EPANET 2.0
dan Pengenalan Aplikasi perangkat lunak
WATERCAD
WATERCAD
PDAM Kota Surabaya
PDAM Kabupaten Sidoarjo
PDAM Kabupaten Gresik
PDAM Kota Pasuruan
PDAM Kota Malang
Persamaan Hidrolis Dalam Sistem Distribusi
Dalam melakukan perencanaan jaringan sistem distribusi ada beberapa perumusan perhitungan hidrolis yang dijadikan acuan diantaranya adalah:
A Persamaan Energi dalam Pipa
Dalam aplikasi hidrolika, energi sering dinyatakan dalam energi per satuan berat atau dalam satuan panjang atau lebih umum disebut tekanan. Dalam hidrolika, energi ini dibagi ke dalam tiga bagian yaitu:
- Pressure Head
p/γ (dimana p = N/m2 ; γ= berat jenis N/m3)
- Elevation Head
z (ketinggian dari titik tertentu, m) - Velocity Head
V2/2g (V= kecepatan, m/dt)
(g= percepatan gravitasi, m/dt2)
Selain ketiga bentuk energi di atas, ada energi yang mungkin dimasukkan dalam sistem seperti energi pompa. Persamaan keseimbangan hidrolis antara dua titik dalam aliran pipa dapat dinyatakan sebagai berikut :
hl
g
V
z
p
hp
g
V
z
p
2
2
2 2 2 2 2 1 1 1
dimana :hp = head dari pompa (m)
hl = kehilangan tekanan total (m)
B Gradien Energi dan Hidrolis
Pengertian dari gradien energi dan gradien hidrolis adalah sebagai berikut: Gradien hidrolis:
Merupakan jumlah head pressure (p/γ) dan head elevasi, yang dinyatakan dalam tinggi kolom air dalam piezometer, digambarkan dalam garis HGL (Hydraulic Grade Line).
Gradien energi:
Merupakan penjumlahan gradien hidrolis dan head kecepatan (V2/2g), yang dinyatakan dalam
tinggi kolom air dalam tabung pitot, digambarkan dalam garis EGL (Energy Grade Line). Pada kondisi tertentu EGL sama dengan HGL yaitu pada saat kecepatan aliran 0, seperti pada reservoir.
Garis HGL dan EGL aliran dalam pipa (Sumber: Haestad Methods)
C Perubahan Energi dalam Pipa
Dalam sistem jaringan, prinsip keseimbangan hidrolis adalah bahwa aliran yang masuk harus sama dengan aliran keluar. Sedangkan keseimbangan energi dalam pipa dinyatakan bahwa besarnya kehilangan tekanan dalam pipa harus seimbang pada tiap-tiap titik, seperti yang digambarkan pada Gambar berikut:
Perubahan energi dan aliran dalam pipa (Sumber: Haestad Methods)
Pada Gambar di atas dapat diterangkan sebagai berikut bahwa jumlah debit air yang ada di pipa
a sama dengan jumlah aliran yang masuk ke pipa percabangan b dan c. Demikian juga
keseimbangan energi yang terjadi bahwa besarnya energi di titik 3 sama dengan besarnya energi di titik 1 dikurangi kehilangan tekanan yang terjadi selama di pipa b. Begitu pula harus sama dengan kehilangan tekanan di pipa c ditambah di pipa d.
D Friksi Loses (Kehilangan Tekanan Utama)
Friksi loses atau kehilangan tekanan karena gesekan pipa merupakan kehilangan tekanan utama yang terjadi pada sistem jaringan pipa karena kondisi pipa seperti diameter pipa, kekasaran pipa, panjang pipa yang dipengaruhi oleh debit aliran dan tekanan kerja awal dalam sistem. Beberapa persamaan yang digunakan untuk memperkirakan friksi loses ini antara lain:
1. Persamaan Hazen William
Persamaan ini yang paling sering digunakan dalam analisa tekanan pipa dalam sistem distribusi air, persamaannya adalah sebagai berikut:
54 , 0 63 , 0
S
kCAR
Q
1 2 3 b c d adimana:
Q = aliran air/debit dalam pipa (m3/dt)
C = koefisien kekasaran Hazen William (tanpa satuan) A = luas penampang pipa (m2)
R = diameter hidrolik pipa (m) ) ( ) ( 2 m sahpipa kelilingba m angpipa luaspenamp P A
S = kemiringan/ friction slope (m/m) ) ( ) ( m panjang m headloss L hf k = konstanta (0,85)
Nilai C untuk beberapa jenis pipa dapat dilihat pada Tabel berikut:
Koefisien Kekasaran Hazen William Material Pipa
No Material pipa Nilai C
1 2 3 4 5 Asbes Semen Cast Iron Baru Umur 10 th Umur 20 th Umur 30 th Umur 40 th Galvanized Iron Steel Pipe Baru Lama PVC 140 130 107-113 89-100 75-90 64-83 120 140-150 110 140-150 Sumber: Haestad Methods
2. Persamaan Darcy Weisbach
g D LV f hf 2 2 dimana:
