BAB III
BLOK PELAYANAN DAN JARINGAN PIPA DISTRIBUSI 3.1 Penentuan Blok Pelayanan
Daerah pelayanan telah dikelompokkan menjadi blok-blok pelayanan dengan tujuan untuk mempermudah pelaksanaan Perencanaan Distribusi Air Minum. Penetapan blok pelayanan di Kota Mojokerto didasarkan pada tingkat kepadatan penduduk, dengan upaya untuk menjaga agar debit air yang mengalir di setiap blok relatif seragam. Selain itu, dalam pengaturan blok, diusahakan meminimalkan melewati jalur rel kereta api, jalan raya utama, atau sungai besar, karena hal ini dapat menyebabkan biaya konstruksi jaringan distribusi air minum menjadi mahal dan memerlukan biaya operasi dan pemeliharaan yang tinggi. Pembagian blok ini mempertimbangkan beberapa faktor, seperti:
a. Kepadatan penduduk dalam wilayah terbangun di setiap desa atau kelurahan.
b. Topografi daerah (untuk memudahkan penentuan jalur pipa).
c. Penggunaan lahan di setiap desa atau kelurahan (dinyatakan dalam luas wilayah terbangun).
d. Batas administratif antara desa atau kelurahan, karena tidak selalu 1 blok mencakup seluruh wilayah yang ingin dilayani.
Dengan melakukan pembagian daerah pelayanan menjadi beberapa blok, kita dapat menghitung kebutuhan air bersih untuk setiap blok berdasarkan kepadatan penduduk dalam satu wilayah (kelurahan), mengalikannya dengan perbandingan persentase luas area terlayani dengan luas masing-masing wilayah yang termasuk dalam blok tersebut, dan mengalikannya dengan kebutuhan air per orang per hari.
Pembagian blok pelayanan dalam distribusi air minum dilakukan dengan tujuan mempermudah pelaksanaan pelayanan. Berikut adalah metode untuk menentukan blok pelayanan dalam distribusi air minum:
1. Pembuatannya dimulai dengan konstruksi jaringan pipa distribusi yang mempertimbangkan lokasi IPAM (Instalasi Pengolahan Air Minum) dan kontur topografi wilayah pelayanan.
2. Perhatikan faktor-faktor seperti kepadatan penduduk, penggunaan lahan, dan batas wilayah antar kecamatan.
3. Pembagian blok pelayanan dilakukan berdasarkan pertimbangan-pertimbangan yang telah diidentifikasi sebelumnya. Tujuannya adalah untuk mencapai keseragaman kepadatan penduduk dan tata guna lahan dalam satu blok pelayanan. Perlu diperhatikan juga batas administratif antar kecamatan, karena dalam satu blok pelayanan, wilayahnya tidak selalu mencakup 100% dari satu kecamatan.
4. Debit air untuk setiap blok dihitung.
Dengan mengikuti langkah-langkah diatas, maka peta blok layanan dapat digambarkan seperti berikut.
Gambar 3.1 Peta Blok Pelayanan Distribusi Air Minum Kota Malang
3.2 Penentuan Debit Blok
Apabila telah menentukan blok pelayanan, maka debit yang ada pada setiap blok dapat dihitung.
Adapun cara yang dapat dilakukan adlaha dengan menjumlahkan kebutuhan air per kecamatan terlayani yang berada dalam blok pelayanan. Persamaan kebutuhan air dapat dituliskan seperti berikut ini.
Besar debit pada suatu blok = kebutuhan air kecamatan x persentase luas kecamatan per blok Sebagai contoh perhitungan, berikut merupakan perhitungan pada blok 1:
Kebutuhan air 29% Kecamatan Kedungkandang = 804,82 L/detik x 29% = 233,40 L/detik Maka, besar debit blok 1 adalah:
= 233,40 L/detik
Perhitungan pada blok lainnya dapat dilihat pada Tabel 3.1 dibawah ini.
