7. Mekanisme Aliran Dalam Pipa
II.7.1 Pipa yang Dihubungkan Seri
Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka semua pipa akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa yang menurut Frank M. White.1986. Mekanika Fluida Jilid I. Penerbit Erlangga. Jakarta, dapat dirumuskan sebagai berikut :
Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = tetap (2.1)
Q0 = A1V1 = A2V2 = A3V3 (2.2)
∑ hl = hl1 + hl2 + hl3 (2.3)
Dimana :
Q0 = Debit awal pada pipa
V1 = Kecepatan awal di dalam pipa
V2 = Kecepatan akhir di dalam pipa
A2 = Luas penampang saluran pada akhir pipa
hl = Headloss pada pipa
Gambar 2.3 Pipa yang dihubungkan seri keterangan gambar :
H1 = Tinggi muka air pada kolam A
H2 = Tinggi muka air pada kolam B
H = Perbedaan tinggi muka air kolam A dan B
Hf = Headloss flow pada pipa
Persoalan yang menyangkut pipa seri sering dapat diselesaikan dengan menggunakan pipa ekuivalen, yaitu dengan menggantikan pipa seri dengan diameter yang berbeda-beda dengan satu pipa ekuivalen tunggal. Dalam hal ini, pipa tunggal tersebut memiliki kerugian head yang sama dengan system yang akan digantikannya untuk laju yang spesifik.
II.7.2. Pipa yang Dihubungkan Paralel
= arah aliran
Gambar 2.4 Pipa yang dihubungkan secara parallel
Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara paralel, total laju aliran sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada sebuah cabang sama dengan pada yang lain, dimana menurut Frank M. White (1986), dapat dirumuskan sebagai :
3 2 1 0 Q Q Q Q (2.4) 3 3 2 2 1 1 0 A V A V A V Q (2.5) 3 2 1 h h h h (2.6)
Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa persentase aliran yang melalui setiap cabang adalah sama tanpa memperhitungkan kerugian head pada cabang tersebut.
Rugi head pada setiap cabang boleh dianggap sepenuhnya terjadi akibat gesekan atau akibat katup dan perlengkapan pipa, diekspresikan menurut panjang pipa atau koefisien losses kali head kecepatan dalam pipa yang menurut Frank M. White (1986), dapat dirumuskan dalam persamaan 2.7 dan 2.8 berikut ini:
... 2 2 2 2 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 g v K d L f g v K d L f g v K d L f L L L 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 kL d L f kL d L f v v (2.7)
Diperoleh hubungan kecepatan :
(2.8)
II.8. Sistem Jaringan Pipa
Sistem jaringan pipa merupakan komponen utama dari sistem distribusi air bersih/minum suatu perkotaan.
Gambar 2.5 Contoh suatu sistem jaringan pipa.
Keterangan gambar :
Q1 = Debit aliran yang memasuki jaringan pipa
Q2 = Debit aliran yang memasuki jaringan pipa
Q3 = Debit aliran yang keluar dari jaringan pipa
Dewasa ini, sistem jaringan pipa air minum yang ada di kota-kota besar kebanyakan dibangun sejak zaman Belanda. Hal demikian menimbulkan beberapa kemungkinan terjadinya permasalahan-permasalahan seperti:
- kebocoran
- lebih sering terjadi kerusakan pipa atau komponen lainnya
- besarnya tinggi energi yang hilang
- penurunan tingkat layanan penyediaan air bersih untuk konsumen
permasalahan-permasalahan diatas diperparah lagi dengan meningkatnya sambungan-sambungan baru untuk daerah-daerah permukiman tanpa memperhatikan kemampuan ketersediaan air dan kemampuan sistem jaringan air minum tersebut.
Jaringan pipa pengangkut air kompleks dapat dianalisis dengan cepat menggunakan persamaan Hazen-Williams atau rumus gesekan lainnya yang sesuai. Perhitungan distribusi aliran pada suatu jaringan biasanya rumit karena harus memecahkan serangkaian persamaan hambatan yang tidak linear melalui prosedur yang iteratif. Kesulitan lainnya adalah kenyataan bahwa kebanyakan jaringan, arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi sukar untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran dan tekanan diberbagai titik menjadi persyaratan utama untuk menentukan ukuran pipa, sehingga harus diselesaikan dengan cara berurutan dan iterasi.