hf = headloss dalam pipa (m)
f = koefisien Darcy Weisbach (tanpa satuan)
nilai koefisien f ini dapat ditentukan dengan persamaan Swamee dan Jain sebagai berikut :
2 9 , 0 74 , 5 7 , 3 ln 325 . 1 e R D k f k = tinggi kekasaran (m)
Re = bilangan Reynolds
D = diameter pipa (m) = 4 R (jari-jari hidrolik) L = panjang pipa (m)
V = kecepatan aliran dalam pipa (m/dt) g = percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)
Maka persamaan Darcy Weisbach di atas dapat dilambangkan menjadi : f RS g A f L h R g A Q 8 f 8 dimana:
Q = aliran air/debit dalam pipa (m3/dt)
A = luas penampang pipa (m2)
Nilai f untuk beberapa jenis pipa dapat dilihat pada Tabel berikut:
Koefisien Kekasaran Darcy Weisbach Material Pipa
No Material pipa Nilai f
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Commercial steel (enamel coated) Commercial steel (new)
Galvanized iron Cast iron (new)
Concrete (steel forms, smooth) Concrete (good joints, average) Concrete (rough, visible, form marks) Riveted steel (new)
Corrugated metal 0,0048 0,045 0,15 0,26 0,18 0,36 0,60 0,9-9,0 45 Sumber: Haestad Methods
3. Persamaan Manning
Persamaan ini didasarkan pada persamaan Chezy sebagai berikut:
n R k C 6 1
dari persamaan di atas akan didapat persamaan Manning sebagai berikut :
2 1 3 2 S AR n k Q dimana :
Q = debit air (m3/dt) A = luas penampang pipa (m2)
k = konstanta (1) R = jari-jari hidrolis (m) n = kekasaran Manning S = kemiringan (m/m) Nilai k untuk beberapa jenis pipa dapat dilihat pada Tabel berikut:
Koefisien Kekasaran Manning Material Pipa
Nilai k
No Material pipa
Min Normal Maks
1
2
3
4
Steel (Baja)
Lockbar and welded Riveted and spiral Cast iron (Besi Tuang)
Coated Uncoated
Wrought iron (Besi Tempa) Black Galvanized Corrugated metal Subdrain Storm drain 0,010 0,013 0,010 0,011 0,012 0,013 0,017 0,021 0,012 0,016 0,013 0,014 0,014 0,016 0,019 0,024 0,014 0,017 0,014 0,016 0,015 0,017 0,021 0,030 Sumber: Haestad Methods
E Minor Loses
Minor loses dalam pipa bertekanan disebabkan gerakan aliran air dalam pipa, seperti meningktanya turbulensi dapat menurunkan HGL pada sistem. Besarnya kehilangan tekanan ini tergantung pada bentuk fitting pada pipa, yang berpengaruh langsung pada garis aliran dalam pipa seperti terlihat pada Gambar di bawah.
Gambar 2.18.
Model Garis Aliran dalam Pipa (Sumber: Haestad Methods)
Persamaan minor loses yang umum dipakai adalah sebagai berikut: g V k hm 2 2 dimana: hm = headloss minor (m) V = kecepatan aliran (m/dt)
k = koefisien fitting, nilai k untuk tiap-tiap model dapat dilihat pada Tabel berikut:
Fitting Nilai k Fitting Nilai k Pipa Masuk Bellmouth Rounded Sharp Edged Projecting
Pipa Menyempit Tiba-Tiba D2/D1 = 0,80
D2/D1 = 0,50
D2/D1 = 0,20
Pipa Menyempit Mengerucut D2/D1 = 0,80
D2/D1 = 0,50
D2/D1 = 0,20
Pipa Melebar Tiba-Tiba D2/D1 = 0,80
D2/D1 = 0,50
D2/D1 = 0,20
Pipa Melebar Mengerucut D2/D1 = 0,80 D2/D1 = 0,50 D2/D1 = 0,20 0,03 - 0,05 0,12 - 0,25 0,50 0,80 0,18 0,37 0,49 0,05 0,07 0,08 0,16 0,57 0,92 0,03 0,08 0,13 90oSmooth Bend Bend radius/D = 4 Bend radius/D = 2 Bend radius/D = 1 Bend Θ = 15o Θ = 30o Θ = 45o Θ = 60o Θ = 90o Tee Aliran Lurus Aliran Cabang Persimpangan Aliran Lurus Aliran Cabang 45oWye Aliran Lurus Aliran Cabang 0,16 – 0,18 0,19 – 0,25 0,35 – 0,40 0,05 0,10 0,20 0,35 0,80 0,30 – 0,40 0,75 – 1,80 0,50 0,75 0,30 0,50 Sumber: Haestad Methods
Pemodelan dan Simulasi Jaringan Sistem Distribusi
A Umum
Simulasi sistem distribusi merupakan proses pemodelan perilaku sistem distribusi dengan pendekatan matematis untuk mendapatkan kondisi yang hampir sama pada kondisi sebenarnya. Dari proses simulasi dengan pemodelan sistem jaringan distribusi akan mempermudah kita dalam:
1. Memperkirakan respon sistem distribusi yang ada terhadap kondisi yang cukup luas. 2. Dapat dilakukan antisipasi terhadap kondisi-kondisi yang nantinya terjadi pada suatu
sistem baik sistem yang telah ada maupun yang direncanakan.