Tabel 3.1 Hasil Perhitungan Debit Blok
Blok Kelurahan
Persentase Luas Wilayah Kelurahan per Blok (%)
Jumlah Penduduk
(Jiwa)
Penduduk Terlayani per Blok
(Jiwa)
Kebutuhan Air (L/dtk)
Kebutuhan Air per Blok
(L/dtk)
1 Kedungkandang 29,00% 65371 65371 233,40 233,40
2 Kedungkandang 29,00% 65371 65371 233,40 233,40
3 Kedungkandang 13,00% 29304
65728 104,63
235,52
Sukun 17,50% 36424 130,90
4 Sukun 31,50% 65563 65563 235,62 235,62
5 Sukun 25,20% 52450
59755 188,49
236,54
Klojen 7,50% 7305 48,05
6 Klojen 26,00% 25325
44321 166,58
236,82
Blimbing 10,00% 18997 70,24
7 Kedungkandang 29,00% 65371 65371 233,40 233,40
8 Blimbing 33,00% 62689 62689 231,80 231,80
9 Blimbing 33,00% 62689 62689 231,80 231,80
10 Blimbing 24,50% 46542
62953 172,10
233,47
Lowokwaru 9,50% 16412 61,37
11 Klojen 37,00% 36039 36039 237,05 237,05
12 Sukun 25,80% 53699
64928 192,98
234,97
Lowokwaru 6,50% 11229 41,99
13 Klojen 24,50% 23863
44594 156,97
234,49
Lowokwaru 12,00% 20730 77,52
14 Lowokwaru 36,00% 62191 62191 232,57 232,57
15 Lowokwaru 36,00% 62191 62191 232,57 232,57
3.3 Menentukan Diameter Pipa Jaringan
Dalam merancangan jaringan pipa distribusi, maka diperlukan perencanaan jaringan pipa utama untuk memenuhi kebutuhan blok-blok pelayanan. Dalam perencanaan, penting untuk mencakup daerah layanan yang diperkirakan akan berkembang selama tahun perencanaan. Jaringan pipa utama dirancang dengan sistem loop untuk distribusi merata air bersih. Upaya dilakukan agar pipa utama tidak melintasi sungai atau rel kereta api untuk menghindari biaya yang tinggi. Namun, di Kota Mojokerto, sungai melintasi tengah kota, sehingga diperlukan bangunan tambahan untuk memastikan distribusi air bersih tetap lancar.
Desain jaringan pipa utama juga mempertimbangkan pengembangan wilayah dengan
Penggunaan EPANET dalam analisis dapat meningkatkan efisiensi dan kemudahan pekerjaan dibandingkan dengan perhitungan manual. Untuk kemudahan lebih lanjut, umumnya analisis awal dilakukan dengan program EPANET, diikuti oleh analisis manual menggunakan metode perhitungan Hardy-Cross.
3.3.1 EPANET 2.2
Berikut merupakan langkah-langkah perencanaan jaringan pipa distribusi menggunakan program EPANET 2.2.
1) Melakukan Base Setting pada EPANET 2.2
Membuka dan menjalankan Program EPANET 2.2
Setelah muncul Program Epanet, kemudian klik File lalu klik New untuk membuat lembar kerja baru.
Membuat file gambar untuk peta dasar yang akan dibuat jaringan pipa induk dengan file
“BMP” atau “WMF” yang akan dimasukkan dalam Epanet. Dapat menggunakan aplikasi Arcgis atau AutoCAD dalam membuat peta dasar.
Memasukkan gambar peta dalam bentuk WMF, yaitu klik View –> Backdroop –>
Load
–> tekan file gambar rencana.
Setelah peta muncul pada layar, selanjutnya mengatur dimension dan default sesuai satuan dan persamaan yang kita gunakan. Untuk membuka dimension, klik view pada toolbar, pilih dimension. Pilihlah map units dalam meter. Selain itu, juga terdapat base setting lainnya, seperti satuan debit, formula headloss, dan lainnya.
2) Membuat Rancangan Jaringan Pipa Primer
Membuat loop jaringan pipa distribusi dengan memasang node, reservoir/pompa, dan pipa, atau aksesoris lain yang diperlukan pada peta dengan menggunakan Toolbars Map yang tersedia dalam program Epanet.
Klik Toolbar Reservoir dan letakkan pada gambar rencana
Klik Toolbar Node/Junction dan letakkan pada gambar rencana, junction diletakkan pada pertigaan pipa dan tapping, untuk belokan tidak perlu diberi junction.
