ENVIRONMENTAL ENGINEERING
FACULTY OF ENGINEERING
MODUL PELATIHAN
OLEH: RACHMAD ARDHIANTO, S.T.
PELATIHAN ANALISA JARINGAN PERPIPAAN AIR BERSIH MENGGUNAKAN
SOFTWARE EPANET 2.0
Bagian I
Persamaan Hidrolis Dalam Sistem Distribusi
Dalam melakukan perencanaan jaringan sistem distribusi ada beberapa perumusan perhitungan hidrolis yang dijadikan acuan diantaranya adalah sebagai berikut ini.
A. Persamaan Energi dalam Pipa
Dalam aplikasi hidrolika, energy sering dinyatakan dalam energy per satuan berat atau dalam satuan panjang atau lebih umum disebut tekanan. Dalam hidrolika, energy dibagi ke dalam tiga bagian yaitu:
Selain ketiga bentuk energy di atas, ada energy yang mungkin dimasukan dalam sistem seperti energy pompa. Persamaan keseimbangan hidrolis antara dua titik dalam aliran pipa dapat dinyatakan sebagai berikut:
B. Gradien Energi dan Hidrolis
Pengertian dari gradien energi dan gradient hidolis adalah sebagai berikut ini:
Gradient hidrolis merupakan jumlah head pressure (p/y) dan head elevasi, yang dinyatakan dalam tinggi kolom air dalam piezometer, digambarkan dalam garis HGL (Hidraulic Grade Line). Sedangkan gradien energy adalah penjumlahan gradient hidolis dan head kecepatan (v2/2g), yang dinyatakan dalam tinggi kolom air dalam tabung pitot, digambarkan dalam garis EGL (Enery Grade Line). Pada kondisi tertentu EGL sama dengan HGL yaitu pada saat kecepatan aliran 0, seperti pada Reservoir. Kedua pengertian di atas dapat digambarkan pada gambar berikut ini,
C. Perubahan Energi dalam Pipa
Dalam sistem jaringan, prinsip keseimbangan hidrolis adalah bahwa aliran yang masuk harus sama dengan aliran yang keluar. Sedangkan keseimbangan energy dalam pipa dinyatakan bahwa besarnya khilangan tekanan dalam pipa harus seimbang pada tiap-tiap titik. Seperti yang digambarkan pada gambar dibawah ini.
Pada gambar di atas dapat diterangkan bahwa jumlah debit air yang ada di pipa (a) sama dengan jumlah aliran yang masuk ke pipa percabangan b dan c. demikian juga keseimbangan energy yang terjadi bahwa besarnya energi di titik 3 sama dengan besarnya energy di titik 1 dikurangi kehilangan tekanan yang terjadi selam di pipa b. begitu pula harus sama dengan kehilangan tekanan di pipa c ditambah di pipa d.
D. Kehilangan Tekanan Utama
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 atau kehilangan 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 ini.
Dimana :
Q : Aliran air (m3/detik) k : Konstanta (0,85)
C : Koefisien Kekasaran Hazen William A : Luas Penampang Pipa (m2)
R : Dimeter Pipa (m) S : Kemiringan (m/m)
Nilai C untuk beberapa jenis pipa dapat dilihat pada tabel berikut ini.
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.
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:
Dapat dilakukan antisipasi terhadap kondisi-kondisi yang nantinya terjadi pada suatu sistem baik sistem yang telah ada maupun yang direncanakan.
Mempermudah kita dalam melakukan evaluasi dan pengembangan sistem jaringan 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:
a. Sebagai rencana induk jangka panjang, termasuk pengembangan dan rehabilitasi b. Sebagai studi pengamanan kebakaran
c. Pengontrolan kualitas air d. Manajemen Energi
e. 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 pen tahapan 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 Kecepatanminimum dalam pipa 0,3 m/dt
Kecepatanmaksimum dalam pipa 3,0 m/dt Tekanan maksimum dalam pipa50 m Tekanan minimum dalam pipa5 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.
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.
D. 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. 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:
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 pelanggan yang akan dilayanipada tapping tersebut. Untuk itu jalur– jalur pipa dalam model harus disesuaikan dengan kondisi lapangan yang dapat diperkirakan kemungkinannya
Bagian II
Persiapan Dan Pengolahan Data Dengan Peta
A. Peta Google Earth
Peta yang dugunakan adalah peta yang mempunyai bentuk BMP Picture. Misalkan, ketika menggunakan peta dari Google earth harus di olah terlebih dahulu menggunakan aplikasi paint. Setelah itu baru dikonversikan ke dalam aplikasi Epanet. Adapun tahapannya adalah sebagai berikut ini.