3. Mempermudah kita dalam melakukan evaluasi dan pengembangan sistem jaringan 4. Mempermudah dalam pembuatan zona-zona pelayanan didasarkan pada
kondisi-kondisi tertentu yang akan lebih mudah diperhitungkan dengan adanya model jaringan distribusi yang akan kita buat
Sedangkan tujuan dari proses simulasi dengan pemodelan pada sistem distribusi antara lain: Sebagai rencana induk jangka panjang, termasuk pengembangan dan rehabilitasi Sebagai studi pengamanan kebakaran
Pengontrolan kualitas air Manajemen Energi Desain Sistem Distribusi
Membantu dalam operasional sistem distribusi termasuk untuk training operator, membantu mempercepat proses perbaikan
Dalam pembuatan model dan simulasi ini beberapa parameter dapat kita simulasikan misalnya tekanan kerja, diameter pipa dan jenis pipa.
B Proses Pembuatan Model Sistem Distribusi
Dalam pembuatan model suatu sistem distribusi membutuhkan beberapa pentahapan sebelum model tersebut dapat dipakai untuk tujuan di atas. Pemodelan ini harus didahului beberapa tahap persiapan yang menunjang dalam pembuatan suatu model, seperti pengumpulan data, pemilihan program pemodelan, pengecekan data, kalibrasi data dan lain-lain. Hal ini dimaksudkan agar pemodelan yang kita lakukan nantinya benar-benar akan mendekati kondisi sebenarnya dari suatu jaringan distribusi. Gambar di bawah ini merupakan skema tahapan yang harus dilalui dalam membuat suatu pemodelan sampai model tersebut dapat digunakan sebagai acuan dalam tujuan di atas.
Keakurasian model sistem jaringan distribusi yang kita buat sangat tergantung dari data yang kita peroleh, semakin data yang kita peroleh semakin detail dan baik maka simulasi model yang kita buat akan semakin mendekati kondisi nyata dari sistem di lapangan. Untuk itu diperlukan database tentang jaringan distribusi secara lengkap akan sangat membantu dalam melakukan analisa dan evaluasi jaringan distribusi.
Beberapa komponen yang perlu disiapkan sebelum melakukan pemodelan sistem distribusi antara lain:
a. Peta dan data pipa jaringan distribusi zona atau sub zona yang akan dibuat model (panjang pipa, diameter pipa, dan jenis pipa) bahkan untuk hasil yang lebih detail ditambah dengan data tentang umur pipa dan kondisi pipa. Peta jaringan ini meliputi bentuk jaringan, bentuk hubungan pipa, aksesoris yang terpasang, letak tapping, letak dan kondisi valve atau katup (kondisi terbuka, tertutup atau terbuka berapa persen). Jika data yang terkumpul akurat dan mendekati kondisi lapangan maka model yang akan kita buat dan simulasikan akan mendekati kondisi nyata di lapangan.
Dari peta ini harus dapat diketahui ketinggian atau kontur dari masing-masing titik dari model jaringan yang akan dibuat.
b. Data tentang kebutuhan air, kebutuhan air ini harus dilakukan analisa untuk menentukan kelayakan jaringan terhadap debit air yang diperlukan oleh konsumen. Kebutuhan air yang harus didata meliputi kebutuhan air tiap-tiap titik tapping sesuai dengan daerah layanan, sehingga model yang dibuat nantinya dapat mewakili penyebaran kebutuhan air sesuai dengan jumlah pelanggan dan lokasi pelanggan. Analisa kebutuhan air ini meliputi:
Perhitungan analisa kebutuhan air jaringan eksisting.
Perhitungan analisa kebutuhan air jaringan perencanaan, yang terdiri dari eksisting dan kebutuhan air pelanggan baru.
Data kebutuhan air ini harus meliputi kebutuhan air untuk domestik dari pelanggan rumah, non domestik (industri, niaga, komersial dan lain-lain) juga air yang hilang sebagai tingkat kebocoran. Selain itu juga perlu memperhatikan faktor kebutuhan air seperti faktor jam puncak, faktor hari maksimum dan sebagainya.
c. Menentukan batasan - batasan hidrolis yang akan menjadi batasan dalam analisa kita, misalnya: Head loss maksimal yang diijinkan adalah 10 m/ 1.000 m
Kecepatan minimum dalam pipa 0,3 m/dt Kecepatan maksimum dalam pipa 3,0 m/dt Tekanan maksimum dalam pipa 50 m Tekanan minimum dalam pipa 5 m
Batasan – batasan ini yang akan menjadi acuan kita dalam melakukan suatu evaluasi model jaringan yang kita buat. Jika dalam model yang kita buat nantinya banyak output data yang tidak masuk dalam kriteria ini, maka model yang kita buat harus dilakukan perbaikan-perbaikan dalam model dengan melakukan simulasi terhadap diameter pipa, pengoperasian valve dan sebagainya, sampai model kita sesuai dengan batasan yang kita buat. Adapun batasan-batasan yang kita buat tersebut harus sesuai dengan kriteria - kriteria yang ada misalnya dari batasan karakteristik pipa dan lain-lain.
d. Mengumpulkan data pengukuran lapangan untuk data kalibrasi model terhadap sistem jaringan sebenarnya di lapangan, hal ini dilakukan jika kita mau melakukan evaluasi sistem jaringan dan diketahui bahwa model jaringan eksisting yang kita buat sama dengan model jaringan eksisting yang ada di lapangan. Nilai kalibrasi ini dapat menjadi acuan dalam melakukan evaluasi terhadap jaringan dan menentukan kondisi-kondisi apa yang menyebabkan model dan kondisi sebenarnya berbeda. Data kalibrasi yang dapat dibuat antara lain kecepatan atau tekanan, debit aliran yang masuk ke suatu sistem dan lain-lain.