Klik Toolbar Pipa dan hubungkan antar junction (tekan junction untuk node kemudian letakkan pada gambar rencana)
Kemudian diteruskan untuk Reservoir, Pipa, Pompa dll.
Dan berikut adalah jaringan Pipa Induk Kota Malang yang telah dibuat pada Program EPANET 2.2.
Gambar 3.1 Jaringan Pipa Induk
3) Input Data
Setelah Jaringan pipa induk telah selesai, maka selanjutnya adalah memasukkan data pada junction, pipe, reservoir, pump, tanks dll.
Mengisi data Junctions. Pada Junction properties yang harus diisi antara lain:
Nama Junction (Junction ID) misal Junction 2
Elevasi (Elevation) dalam meter
Debit (Base Demand) dalam L/s
Mengisi data Pipa (Pipe). Pada Pipe properties yang harus diisi antara lain:
Nama Pipa (Pipe ID) misal Pipe 2
Panjang pipa (Length) dalam meter
Diameter Pipa dalam mm. Pengisian diameter menggunakan diameter pipa HDPE pasaran.
Roughness yang digunakan adalah 130 untuk pipa HDPE Tabel 3.2 Diameter Pipa HDPE Pasaran
Mengisi data Reservoir. Pada Reservoir properties yang harus diisi antara lain:
Nama Reservoir (Reservoirs ID)
Head Total (Total Head) dalam meter (pengisian secara trial sebelum diberikan pompa)
Pada reservoir 1 head ditambah atau dinaikan (elevated reservoir) 15.4m dari ketinggian awal
4) Run data dan model
Setelah pengisian data selesai, tekan run (berbentuk gambar kilat pada toolbar). Jika sistemnya benar dan air dapat mengalir, makan run akan sukses (run was succesfull). Jika belum berhasil maka perlu diubah diameter pipa, ketinggian reservoir atau debit pompa sehingga dapat memenuhi kriteria.
Apabila hasil running sudah berhasil, maka dilanjutkan dengan pengecekan data apakah sudah memenuhi kriteria dengan kecepatan (velocity) minimal 0,3 m/s dan maximal 3,00 m/s dan sisa tekan (pressure) minimal 15 m dan maksimum 100 m.
Untuk menampilkan data hasil running dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:
Klik table pada toolbar – pada type klik network nodes – pada columns pilih elevation, base demand, demand, head, dan pressure
Klik table pada toolbar – pada type klik network links – pada columns pilih length, diameter, roughness, flow, velocity, dan unit headloss.
Setelah mengubah-ubah data diameter pipa, ketinggian reservoir, dan debit pompa untuk menyesuaikan dengan kriteria perencanaan, dilakukan running kembali hingga hasil running berhasil dan sesuai dengan kriteria perencanaan.
Penambahan Pompa
Penambahan pompa diperlukan untuk memenuhi head pipa induk. Head awal yang dimasukkan adalah head total dimana jumlah head pompa dengan elevasi tinggi reservoir . Namun jika menggunakan dua pompa maka harus menyamakan debit yang dikeluarkan cara mengeceknya dengan meluhat pada tabel nodes. Pada perencanaan ini pompa ditambahkan pada reservoir.
Klik Toolbar browser – Data – Curves
Mengisi Curve ID misal Pump 1
Mengisi Flow (Debit) dalam L/s
Mengisi Head pompa dalam m
Delete pipa antara Reservoir 1 dan Junction 2
Menambahkan pompa antara reservoir dan node
Klik Toolbar Pump dan letakkan antara Reservoir 1 dan Node 2
Memasukkan kurva pompa ke data pompa dengan cara:
Klik Toolbar browser – Data – Pump
Berikut ini adalah hasil analisis jaringan pipa perencanaan sistem penyediaan air minum untuk Kota Malang pada tahun 2034 dengan Program EPANET 2.2.