Sebuah jaringan yang terdiri dari sejumlah pipa mungkin membentuk sebuah loop, dimana pipa yang sama dipakai oleh dua loop yang berbeda, seperti terlihat
pada gambar 2.5. Ada dua syarat yang harus diperhatikan agar aliran dalam jaringan tersebut setimbang, yaitu :
1. Aliran netto ke sebuah titik harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa laju aliran ke sebuah titik pertemuan harus dengan laju aliran dari titik pertemuan yang sama.
2. Head losses netto diseputar sebuah loop harus sama dengan nol. Jika sebuah loop ditelusuri ke arah manapun, sambil mengamati perubahan akibat gesekan atau losses yang lain, kita harus mendapatkan aliran yang setimbang ketika kembali ke kondisi semula ( head dan tekanan ) pada kondisi awal.
Prosedur untuk menentukan distribusi distribusi aliran dalam suatu jaringan meliputi penentuan aliran pada setiap sehingga kontinuitas pada setiap pertemuan terpenuhi (syarat 1). Selanjutnya Head losses dari setiap loop dihitung dan jika tidak sama dengan nol maka aliran yang telah ditetapkan harus dikoreksi kembali dengan perkiraan dan metode iterasi yang disebut metdode Hardy Cross.
II.9. Aplikasi Epanet 2.0 dalam Analisa Jaringan Distribusi Air Bersih
Pada awalnya, software jaringan distribusi hanya digunakan untuk melakukan desain awal sistem distribusi. Dengan software yang un-user friendly membuat operator enggan untuk menggunakan software-software distribusi tersebut dalam menganalisis kondisi jaringannya. Namun seiring dengan perkembangan teknologi, software distribusi telah berkembang sehingga menjadi lebih mudah digunakan.
Dengan software distribusi, operator dapatmensimulasikan berbagai kemungkinan pengoperasian jaringan tanpa harus turun kelapangan dan bahkan tanpa
harus mengganggu kesinambungan pelayanan terhadap pelanggan. Jika pada awalnya operator harus turun ke lapangan dan mengumpulkan data sebanyak mungkin untuk mengetahui gambaran jaringannya maka kini operator hanya perlu turun ke lapangan untuk mengumpulkan data seminimal mungkin dalam memahami jaringan distribusinya.
Epanet adalah salah satu software distribusi yang user friendly dan banyak digunakan untuk menganalisa jaringan sistem distribusi. Epanet 2.0 adalah program komputer yang berbasis windows yang merupakan program simulasi dari perkembangan waktu dari profil hidrolis dan perlakuan kualitas air bersih dalam suatu jaringan pipa distribusi, yang didalamnya terdiri dari titik/node/junction pipa, pompa, valve (asesoris) dan reservoir baik ground reservoar maupun reservoir menara. Output yang dihasilkan dari program Epanet 2.0 ini antara lain debit yang mengalir dalam pipa, tekanan air dari masing masing titik/node/junction yang dapat dipakai sebagai analisa dalam menentukan operasi instalasi, pompa dan reservoir serta besarnya konsentrasi unsur kimia yang terkandung dalam air bersih yang didistribusikan dan dapat digunakan sebagai simulasi penentuan lokasi sumber sebagai arah pengembangan.
Epanet 2.0 didesain sebagai alat untuk mengetahui perkembangan dan pergerakan air serta degradasi unsur kimia yang terkandung dalam air di pipa distribusi air bersih, yang dapat digunakan untuk analisa berbagai macam sistem distribusi, detail desain, model kalibrasi hidrolis. Analisa sisa khlor dan beberapa unsur lainnya.
II.10. Permodelan dengan software EPANET 2.0
EPANET 2.0 adalah program komputer yang dapat menampilkan simulasi hidrolis dan kualitas air pada jaringan pipa bertekanan. Jaringan tersebut terdiri dari pipa, node atau junction pipa, pompa, valve, tengki penampungan atau reservoir.
Epanet dapat mengidentifikasi aliran air dalam setiap pipa, tekanan pada setiap node, ketinggian air pada tangki, dan konsentrasi senyawa kimia dalam jaringan selama periode simulasi.