Misalnya jika kita melakukan kalibrasi terhadap tekanan, maka kita melakukan pengukuran tekanan pada titik-titik tertentu di lapangan dan hasilnya nantinya disesuaikan dengan nilai tekanan pada titik yang sama pada hasil simulasi.
Beberapa program simulasi untuk sistem perpipaan distribusi ini telah banyak diantaranya Program LOOP yang merupakan program paling sederhana, EPANET maupun WaterCAD yang memberikan hasil simulasi lebih baik.
Dalam sistem perencanaan jaringan distribusi, model dan simulasi ini merupakan faktor yang sangat penting untuk mendapatkan sistem keseimbangan aliran dan tekanan dalam pipa terutama jika sistem jaringan yang kita rencanakan adalah sistem looping. Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa keseimbangan hidrolis akan sangat berpengaruh pada aliran air ke pelanggan.
Beberapa komponen yang nantinya sebagai masukan atau input ke dalam pemodelan jaringan sistem distribusi, diantaranya adalah :
a. Data Gambar
Data gambar merupakan komponen data yang sangat penting untuk membentuk suatu jaringan distribusi. Dengan adanya data gambar ini akan mempermudah dalam memahami pola jaringan sistem distribusi yang akan dibuat modelnya. Untuk suatu sistem jaringan eksisting data gambar akan memuat antara lain:
- Jalur pipa, model sambungan, material pipa, diameter pipa dan lain-lain - Lokasi beberapa elemen sistem seperti reservoir, tangki maupun valve - Data kontur tekanan daerah layanan
- Elevasi tiap-tiap node
- Informasi dasar seperti lokasi jalan, nama jalan, zona perencanaan, sungai, dan lain-lain - Serta beberapa fasilitas lainnya.
- Beberapa jenis data gambar yang dipakai antara lain peta topografi, as-built drawing, peta dan gambar digital, data sistem informasi geografis dan lain-lain.
b. Representasi Model
Representasi model merupakan pengkajian terhadap data-data yang didapat terutama data gambar. Dengan melakukan evaluasi model gambar terhadap kondisi sesungguhnya serta memberikan identifikasi terhadap data gambar yang ada dengan pemberian nama (labelling) masing-masing komponen, seperti penamaan junction/node, pompa, pipa dan lain-lain, dimana penamaan itu akan mempermudah kita dalam melakukan identifikasi ulang dalam pemodelan. Sebagai contoh penamaan suatu junction/node dan pipa, seperti pada Gambar berikut
Contoh Penamaan Junction dan Pipa
Selanjutnya melakukan evaluasi terhadap data gambar terutama pada data topologinya, dimana data topologi ini sangat penting karena memuat data tentang sambung menyambungnya pipa,
N405-01-52
Simbul node No. Sub Zona
No. Node
Simbul node No. Sub Zona
No. Waste Distrik No. Pipa
P405-01-17
bagaimana bentuk sambungannya, saling berhubungan, tak berhubungan atau cross over harus dicek dengan benar sehingga dalam pemodelan nantinya tidak terjadi kesalahan hubungan pipa. Sebagai contoh seperti pada Gambar berikut.
Bentuk Awal
KemungkinanBentuk SambunganSebenarnya
Bentuk Sambung Menyambung Pipa C Reservoir
Reservoir berfungsi node batas untuk kontrol awal gradien hidrolis suatu sistem distribusi sekaligus sebagai penyuplai air dengan kapasitas besar dan HGL yang besar pula. Nilai gradien hidrolis (HGL) pada reservoir dapat di tentukan dengan nilai konstan, dimana HGL ini diset untuk dapat melayani seluruh area pelayanan yang mengambil air dari suplai reservoir ini. Dalam pemodelan jaringan sistem distribusi, reservoir ini dapat berupa:
Sumber air, clear well, IPAM, dapat juga berupa titik injeksi air/supplai air ke dalam sistem distribusi jika dalam pemodelan tersebut sistem mendapatkan air dari supplai pipa utama meskipun dalam kondisi sebenarnya di lapangan tidak ada reservoir, dengan ketinggian HGL tertentu. Dalam hal ini reservoir berfungsi sebagai titik acuan untuk mengontrol tekanan dalam sistem.
D Tangki Storage
Dalam suatu pemodelan, storage tank ini juga berfungsi sebagai node batas, namun yang membedakan dengan reservoir adalah HGL yang terjadi dalam tangki ini berfluktuasi tergantung keluar masuknya air. Volume storage tank ini umumnya terbatas, sehingga pada kondisi tertentu tangki ini dapat berisi penuh dan dapat kosong sama sekali.