Tabel 3.2 Hasil Perhitungan Pipe dengan Program EPANET 2.2 Network Table - Links
Link ID
Length Diameter
Roughness Flow Velocity Unit Headloss
m mm LPS m/s m/km
Pipe 1 1476 400 130 254.21 2.02 8.91 Pipe 2 3787 200 130 20.81 0.66 2.53 Pipe 3 2202 500 130 -212.59 1.08 2.16 Pipe 4 1943 630 130 -448.11 1.44 2.78 Pipe 5 1082 710 130 -683.73 1.73 3.40 Pipe 6 1319 710 130 -920.27 2.32 5.90 Pipe 7 550 200 130 -12.81 0.41 1.03 Pipe 8 563 500 130 -249.63 1.27 2.90 Pipe 9 1540 710 130 293.07 0.74 0.71 Pipe 10 1907 315 130 38.85 0.50 0.88
Pipe 15 3512 710 130 779.75 1.97 4.34 Pipe 16 1098 710 130 542.70 1.37 2.22 Pipe 17 2171 710 130 -907.45 2.29 5.75 Pipe 18 2337 800 130 -1142.42 2.27 4.92 Pipe 19 1655 1000 130 -1376.91 1.75 2.35 Pipe 20 2074 1200 130 1903.94 1.68 1.76 Pipe 21 1291 1000 130 1671.37 2.13 3.36 Pipe 22 680 1200 130 3513.42 3.11 5.47 Pump 1 #N/A #N/A #N/A 3513.42 0.00 -512.50
(Sumber: Hasil Perhitungan Progream EPANET)
Tabel 3.3 Hasil Perhitungan Junction dengan Program EPANET 2.2
Network Table - Nodes Node
ID
Elevation Base
Demand Demand Head Pressure
m LPS LPS m m
Junc 2 400 0 0.00 994.53 594.53 Junc 3 418.75 233.40 233.40 981.38 562.63 Junc 4 400 233.40 233.40 971.80 571.80 Junc 5 400 235.52 235.52 976.55 576.55 Junc 6 412.5 235.62 235.62 981.96 569.46 Junc 7 425 236.54 236.54 985.64 560.64 Junc 8 425 0 0.00 993.42 568.42 Junc 9 425 236.82 236.82 993.99 568.99 Junc 10 425 0 0.00 995.62 570.62 Junc 11 425 233.40 233.40 992.85 567.85 Junc 12 425 231.80 231.80 993.97 568.97 Junc 13 450 231.80 231.80 998.59 548.59 Junc 14 462.5 233.47 233.47 1000.79 538.29 Junc 15 462.5 0 0.00 1013.30 550.80 Junc 16 431.25 237.05 237.05 998.06 566.81 Junc 17 437.5 234.97 234.97 1005.90 568.40 Junc 18 475 234.49 234.49 1017.40 542.40 Junc 19 500 232.57 232.57 1021.28 521.28 Junc 20 487.5 232.57 232.57 1017.63 530.13
Junc JP 0 0 0.00 1025.00 1025.00
Resvr 1 512.5 #N/A -3513.42 512.50 0.00 (Sumber: Hasil Perhitungan Progream EPANET)
3.3.2 Hardy-Cross
Perhitungan Hardy-Cross adalah metode yang digunakan untuk menyelesaikan masalah distribusi aliran dalam suatu jaringan pipa tertutup dengan berprinsip padapersamaan
kontinuitas dan persamaan energy. Tujuan utama dari perhitungan Hardy-Cross adalah menentukan aliran yang melewati setiap cabang atau lintasan dalam jaringan pipa dengan mempertimbangkan kerugian gesekan di setiap bagian pipa. Berikut adalah langkah-langkah dasar dari perhitungan Hardy-Cross:
Inisialisasi Aliran Awal
Memulai dengan menebak aliran awal di setiap cabang atau lintasan dalam jaringan pipa.
Inisialisasi ini dapat dilakukan dengan mengasumsikan aliran awal atau menggunakan data yang tersedia.
Perhitungan Loop
Hardy-Cross bekerja dengan menghitung loop (siklus tertutup) dalam jaringan pipa. Langkah ini melibatkan menghitung perubahan aliran di setiap lintasan dalam loop berdasarkan kerugian gesekan, gradien hidrolik, dan perubahan jumlah air yang melewati simpul atau titik distribusi dalam loop.
