Aliran bertekanan merupakan salah satu metode pengaliran air limbah domestik yang dapat dipilih dalam perencanaan sub-sistem pelayanan dan sub-sistem pengumpulan. Metode ini dapat dipilih untuk area pelayanan tertentu yang secara teknis tidak dapat dialirkan secara gravitasi karena topografi yang lebih rendah dari pipa induk atau IPALD. Metode aliran bertekanan beroperasi dengan menggunakan pompa untuk mendorong air limbah domestik dari sumur pegumpul menuju ke jaringan pipa air limbah domestik terdekat. Ilustrasi metode aliran bertekanan dalam perpipaan air limbah domestik dapat dilihat pada Gambar 6-1. Penggunaan metode aliran gravitasi juga untuk mengantisipasi kedalaman pipa sub-sistem pengumpulan yang berlebihan.
Gambar 6-1. Ilustrasi Konsep Pengaliran Air Limbah Domestik Melalui Aliran Bertekanan
Dalam pengoperasiannya, air limbah domestik dari sumber dialirkan secara gravitasi menuju ke bak atau sumur pengumpul yang juga berfungsi sebagai stasiun pompa. Selanjutnya, pemompaan air limbah domestik dilakukan berdasarkan elevasi air limbah domestik didalam bak atau sumur pengumpul.
Berdasarkan jenis pemompaan air limbah domestik, terdapat dua jenis pegaliran air limbah domestik aliran bertekanan yakni metode pompa tekan dan pompa vakum. Ilustrasi kedua jenis tipe ini dapat dilihat pada Gambar 6-2 dan Gambar 6-3. Metode pertama merupakan metode yang umum dilakukan pada jaringan perpipaan dengan aliran bertekanan.
Metode ini relatif lebih mudah jika dibandingkan dengan metode kedua. Metode kedua dilakukan dengan menggunakan pompa vakum dengan tekanan negatif. Metode ini membutuhkan biaya investasi yang relatif tinggi dan kebutuhan sumber daya manusia dengan kompetensi khusus atau terlatih. Dalam perencanaan sub- sistem pengumpulan, metode kedua tidak direkomendasikan untuk digunakan dengan pertimbangan teknis dan non teknis.
Gambar 6-2. Ilustrasi Konsep Pengaliran Air Limbah Domestik Melalui Aliran Bertekanan dengan Pompa Tekan
Gambar 6-3. Ilustrasi Konsep Pengaliran Air Limbah Domestik Melalui Aliran Bertekanan dengan Pompa Vakum
6.1 Kriteria Perencanaan
Pada dasarnya, dalam perencanaan untuk pipa aliran bertekanan memiliki kriteria yang sama dengan pipa aliran gravitasi.
Kecepatan aliran harus didesain pada nilai minimum kecepatan self cleansing sehingga potensi endapan di dalam pipa dapat dihindari. Kecepatan aliran air limbah domestik harus didesain pada minimum 0,6 m/detik dan maksimum 3 m/
detik. Kemiringan pipa tidak memiliki kriteria khusus karena adanya tekanan yang cukup untuk mengatasi perbedaan elevasi. Namun, perlu dicatat bahwa hal ini dapat berpengaruh langsung terhadap kebutuhan head akibat adanya headloss di sepanjang pipa bertekanan.
6.2 Perhitungan Hidrolika
Dalam perencanaan perpipaan aliran bertekanan terdapat beberapa aspek yang perlu dipertimbangkan dan dianalisis, di antaranya stasiun pompa yang dapat berupa sumur/bak pengumpul dan variabel-variabel penting pada pipa bertekanan yakni diameter pipa, kecepatan, head total, dan headloss total. Analisis hidrolika pada pipa aliran bertekanan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan Hazen-Williams. Persamaan ini dikembangkan untuk menghubungkan karakteristik fisik pipa terhadap perubahan tekanan akibat adanya gaya gesek antara fluida dan pipa.
Perencanaan Pipa Aliran Bertekanan (Pressurised Sewers) 33 Adapun persamaan Hazen-Williams dapat dilihat pada persamaan 6.1.
Q=0,278 CD2,63 S0,54 ... Persamaan 6.1
Persamaan Hazen-Williams juga dapat digunakan untuk menghitung headloss dengan mensubtitusi nilai S = hL/L sehingga persamaan 6.1 menjadi sebagai berikut:
hL = 0,002131 x L ( 100 C )1,85
Q1,85
D4,8655 ... Persamaan 6.2
dimana:
Q = Debit (m3/detik)
C = Koefisien Hazen-Williams (Lihat Tabel 6.1) D = Diameter dalam pipa (meter)
hL= Headloss (meter)
S = Kemiringan gradien hidrolis (meter per meter) L = Panjang Pipa (meter)
Adapun koefisien Hazen-Williams untuk beberapa jenis pipa dapat dilihat pada Tabel 6-1.