Beberapa model tangki storage yang dapat ditemui di sistem distribusi antara lain:
Tangki yang terdapat pada sistem dengan kondisi langsung tersambung pada sistem dengan permukaan yang bebas.
Tangki storage yang berupa tangki tekan (hydropneumatic) tersambung dengan sistem distribusi, disini air akan mengalami peningkatan HGL karena adanya peningkatan tekanan dalam tangki.
Elevated reservoir, dimana air masuk ke tangki storage dengan jalan pemompaan, yang selanjutnya air akan masuk ke sistem distribusi dengan cara gravitasi dengan HGL sesuai ketinggian elevated reservoir.
Tangki Storage Elevated reservoir
E Junction atau Node
Junction merupakan representasi pertemuan/ penyambungan 2 atau lebih pipa (penyambungan umumnya dilakukan dengan adanya fitting), dengan komponen terpenting dalam junction adalah elevasi.
Elevasi merupakan faktor yang menentukan dalam sistem pemodelan jaringan distribusi, karena sangat berpengaruh pada HGL yang terjadi pada model yang kita buat. Penentuan elevasi dalam suatu junction dapat dilihat pada Gambar berikut:
Elevasi Hidrant -C (99,75 m) Pipa -A (98 m) Muka Tanah -B (99 m) Service Line Daerah Layanan Tinggi- D (110 m)
Beberapa Penentuan Elevasi suatu Node
Penentuan elevasi dapat dilakukan dengan memilih salah satu metode seperti pada Gambar di atas. Penentuan elevasi berdasarkan titik tengah pipa (A) akan sangat membantu dalam menentukan atau menghitung tekanan untuk suatu studi kebocoran
dengan memberikan hasil yang lebih tepat. Sedangkan penentuan dengan dasar elevasi muka tanah (B) akan lebih mudah, terutama jika dalam pemetaan elevasi. Penentuan elevasi dengan dasar A dan B ini yang sering dipakai dalam pemodelan sistem distribusi. Namun keduanya mempunyai kelemahan untuk menentukan area dengan tekanan kurang, karena model akan keliru dalam mengindikasikan ketersediaan tekanan untuk konsumen yang berada di daerah tinggi. Sehingga untuk kasus semacam ini perlu dilakukan pengecekan ulang terhadap elevasi, penentuan elevasi akan lebih tepat jika menggunakan dasar daerah layanan tertinggi (D).
Namun untuk suatu pemodelan perlu menentukan salah satu acuan/ dasar penentuan elevasi, dengan melakukan beberapa kalibrasi sehingga nantinya tidak membingungkan dalam melakukan pemodelan dan analisa.
Node ini umumnya mewakili titik tapping air dari sistem distribusi utama. Kebutuhan air nantinya akan ditunjukkan oleh node-node dalam model jaringan, sedangkan node-node itu saling dihubungkan dengan garis (representasi dari pipa). Dengan mengetahui jumlah pelanggan di setiap step area dalam waste district dan posisinya, dapat ditentukan letak/posisi tapping. Kebutuhan air diperoleh dari proyeksi sambungan pelanggan dan konsumsi per kapita sesuai dengan standart desain atau dari kriteria desain.
Node dibuat dengan pedoman sebagai berikut: Setiap percabangan pipa
Penggantian atau perubahan diameter Setiap terdapat tapping
Node – node ini juga dapat menggambarkan letak valve, aksesoris pipa
Contoh Peletakan Juction/ node pada suatu wilayah pelayanan distribusi dapat dilihat pada Gambar berikut.
Batas Daerah LayananJunction J-4 SEKOLAH J-3 J-1 DAERAH KOMERSIAL J-2 RUMAH
Peletakan Junction/Node pada Area Pelayanan
c. Pembentukan Tapping (Skelenization)
Dalam membentuk model jaringan harus mengetahui, jumlah pelanggan di setiap Step Area dalam Waste District. Dengan mengetahui jumlah pelanggan dan posisinya, dapat ditentukan letak/posisi tapping. Cara menentukan tapping harus menghitung jumlah
model harus disesuaikan dengan kondisi lapangan yang dapat diperkirakan kemungkinannya.
Sistem Tapping Pelayanan
Apabila terletak pada pipa dengan sambungan tee juga diambil setengahnya, begitu pula untuk sambungan pipa cross. Sebagai ilustrasi dapat dijelaskan dalam Gambar berikut:
Gambar 2.26.
Sistem Tapping untuk Sambungan Tee dan Pipa Bersilangan
Garis arsir merupakan pembebanan tapping dengan diambil setengah jarak antar tapping. Dari area dalam gambar dapat ditentukan besar tapping, yaitu dari jumlah pelanggan yang ada pada area tersebut.