Epanet didesain untuk membantu analisis sistem distribusi air minum, sehingga dapat digunakan untuk hal-hal berikut ini :
1. Pemilihan sumber pada sistem.
2. Pemilhan pompa beserta jadwal kerjanya.
3. Penentuan treatment tambahan, misalnya re-chlorinisasi.
4. Penentuan pipa yang perlu ditambahkan atau diganti.
Hasil analisis running EPANET dapat berupa peta jaringan dengan kode warna, tabel, grafik time-series, kontur plot dan lain-lain.
II.10.1. Permodelan Hidrolik
Kemampuan permodelan hidrolik EPANET adalah sebagai berikut :
1. Jaringan seluas mungkin, tanpa batasan-batasan tertentu.
2. Menghitung friction headloss, dengan menggunakan persamaan Hazen-Williams, Darcy – Weisbach atau Chezzy – Manning.
3. Menghitung minor losses untuk bend, fitting, dll.
4. Menghitung biaya dan energi pompa.
5. Memodelkan berbagai jenis valve.
6. Memungkinkan tangki penampungan dengan segala bentuk.
7. Memperhitungkan berbagai kategori demand pada setiap node dengan pattern dan variasi waktu masing-masing.
8. Memodelkan berbagai emitter.
9. Dapat beroperasi pada sistem yang kompleks dengan berbagai batasan.
II.10.2. Langkah-Langkah Menggunakan EPANET 2.0
Langakah-langkah untuk mulai bekerja menggunakan EPANET 2.0 adalah sebagai berikut :
1. Gambarkan jaringan sistem distribusi yang akan dianalisa, atau import data dasar dari jaringan yang tersimpan dalam text file.
2. Edit properties dari objek yang membentuk sistem.
3. Gambarkan sistem operasi.
4. Pilih dan atur analisis option.
Gambar 2.7 Pengaturan Hydraulic Option pada Epanet 2.0
5. Run analisis hidrolik.
6. Lihat hasil analisis.
II.10.3. Model Jaringan EPANET
Komponen-komponen fisik
EPANET 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 2.6
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 EPANET 2.0
Komponen-komponen fisik dalam pemodelan sistem distribusi air dengan EPANET 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 Hidrolis ( energi internal per satuan berat dari fluida)
Tekanan (pressure)
Kualitas Air
Sambungan (junction) juga dapat :
Memiliki kategori kebutuhan air secara ganda
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 2.7 dapat dilihat tampilan dari input data pada software Epanet 2.0.
Gambar 2.9 Properties Editor untuk input data pada Junction 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. Reservoar juga dijadikan titik sumber kualitas air.
dengan elevasi permukaan air jika bukan reservoar bertekanan) dan inisial kualitas air untuk analisa kualitas air. Karena sebuah reservoar 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 Properties editor untuk input data pada Reseervoir.
3. Tangki
Tangki membutuhkan node dengan data kapasitas, dimana volume air yang tersimpan dapat bervariasi berdasar waktu selama semulasi berlangsung. Input data yang dibutuhkan untuk node tank adalah :
Elevation, Ketinggian permukaan tanah pada titik node Tank berada.
Initial Level, Tinggi muka air pada tank pada saat awal simulasi dilakukan.
Minimum Level, Tinggi muka air minimum yang diizinkan untuk dapat digunakan pada simulasi.
Maximum Level, Tinggi muka air maksimum yang diizinkan untuk dapat digunakan pada simulasi.
Diameter, Diameter tangki untuk tangki yang berbentuk silindris. Untuk tangki yang berbentuk non silindris penyesuaian bentuk tangki dapat dilakukan dengan mengatur Minimum Volume, Volume Curve (dengan menetukan kurva hubungan volume air pada tank dengan ketinggian muka air)
Data lain yang dapat ditambahkan antara lain adalah :
1. Mixing model, menunujukkan tipe atau model pencampuran yang terjadi didalam tank. Model pencampuran yang dapat digunakan antara lain : fully mixed (Mixed), two compartment mixing (2COMP), first-in-first-out plug flow (FIFO), last-in-first-out plug flow (LIFO). Untuk pemodelan Dumai Camp Housing PT. CPI digunakan metode pemodelan Mixed.
2. Reaction Cefficient, merupakan koefisien reaksi untuk reaksi kimia di dalam tank. Satuan yang digunakan adalah l/hari. Nilai positif untuk reaksi pertumnuhan dan nilai negatif untuk reaksi pengurangan atau kehilangan.