1. Tekan tombol Prt Sc SysRq pada keyboard Laptop di lembar kerja Google earth 2. Tekan CTRL + V di lembar kerja paint
Hasilnya adalah sebagai berikut:
Gambar Hasil Capture dari Google Earth
3. Tahap Selanjutnya adalah meng CROP peta dari Google earth dan di simpan dengan file
BMP Picture
4. Jangan lupa untuk mencatan koordinat pada titik atas dari lembar kerja google earth dan titik bawah dari lembar kerja google earth.
Gambar Posisi Nilai Koordinat B. Peta Dari ArcGis
Arcgis merupakan elemen penting dalam perencanaan terutama dalam perencanaan jaringan perpipaan dari sumber ke pelayanan. Tahapan yang harus dilakukan dalam menggunakan peta ArcGis adalah sebagao berikut ini.
1. Buka Lembar Kerja Arcgis
2. Input data peta melalui perintah sebagai berikut
Gambar Lembar Kerja Arcgis
Titik Atas Google Earth Titik Bawah Google Earth Add Data SHP
Gambar Lembar Kerja Arcgis + Peta
3. Mencatat nilai koordinat pada titik atas (Biru) dan bawah(Hijau) dari lembar kerja Arcgis
4. Crop Peta diatas menggunakan aplikasi paint
5. Tekan tombol Prt Sc SysRq pada keyboard Laptop di lembar kerja ArcGis 6. Tekan CTRL + V di lembar kerja paint
7. Tahap Selanjutnya adalah meng CROP peta dari Google earth dan di simpan dengan file
BMP Picture
8. Jangan lupa untuk mencatan koordinat pada titik atas dari lembar kerja ArcGis dan titik bawah dari lembar kerja google earth.
9. Selesai
Gambar Lembar Kerja Pemotongan Di Aplikasi Kerja Paint
Setelah melalui proses diatas, baik melalui program kerja google earth maupun program kerja dari lembar kerja arcgis dapat dilakukan pengopera.asian epanet dengan cara mengimput peta wilayah perencanaan kita ke dalam lembar kerja epanet dengan memasukan peta dan koordinatnya.
Lokasi
Bagian III
Membuat analisa jaringan dengan Steady-State Analysis
1. Langkah 1 : membuat file baru
Klik 2 kali icon epanet. Icon ini bisa ditemukan di start menu>> Program >> Epanet 2.0 pada program desktop
Akan muncul bidang gambar (network map) dan dialog box browser di sebelah kanan.
Sebelum memulai sebuah model, pilih satuan kerja yang akan digunakan. Klik
project>>Anaysis Options. Pilih satuan kerja LPS, maka data input pipa dalam mm,
Klik file > Save Asng . Untuk menyimpan dan memberi nama model yang akan dibuat.
Pada dialog box, akan muncul nama file * Net. Ubah nama file dengan nama yang
diinginkan dan simpan di folder yang dinginkan.
2. Membuat lay out jaringan
Berbeda dengan watercad, penggambaran epanet 2.0 tidak bisa dimulai dari pipa, tetapi
harus dimulai dari reservoir atau junction, baru dihubungkan dengan pipa.
Klik gambar reservoir
Klik gambar junction/node yang terdapat pada toolbar kemudian Tempatkan pada bidang gambar seperti dibawah ini.Lokasi Perintah Reservoir
Kemudian memunculkan notasi pada bidang gambar, klik view>>option, pilih notation, kemudian checklist elemen yang ingin dimunculkan
Klik gambar/notasi pipa yang terdapat di toolbar, kemudian hubungkan reservoir dengan node, reservoir terbaca sebagai node dan pompa terbaca sebagai pipa. Sehingga gambar yang dihasilkan adalah sebagai berikut ini.
3. Langkah 3: Melakukan input data
Input Data Reservoir (menginput data ketinggian/Total Head)
Ketinggian reservoir lebih tinggi dari pada daerah pelayanan dari suatu sistem (misalkan
di isi dengan 175 m)
Klik 2 kali pada junction/node 2 kali
Input data minimal yang harus diisikan pada junction adalah elevation dan base
demand.
Masukan angka 150 m di elevation dan base demand 0
Dalam menginput data coba diperhatikan dalam menggunakan satuan Masukan data data pada tiap junction dibawah ini.