Sebagai contoh dalam memodelkan pipa pelayanan di lapangan dengan model tapping dalam suatu waste district, dapat dilihat contoh pada Gambar berikut:
Jaringan Pipa Pelayanan pada Sistem Distribusi
Gambar di atas merupakan kondisi lapangan dimana pipa pelayanan yang mengambil dari pipa sekunder/tersier, jika kita langsung membuat model seperti gambar di atas akan kesulitan sebab terlalu banyak pemodelan pengambilan air sekaligus kesulitan dalam memperkirakan kebutuhan air tiap titik. Sehingga dari di atas dibuat pembagian pelayanan dengan kaidah yang telah disebutkan pemodelan tapping seperti disebutkan sebelumnya. Kemungkinan pembagian area pelayanan adalah seperti Gambar berikut:
Pembagian Area Pelayanan pada Sistem 0.5 0.9 0.4 0.2 0.3 0.3 0.5 0.3 0.7 0.5 0.3 0.7 0.2 0.7 0.5 0.3 0.5 0.6 0.5 0.6 0.5 0.8 0.8 0.5 0.2 1.0 0.7 0.4 0.7
6.3
4.8 4.8
Setelah area pelayanan terbentuk maka dapat dibentuk model tapping – tapping dalam Waste District seperti terlihat pada Gambar berikut:
Model Tapping pada Sistem Distribusi
d. Pipa
Untuk membuat model diperlukan informasi data yang akurat mengenai jaringan pipa yang telah ada, yaitu untuk jenis pipa, diameter, panjang pipa dan minor loses pada pipa. Untuk jenis pipa dapat dilihat dari angka kekasaran pipa (dalam persamaan Hazen William dinotasikan lambang C). Data diameter dan jenis pipa ini akan berpengaruh terhadap headloss yang terjadi sepanjang pipa tersebut. Sedangkan data mengenai panjang pipa yang menghubungkan antar node berpengaruh terhadap headloss yang terjadi dalam pipa. Sedangkan data minor loses merupakan data koefisien kehilangan tekanan akibat aksesoris pipa dan lain-lain.
Kehilangan tekanan minor akibat belokan, percabangan, sambungan dan lain-lain (aksesoris) dalam hal simulasi umumnya tidak dihitung secara detail, bahkan untuk beberapa kehilangan tekanan di aksesoris diabaikan karena hf-nya terlalu kecil.
e. Pompa
Data ini memperlihatkan kebutuhan daya pompa agar sistem distribusi dapat berjalan dengan baik. Data yang dimasukkan pada titik ini akan berpengaruh pada semua tekanan pada semua node yang ada pada sistem jaringan distribusi. Data yang masuk dimasukkan berupa head pompa, efisiensi pompa, serta daya pompa.
f. Valve
Data masukan untuk elemen ini berupa jenis valve/katup, besarnya bukaan valve (status valve). Data masukan tersebut akan berpengaruh terhadap sistem hidrolis dalam
sistem distribusi. Pengontrolan valve ini disesuaikan dengan kondisi lapangan. Peletakan valve juga disesuaikan dengan letaknya di lapangan.
g. Pengontrolan/Perintah Pengontrolan
Pengontrolan ini merupakan perintah yang kita berikan pada elemen-elemen dalam pemodelan jaringan sistem distribusi. Pengontrolan yang dilakukan didasarkan parameter yang terjadi pada sistem distribusi. Sebagai contoh kita akan memberikan perintah dalam pemodelan berupa mematikan pompa saat tekanan pada pipa mencapai 10 bar atau mematikan pompa ke tangki setelah level air pada tangki mencapai ketinggian tertentu dan pompa akan menyala lagi pada ketinggian tertentu.
h. Tipe Simulasi
Salah satu bagian mendasar dalam topologi jaringan yang telah diketahui untuk perbaikan dan evaluasi model tergantung pada tujuan. Ada dua tipe simulasi dasar yang sering digunakan, yaitu:
- Steady State Simulation
Perhitungan pemodelan dengan kondisi sistem tetap, baik itu aliran debit, tekanan, pengoperasian pompa maupun posisi valve. Dimana diasumsikan batasan kondisi dalam sistem tidak terjadi perubahan terhadap waktu.
- Extended Period Simulation
Perhitungan dalam model yang mempertimbangan perubahan dinamis dalam sistem pada jangka waktu tertentu.
EPANET 2.0
dan Pengenalan Aplikasi perangkat lunak
WATERCAD
Membuat Analisa Jaringan dengan Steady-State Analysis
1. Langkah 1: Membuat File Baru
1. Klik 2 kali icon Bentley WaterCAD V8 XM Edition. Icon ini bisa ditemukan di start menu >> Program >> Bentley>>WaterCad V8 XM atau pada desktop.
2. Akan muncul dialog box seperti di bawah ini.
3. Klik Create New Project, akan muncul bidang gambar dengan nama untitled1.wtg
4. Sebelum memulai sebuah model, pilih satuan kerja yang akan digunakan. Klik Tools >> Options >> Units. Pilih apakah akan menggunakan Sistem Internatonal Unit atau United State Unit. Untuk contoh pada modul ini, pilih satuan kerja Sistem International unit.
5. Klik tab Drawing, anda dapat menentukan apakah akan menggunakan penggambaran dengan skala (scaled) atau manual (schematic). Penggunaan drawing scaled dapat dilakukan apabila tersedia peta jaringan dalam file AutoCad, sehingga anda tidak perlu melakukan input data panjang pipa. Namun apabila peta jaringan tidak tersedia, pilih drawing schematic, dan anda diharuskan melakukan input data panjang pipa.