3. Initial Quality dan Source Quality, merupakan input untuk memodelkan parameter kualitas air msalnya konsentrasi Chlorine. Adapun otput dari node tank adalah net inflow (debit netto aliran pada tank), elevation (tinggi muka air), pressure (tekanan hidrolik air) dan Quality (kualitas atau konsentrasi parameter air).
Gambar 2.11 Properties editor untuk input data pada tangki
4. Emitter
Emitter adalah junction untuk memodelkan aliran melalui nozzle atau orrifice yang ter-discharge ke atmosfer. Emitter biasa digunakan untuk memodelkan aliran melalui sistem sprinkler dan jaringan irigasi. Bisa juga digunakan untuk simulasi kebocoran pada pipa. Epanet membaca emitter sebagai property dari junction, bukan sebagai komponen jaringan tersendiri. 5. Pipes
Pipes atau pipa adalah link yang digunakan untuk mengalirkan air dari suatu node ke node yang lainnya pada suatu sistem jaringan perpipaan. Epanet 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 : 1) Loss coefficient, koefisien untuk menghitung minor losses karena
perlengkapan pipa seperti valve, bends, elbow dan sebagainya.
2) Initial status, status alitan air dalam pipa. Misalnya : open (aliran dua arah), closed (tertutup), dan CV atau check valve (aliran satu arah). 3) Bulk and Wall Coefficient, koefisien reaksi yang terjadi dalam pipa.
Biasanya diterapkan untuk aliran yang memiliki parameter kualitas air, seperti konsentrasi Chlorine.
Data output dari junction pipa adalah : 1) Flow (debit aliran)
2) Velocity (kecepatan aliran)
3) Unit head loss (head loss aliran dalam pipa) 4) Friction facrot darcy-weisbach
5) Reaction rate
6) Quality, kualitas parameter didalam aliran seperti konsentrasi chlorine. 7) Status, status atau keadaan aliran dalam pipa.
Gambar 2.12 Properties editor untuk input data pada pipa
Kehilangan tekanan (head loss) akibat gesekan air dengan dinding pipa dapat dihitung menggunakan persamaan Hazen Williams, Darcy-Weisbach atau Chezzy-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 teerbaik. Persamaan ini dapat diterapkan untuk cairan lain, selain air. Persamaan Chezzy-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 Dimana :
HL = head loss dalam feet Q = debit aliran dalam cfs
L = panjang pipa dalam feet D = diameter pipa dalam feet n = koefisien kekasaran Manning.
Persamaan Darcy-Weisbach
Menurut Kodoatie, Robert J (2002), nilai Hf adalah:
g d Lv f Hf 2 2 Dimana :
Hf = head loss (satuan panjang)
g = percepatan gravitasi
L = panjang pipa (satuan panjang) d = diameter pipa (satuan panjang)
v = kecepatan aliran (satuan panjang/satuan waktu) f = faktor gesekan (tanpa satuan)
Persamaan Hazen-Williams 871 , 4 852 , 1 852 , 1 727 , 4 D C LQ HL Dimana :
HL = headloss dalam feet Q = debit aliran dalam cfs L = panjang pipa dalam feet D = diameter pipa dalam feet
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
Sumber : Manual User Software EPANET 2.0
Minor Losses
Minor Head Losses, disebut juga local losses, atau dalam EPANET 2.0 sebagai loss coefficient, disebabkan oleh kehilangan tekanan pada pipa karena perlengkapan perpipaan seperti belokan-belokan, valve dan berbagai fitting lainnya. EPANET 2.0 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). Nilai koefisien minor losses untuk beberapa tipe fitting EPANET 2.0 dapat dilihat dalam tabel 2.5 berikut :
Tabel 2.5 Nilai koefisien minor losses untuk beberapa tipe fitting EPANET 2.0
Fitting Loss Coefficient
Globe vale, fully open 10
Angle valve, fully open 5
Swing check valve, fully open 2.5
Gate valve, fully open 0.2
Short radius elbow 0.9
Medium radius elbow 0.8
Long radius elbow 0.6
45 degree elbow 0.4
Closed return elbow 2.2
Standard tee – flow through run 0.6 Standard tee – flow through branch 1.8
Square entrance 0.5
Exit 1
Sumber : Manual User Software EPANET 2.0 6. 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). Sebagai pengganti kurva pompa, pompa dapat direpresentasikan sebagai pompa yang memiliki energi konstan, mensuplai konstan energi (horsepower atau kilowatt) kepada fluida untuk seluruh kombinasi dari aliran dan head.