Tabel 6-1. Koefisien Hazen-Williams
No Jenis Material Pipa Rekomendasi Nilai Koefisien
1 Reinforced Cement Concrete (RCC) 140
2 High-Density Polyethylene (HDPE) Unplasticized Polyvinyl Chloride (uPVC) Glass fiber reinforced plastics (GRP)
Fiberglass Reinforced Thermosetting Plastic (FRP)
150
3 Cast Iron Pipe dan Ductile Iron 140
Persamaan 6.1 dapat digunakan untuk melakukan analisis terhadap variabel hidrolika dalam perencanaan jaringan perpipaan air limbah domestik yang menggunakan prinsip aliran bertekanan. Selain itu, persamaan 6.2 juga penting untuk dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui headloss sehingga dapat menentukan kebutuhan head. Hal ini perlu dilakukan sebagai langkah dalam pemilihan spesifikasi pompa.
Selain menggunakan persamaan 6.1 dan 6.2, analisis variabel hidrolika aliran bertekanan juga dapat dilakukan dengan menggunakan nomogram Hazen-Williams (lihat Gambar 6-4) yang merupakan pengembangan dari persamaan 6.1 dan persamaan 6.2. Metode nomogram dapat mempermudah proses analisis. Namun, perlu ditekankan bahwa perencana tetap harus melakukan perhitungan agar dasar-dasar perencanaan dapat terlihat secara jelas dalam dokumen perencanaan.
Gambar 6-4. Nomogram Persamaan Hazen-Williams dengan dasar nilai C = 100
6.3 Tahapan Perhitungan Hidrolika
Gambar 6.4 merupakan nomogram Hazen-Williams dengan asumsi koefisien Hazen-Williams (C) sebesar 100. Untuk analisis persamaan Hazen-Williams dengan nilai C lainnya, maka diperlukan faktor koreksi sehingga nomogram pada Gambar 6.4 dapat digunakan. Faktor koreksi berbagai nilai C dapat dilihat pada Tabel 6-2. Sebagai contoh, jika
Perencanaan Pipa Aliran Bertekanan (Pressurised Sewers) 35 diketahui headloss pada nilai C = 100 sebesar 10 meter/1.000 meter, maka headloss pada nilai C = 130 dapat dihitung menjadi 0,62 x 10 meter/1.000 meter = 6,2 meter/1000 meter. Nilai 0,62 merupakan faktor koreksi untuk C = 130.
Tabel 6-2. Faktor Koreksi untuk Berbagai Nilai Koefisien Hazen-Williams (Hammer, 2014)
No Nilai Koefisien Hazen-Williams (C) Faktor Koreksi (K)
1 80 1,51
2 100 1,00
3 110 0,84
4 120 0,71
5 130 0,62
6 140 0,54
Perhitungan hidrolika pipa aliran bertekanan dapat dilakukan melalui beberapa tahapan dengan memanfaatkan nomogram Hazen-Williams (Gambar 6-4). Adapun tahapan perhitungan yang dapat dilakukan dapat dilihat pada Gambar 6-5.
Tentukan Nilai Diameter (D) Pipa atau Debit (Q) Pompa
Kecepatan/Diameter/
Headloss
Analisis variabel hidrolika dengan menggunakan nomogram Hazen Williams dapat dilakukan dengan memulai dari penentuan dimensi pipa atau debit air limbah dan headloss. Diameter pipa untuk aliran bertekanan dapat ditentukan dengan mempertimbangkan dimensi pipa outlet pada pompa yang tersedia. Dimensi pipa akan berpengaruh secara langsung terhadap kapasitas debit dan kecepatan aliran. Perencanaan juga dapat dimulai dengan menentukan debit air limbah. Dalam hal ini, debit air limbah merupakan debit pompa.
Perhitungan variabel headloss (hL), diameter (D), dan kecepatan (v) dapat ditentukan dengan menggunakan grafik pada Gambar 6.4. Adapun tahapan yang dapat dilakukan dengan memanfaatkan diagram tersebut yakni:
• Tentukan titik nilai Q atau variabel lain yang dijadikan acuan.
• Tentukan titik nilai D atau variabel lain yang dijadikan acuan.
• Buat garis yang memotong seluruh variabel Q, D, hL, dan v
• Catat nilai Q, D, hL, dan v
Nilai variabel-variabel hidrolika yang diperoleh tergantung pada data awal yang digunakan dalam perencanaan.
Gambar 6-5. Tahapan Analisis Variabel Hidrolika dengan menggunakan Nomogram Persamaan Hazen-Williams