6. Klik OK.
7. Klik File > Save As. Untuk menyimpan dan memberi nama model yang akan dibuat. Pada dialog box, akan muncul folder WaterCad dengan nama file Untitled1. ubah nama file dengan ESP coba 1 kemudian simpan di folder yang anda inginkan.
2. Langkah 2: Membuat Layout Jaringan
1. Pilih lambang pipa dari Drawing Toolbar.
2. Pindahkan cursor ke bidang gambar dan klik kanan untuk memilih reservoir atau klik gambar reservoir dari drawing toolbar .
3. Kemudain klik kiri pada bidang gambar untuk menempatkan reservoir. 4. Klik kanan untuk memilih pompa, dan tempatkan di sebelah reservoir
5. Klik kanan, pilih junction dari menu yang muncul kemudian klik kiri untuk menempatkan J-1.
6. Klik kiri untuk menempatkan junctions J-2, J-3, and J-4. seperti gambar di bawah.
7. Klik di J-1 kemudian klik kanan, pilih done untuk mengakhiri gambar. 8. klik save atau file>>save
Ada 2 cara untuk melakukan input data:
(1). Melalui dialog box properties, klik kiri 2 kali pada elemen yang akan di input, akan muncul dialog box properties di sebelah kanan bidang gambar, kemudain input data yang diinginkan.
Input data reservoir
klik 2 kali pada elemen reservoir, anda akan melihat dialog box seperti di bawah Masukkan angka 198 pada elevation. Elevasi reservoir yang lebih tinggi dari pada
pelayanan akan memberikan Energi/Head, sehingga sistem dapat berjalan secara gravitasi. Namun apabila posisi Head lebih rendah/sejajar dengan pelayanan, maka diperlukan pompa sebagai sumber energi.
Input data pompa
klik 2 kali pada elemen pompa PUMP-1, anda akan melihat dialog box seperti di bawah
Klik pada kolom isian Pump Definition, dan pilih Edit Pump Definition, akan keluar dialog box pump definition seperti dibawah ini.
Klik New untuk membuat definisi/karakteristik pompa (pump definition)
Klik kolom isian pump definition type, pilih standard (3 point). Kemudian isikan data berikut.
Tutup dialog box
Pastikan satuan yang anda masukkan sudah benar, anda dapat mengubah satuan kerja dengan cara klik kanan pada kolom yang akan diubah, pilih unit and formating, kemudian ubah satuan sesuai dengan yang anda inginkan.
Input data Junction
Klik pada salah satu elemen junction
Input data minimal yang harus diisikan pada junction adalah elevation dan Demand Collection.
Untuk melakukan input data elevation, klik pada kolom isian elevation, kemudian masukkan data yang diinginkan.
Untuk melakukan input data demand collection, klik kolom isian demand collection (sebelumnnya tertulis collection: 0 items).
Untuk melakukan input data demand collection, klik pada kolom isian demand collection (sebelumnnya tertulis collection: 0 items).
Klik new , kemudian isikan data demand (base) yang diinginkan.
Perhatikan satuan yang anda gunakan
Masukkan data-data berikut pada tiap-tiap junction
Label Elevation (m) Demand (L/s) J-1 200 0.13 J-2 199 0.3 J-3 200 0.7 J-4 199 0.6
Tutup dialog box junction properties
Input data Pipa
Klik 2 kali pada salah satu elemen pipa, akan muncul dialog box Pipe Properties Input data minimal yang harus diisikan pada pipa adalah Diameter, Jenis Material,
Koevisien Hazen Williams dan Panjang pipa.
Klik pada kolom isian Diameter untuk input data diameter pipa. Klik pada kolom isian material untuk input jenis pipa.
Klik pada kolom isian Hazen Williams-C untuk mengisi koefisien kekasaran pipa
Klik pada Has User Defined Lenght? Kemudian ubah dari False menjadi true, input data panjang pipa pada baris di bawahnya / lenght (User Defined)
Input data berikut pada pipa yang telah anda buat. Label Diameter (mm) Material Hazen-Williams C Length (m) P-1 75 PVC 120 2 P-2 75 PVC 120 200 P-3 75 PVC 120 500 P-4 75 PVC 120 400 P-5 75 PVC 120 500 P-6 75 PVC 120 400
Apabila anda memiliki peta AutoCad yang terskala, maka input data panjang pipa tidak perlu dilakukan, pilih false pada kolom isian Has User Defined Length?, maka WaterCad akan menghitung panjang pipa secara otomatis mengikuti gambar yang anda buat.
Perhatikan satuan yang anda gunakan
Untuk input data pada elemen yang sama, anda tidak perlu menutup dialog box, klik pada element berikutnya, kemudian lakukan input data pada dialog box yang sama.
(2). Input Data juga dapat dilakukan melalui flex table , namun untuk melakukan hal tersebut, anda harus mengetahui posisi dan label Element.
Untuk melakukan input data melalui flex table, klik tanda , pilih elemen yang akan anda input / edit atau klik view>>flex table kemudain klik 2 kali pada element yang akan anda input/edit. Akan muncul gambar seperti berikut.