Parameter output yang prinsip adalah aliran dan pencapaian head. Aliran melalui pompa adalah langsung dan EPANET tidak akan membolehkan pompa untuk beroperasi diluar range dari kurva pompa.
Gambar 2.13 Properties editor untuk input data pada pompa
Pompa dengan kecepatan variabel dapat juga mengikuti pengaturan kecepatan, dan dapat diubah pada kondisi yang sama. Didefinisikan kurva pompa asli pengaturan kecepatan relatif adalah 1. Jika kecepatan pompa ganda, pengaturannya haruslah 2; jika berjalan dengan kecepatan setengahnya, pengaturan relatif adalah 0,5 dan begitulah seterusnya. Mengubah kecepatan pompa dan posisi serta bentuk dari pompa kurva (lihat bagian dari Pump Curve dibawah) Seprti 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. EPANET dapat juga menghitung konsumsi energi dan biaya pompa. Setiap pompa dapat ditetapkan dengan kurva efisiensi dan skedul harga energi. Jika tidak disuplai, maka pengaturan energi global dapat digunakan.
Aliran melalui pompa adalah tidak langsung. Jika pengkondisian sistem membutuhkan lebih banyak head daripada yang dihasilkan pompa, EPANET mematikan pompa. Jika kebutuhannya melebihi meksimum aliran, EPANET mengekstarpolasi kurva pompa kepada aliran yang dibutuhkan, jika tidak akan menghasilkan head negatif. Dalam kedua kasus pesan peringatan akan muncul.
7. Valves
Valve adalah link yang membatasi pressure atau flow pada nilai tertentu dalam sebuah jaringan. Input yang penting dimasukka adalah :
1) Start dan End node, untuk menentukan orientasi arah aliran air dalam pipa.
2) Diameter valve 3) Tipe valve 4) Setting valve
Input lainnya adalah loss coefficient. Output link valve adalah flow rate, velocity, headloss, quality dan status link.
Berbagai tipe link valve dalam EPANET 2.0 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. EPANET 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. EPANET 2.0 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
EPANET 2.0 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 10 GPM, asumsikan interval time pattern diset 4 jam, dan faktor pengali utnuk demand pada node sebagai berikut :
Tabel 2.6 Penggunaan Pattern Demand pada EPANET 2.0
Period 1 2 3 4 5 6
multiplier 0.5 0.8 1 1.2 0.9 0.7
Sumber : Manual User Software EPANET 2.0
Berarti actual demand selama simulasi adalah sebagai berikut : Tabel 2.7 Demand Pattern Pada EPANET 2.0
Hour 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-28
Demand 5 8 10 12 9 7 5
Sumber : Manual User Software EPANET 2.0 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 EPANET dapat menyediakan tipe kurva sebagai berikut:
1. Pump Curve 2. Efficiency Curve 3. Volume Curve 4. Headloss Curve
Pump Curve
Kurva Pompa mejelaskan hubungan antara head dan laju aliran yang dapat dialirkan oleh pompa pada pengaturan kecepatan nominal. Head adalah head yang diperoleh air dari pompa dan digambarkan pada sumbu vertikal (Y) dengan satuan feet (meter) Laju Aliran digambarkan pada sumbe Horizontal (X) dalam unit debit. Kurva pompa yang valid harus memiliki head yang berkurang dalam pertambahan aliran.
EPANET akan menggunakan bentuk yang berbeda dari kurva pompa, bergantung pada jumlah poin yang dilayani
Single Point Curve, Sebuah kurva pompa dengan point tunggal didefinisikan dengan kombinasi head-flow tunggal yang menjelaskan titik operasi pompa yang diharapkan. EPANET menambah dua lagi point pada kurva dengan mengasumsikan head mati pada aliran nol sebanding dengan 133 % dari head desain dan aliran maksimum pada head nol sebanding dengan dua kali flow design. Hal itu menyebabkan muncul kurva dengan tiga titik.