Label Elevation (m) Base Demand(l/s)
1 150 0 2 125 2 3 120 4 4 145 2 5 125 3 6 115 2
Input Data Pipa
klik 2 kali pada salah satu elemen pipa, maka akan muncul dialog box pipe properties input data minimal yang harus diisikan pada pipa adalah diameter, kekasaran pipa dan
panjang pipa
klik pada kolom isian diameter untuk input data diameter pipa
kilk pada kolom isian roughnes untuk mengisi koefisien kekasaran pipa klik kolom length untuk input data panjang pipa.
Input data berikut pada pipa
Pipe Length Diameter Roughness
m mm Pipe 1 150 150 120 Pipe 2 250 100 120 Pipe 3 200 100 120 Pipe 4 350 75 120 Pipe 5 200 75 120 Pipe 6 180 60 120 Pipe 7 400 50 120 Pipe 8 150 50 120
4. Langkah 4 : malakukan perhitungan / run untuk kondisi steady state analysis
6. Apabila tidak terdapat masalah maka akan muncul tulisan Run Was Successfull, namun apabila terdapat masalah, maka akan muncul tulisan Run Was Unseccessful, untuk memperbaiki baca laporan kesalahan.
8. Memunculkan Backdrop lembar kerja berupa peta >> View> Backdrop> Load 9. Backdrop berupa peta merupakan file picture dalam bentuk bmp picture.
10. Dan akan muncul gambar di lembar kerja seperti dibawah ini
Membuat Analisa Jaringan dengan Extended Periode Simulation
Langkah 1: membuka model/file Epanet sebelumnya Klik open kemudian pilih file ESP Coba 1.NET. Setelah file sudah dibuka, klikFile > Save As. kemudian ganti nama dengan ESP Coba 2. 8. Klik OK.
Langkah 2: Membuat Pattern Demand
Untuk membuat pattern,klik pattern di dialog box browser
Klik Notasi ADD (Kotak Warna Biru )
Akan Muncul Pattern editor, dengan nomor pattern 1 atau dengan nama lain, isikan dengan data berikut ini, jika bener maka akan memperoleh gambar seperti dibawah ini.
Time Form Stars Multiplier Time Form Stars Multiplier 1 0.25 8 1.5 2 0.37 9 1.42 3 0.45 10 1.38 4 0.64 11 1.27 5 1.15 12 1.2 6 1.4 13 1.4 7 1.75 14 1.17
Time Form Stars Multiplier Time Form Stars Multiplier 15 1.18 22 0.62 16 1.22 23 0.45 17 1.31 24 0.37 18 1.5 19 1.5 20 1.25 21 0.98 Klik OK
Tutup Demand BOX
Langkah berikutnya adalah melakukan perhitungan atau RUN untuk extended periode simulasi yaitu dengan cara:
1. Klik data pada dialog browser, kemudian, klik times, akan muncul dialog box time option, input data total duration dengan angka 24
2. Untuk melihat perubahan hidrolis tiap jam pada bidang gambar, munculkan terlebih dahulu nilai dari pressure pada tiap junction dengan cara klik view>>option>>pilih notation dan checklist pada kota display node values
Bagian IV
Gambar Simulasi I Jaringan Pipa L Pipa : 2200 m L Pipa : 600 m L Pipa : 650 m L Pipa : 800 m L Pipa : 700 m L Pipa : 600 m
Tabel Data Jaringan
No Nama Kebutuhan
Debit(L/s) Ketinggian (m) Lower Left Upper Right
1 Sumber Air 50 107 2 Pelayanan 1 5 17 3 Pelayanan 2 10 14 X 428552.23 X 437091.34 4 Pelayanan 3 5 11 Y 9222200,48 Y 9228904.65 5 Pelayanan 4 2 64 6 Pelayanan 5 3 49 7 Pelayanan 6 25 15
Tugas : Tentukan Dimensi Pipa yang sesuai dengan kriteria design untuk Tekanan minimum dan maksimum serta headloss dari hasil simulasi ?
Tabel Data Jaringan No Nama Kebutuhan
Debit(L/s) Ketinggian (m) Lower Left Upper Right
1 Pelayanan 1 50 107
2 S Air Sungai &
IPA - 17 3 Pelayanan 2 10 14 X 428790,68 X 437271,75 4 Pelayanan 3 10 11 Y 9222901,07 Y 9227769,38 5 Pelayanan 4 2 64 6 Pelayanan 5 3 49 7 Pelayanan 6 25 15
Tugas : Tentukan Dimensi Pipa yang sesuai dengan kriteria design untuk Tekanan minimum dan maksimum serta headloss dari hasil simulasi ?