Lakukan input data pada kolom isian yang anda inginkan. Kecuali kolom yang berwarna kuning.
4. Langkah 4: Melakukan Perhitungan/RUN untuk Steady State Analysis
1. Klik untuk membuka dialog box perhitungan/calculation option
2. Klik 2 kali atau klik kanan pada Base Calculation untuk membuka dialog box properties kemudian pastikan Time Analysis Type di atur pada Steady dy State.
3. Klik Validate , kemudian Klik OK jika muncul tulisan no problems are found.
4. Klik Compute untuk melakukan perhitungan/RUN model. 5. Hasil perhitungan akan muncul pada dialog box.
Warna hijau menandakan tidak ada masalah, warna kuning mengindikasikan ada masalah namun tidak vital dan warna merah menandakan ada masalah pada model.
7. Tutup dialog box calculation Summary dan User Notification. 8. Jangan lupa klik save untuk menyimpan model yang telah dibuat.
Membuat Analisa Jaringan dengan Extended Periode Simulation
Bentley WaterCad V8 dapat melakukan analisa hidrolis pada jam-jam tertentu sesuai dengan waktu yang kita inginkan. Simulasi ini memungkinkan nada menganalisa hidrolis pada jam puncak ataupun pada jam minimum. Untuk membuat model dengan extended periode diperlukan data Pattern atau kecenderungan fluktuasi pemakaian air pada periode tertentu selama 1 hari. Sebagai contoh untuk membuat model Extended periode, kita gunakan model yang telah dibuat sebelumnya.
1. Langkah 1: membuka model/file WaterCad V8 sebelumnya
1. Klik open kemudian pilih file ESP Coba 1. 2. Setelah file sudah dibuka, klik File > Save As. 3. kemudian ganti nama dengan ESP Coba 2. 4. Klik OK.
2. Langkah 2: Membuat Pattern Demand
1. Pattern demand termasuk salah satu input yang dilakukan pada junction, jadi untuk membuat pattern demand, klik 2 kali salah sat elemen junction untuk memunculkan dialog box junction properties.
2. Klik kotak pada kolom isian demand collection.
3. Akan muncul demand box dimana pada demand pattern awalnya terisi fixed
4. Klik kotak pada kolom isian yang tertulis fixed untuk memunculkan pattern box
5. Klik new untuk membuat pattern baru, akan muncul pattern dengan nama hydraulic
pattern-1, anda dapat merubah nama pattern sesuai keinginan dengan cara klik pada
6. Biarkan Start Time pada 12:00:00 AM. 7. ketik 0.25 pada Starting Multiplier. 8. Pilih Stepwise pada Pattern Format
9. Masukkan data pattern seperti dibawah ini.
Catatan : Multiplier pada jam pertama dan terakhir harus sama dengan angka yang dimasukkan dalam Starting Multiplier
Time from
Start (hours) Multiplier
1 0.25 2 0.37 3 0.45 4 0.64 5 1.15 6 1.4 7 1.75 8 1.5 9 1.42 10 1.38 11 1.27 12 1.2 13 1.4 14 1.17 15 1.18 16 1.22 17 1.31 18 1.5 19 1.25 20 0.98 21 0.62 22 0.45 23 0.37 24 0.25
11. Klik Close.
12. Ubah Pattern demand yang semula fixed menjadi hydroulic pattern-1
3. Langkah 4: Melakukan Perhitungan/RUN untuk Extended Periode Simulation
1. Klik untuk membuka dialog box perhitungan/calculation option.
2. Klik 2 kali atau klik kanan pada Base Calculation untuk membuka dialog box properties kemudian pilih EPS pada Time Analysis Type.
3. Klik Validate , kemudian Klik OK jika muncul tulisan no problems are found. 4. Klik Compute untuk melakukan perhitungan/RUN model.
namun tidak vital dan warna merah menandakan ada masalah pada model. 6. Setelah perhitungan selesai, akan muncul catatan mengenai hasil perhitungan.
7. Tutup dialog box user notification
8. Jangan lupa klik save untuk menyimpan model yang telah dibuat.
9. Untuk melihat hasil perhitungan pada periode tertentu, klik EPS browser , kemudian klik play, maka simulasi akan memperlihatkan hasil tiap jam.
10. Klik tanda pause apabila anda ingin melihat hasil perhitungan pada jam tertentu.
11. Anda juga dapat melihat hasil perhitungan simulasi pada bidang gambar dengan cara memunculkan notasi yang akan di lihat. Misalnya ingin melihat hasil perhitungan pressure pada bidang gambar, maka klik junction pada element symbology.
12. Klik new , pilih new annotation
13. Akan muncul dialog box Annotation Properties, pilih pressure pada Field Name
14. Klik OK
15. Check List pada kotak pressure, dan hilangkan check list pada kotak label untuk memudahkan melihat angka pressure
perubahan pressure tiap jam pada bidang gambar. Perhatikan gambar di bawah yang menggambarkan hasil analisa pada jam 7.00 dengan jam 24.00
Untuk lebih memahami penggunaan WaterCad Bentley V8, silahkan kerjakan latihan yang telah disediakan.