Gambar 2.14 Berbagai Jenis Bentuk Kurva Pompa yang Ada Dalam EPANET 2.0
a. Three Point Curve, terbentuk dari tiga titik operasi, yaitu :
1. Low Flow, merupakan titik pasangan flow dan head pada kondisi flow terendah atau nol.
2. Design Flow, merupakan titik pasangan flow dan head pada kondisi pengoperasian yang diinginkan.
3. Maximum Flow, merupakan titik pasangan flow dan head pada kondisi flow maksimum.
EPANET 2.0 akan menghubungkan ketiga titik tersebut sehingga didapatkan sebuah fungsi kurva pompa.
b. Multi Point Curve, terbentuk dari titik-titik pasangan nilai head dan flow. EPANET 2.0 membentuk kurva yang lengkap dengan menghubungkan titik-titik tersebut menggunakan garis lurus.
c. Headloss Curve, digunakan untuk menggambarkan hubungan headloss (sumbu Y dalam feet atau m) melalui sebuah General Purpose Valve (GPV) sebagai fungsi dari flow rate (sumbu X). Kurva ini memiliki kemampuan untuk memodelkan situasi dan hubungan antara headloss dan flow. Kurva ini digunakan apabila hubungan antara headloss dan flow merupakan hubungan
yang unik dan khusus, seperti pada GPV, reduced flow prevention valves, turbin, dan sumur draw down.
d. Efficiency Curve, atau kurva efisiensi menggambarkan efisiensi pompa sebagai fungsi dari flow rate pompa. Kurva ini digunakan untuk menghitung energi yang dikeluarkan oleh pompa. Apabila kurva ini tidak disuplai, maka digunakan efisiensi global pompa.
Gambar 2.15 Efficiency Curve pada Software EPANET 2.0
e. Volume Curve, menggambarkan bagaimana hubungan volume tangki penyimpanan (sumbu Y dalam feet3 atau m3) yang berubah sebagai fungsi dari tinggi muka air (sumbu X dalam feet atau m). Kurva ini digunakan
apabila tangki memiliki bentuk nonsilindris. Volume tangki berubah sesuai dengan ketinggian muka air. Tampilan volume tangki dapat dilihat dalam gambar
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. Terdapat 2 kategori kontrol yang dapat digunakan yaitu :
1. Simple Control 2. Rule Based Control 1. Simple Control
Simple Control merubah status atau setting dari link berdasarkan : 1. Level air pada tangki
2. Tekanan pada junction 3. Waktu pada saat simulasi
Beberapa pernyataan dalam simple control menggunakan tiga format berikut : LINK linkID status IF NODE nodeID ABOVE/BELOW value
LINK linkID status AT TIME time
LINK linkID status AT CLOCKTIME clocktime AM/PM Dengan :
LinkID = a link ID label
Status = open or closed, a pump speed setting, or a control valve setting
value = a pressure for a junction or a water level for a tank
time = a time since the start of the simulation in decimal hours or hours:minutes
clocktime = a 24-hour clock time.
Tidak ada batasan jumlah perintah control simulasi simple control ini. Note :
1) Level Control adalah ketinggian air dari dasar tangki, bukan elevasi (total head) dari permukaan air.
2) Penggunaan pressure control untuk membuka dan menutup link secara bersamaan dapat mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil. Disarankan untuk menggunakan rule based control untuk mempertahankan stabilitas sistem.
2. Rule Based Control
Rule Based Control memungkinkan status link dan setting berada pada kondisi terkombinasi yang sering dijumpai dalam sistem.
Contoh 1 :
Pengaturan berikut adalah aturan untuk mematikan pompa dan membuka pipa by-pass ketika level pada tangki melebihi nilai dan akan berlaku sebaliknya ketika level diabawah nilai yang lain
RULE 1
IF TANK 1 LEVEL ABOVE 19.1
THEN PUMP 335 STATUS IS CLOSED AND PIPE 330 STATUS IS OPEN RULE 2
IF TANK 1 LEVEL BELOW 17.1 THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN AND PIPE 330 STATUS IS CLOSED
Model Simulasi Hidrolik
Model simulasi hidrolik EPANET 2.0 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. Untuk memecahkan persamaan nonlinear, EPANET 2.0 menggunakan ―Gradient Algorithm‖.