Koreksi Aliran
Aliran dalam setiap lintasan dikoreksi berdasarkan perbedaan antara aliran yang dihitung dan aliran yang ditebak pada awalnya. Koreksi ini dilakukan dengan menggunakan faktor koreksi yang dihitung.
Iterasi
Langkah-langkah 2 dan 3 diulang sampai tidak ada perubahan yang signifikan dalam aliran di setiap cabang atau lintasan. Ini sering kali melibatkan beberapa iterasi.
Persamaan Massa
Pastikan bahwa jumlah air yang masuk dan keluar dari setiap simpul atau titik distribusi sesuai.
Ini memastikan keseimbangan massa dalam sistem.
Evaluasi Konvergensi
Periksa konvergensi aliran di setiap lintasan dan pastikan bahwa perubahan aliran telah mencapai batas toleransi yang diinginkan.
Perhitungan Hardy-Cross sangat berguna dalam merancang dan memahami distribusi aliran dalam sistem perpipaan yang kompleks. Metode ini dapat digunakan untuk mengoptimalkan distribusi aliran dengan mempertimbangkan kerugian gesekan dan karakteristik hidrolik dalam jaringan pipa. Dengan memasukkan debit dan diameter hasil epanet pada Trial 1, didapatkan hasil Δ𝑄� yang sudah mendekati nol. Oleh karena itu, debit dan diameter dari hasil epanet tersebut sudah benar dan hasil diameternya dapat digunakan dalam perencanaan ini. Namun, tetap dilakukan trial and error hingga minimal 3 kali. Dari ketiga trial n error, dapat diambil angka yang paling mendekati nol. Adapun contoh perhitungan Hardy- Cross pada jaringan pipa distribusi Kota Malang tahun 2034 adalah sebagai berikut.
Pipa 1
- HL = 𝐿
(0,278�𝑥�𝐶�𝑥�𝐷2,63)1,85 x Q1,85
= 1476
(0,278�𝑥�130�𝑥�0,42,63)1,85 x (0,25421)1,85
=13,21746 m
- Δ𝑄� = −(𝐻𝐿�𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙�𝑙𝑜𝑜𝑝) (1,85�𝑥�(𝐻𝐿𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙�𝑙𝑜𝑜𝑝)
= -0,04187 m3/s
Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Hardy-Cross
Loop Pipa Panjang Debit Diameter Kecepatan HL
HL/Q ΔQ
m L/det m3/det mm m m/s m
LOOP 1
1 1476 254,21 0,25421 400 0,4 2,02 13,21746 51,99426
-0,04187 2 3787 20,81 0,02081 200 0,2 0,66 9,643072 463,3864
3 2202 212,59 0,21259 500 0,5 1,08 4,783119 22,49927 4 1943 448,11 0,44811 630 0,63 1,44 5,446545 12,15448 5 1082 683,73 0,68373 710 0,71 1,73 3,704627 5,418261 6 1319 920,27 0,92027 710 0,71 2,32 7,824718 8,502633 7 550 12,81 0,01281 200 0,2 0,41 0,570749 44,55497 8 563 249,63 0,24963 500 0,5 1,27 1,646065 6,59402 9 1540 293,07 0,29307 710 0,71 0,74 1,100015 3,753419
47,93637 618,8577
LOOP 2
10 1907 38,85 0,03885 315 0,315 0,5 1,690333 43,50921
-0,2125 11 3376 194,55 0,19455 710 0,71 0,49 1,130032 5,808442
12 3255 426,35 0,42635 710 0,71 1,08 4,651567 10,91021 13 693 658,15 0,65815 710 0,71 1,66 2,211133 3,359619 14 2249 891,62 0,89162 710 0,71 2,25 12,58354 14,11312 15 3512 779,75 0,77975 710 0,71 1,97 15,3339 19,66515 16 1098 542,7 0,5427 710 0,71 1,37 2,45199 4,518132
40,05249 101,8839
LOOP 3
17 2171 907,45 0,90745 710 0,71 2,29 12,5491 13,82897
-0,62213 18 2337 1142,42 1,14242 800 0,8 2,27 11,57258 10,12988
19 1655 1376,91 1,37691 1000 1 1,75 3,908872 2,838873 20 2074 1903,94 1,90394 1200 1,2 1,68 3,674423 1,929905 21 1291 1671,37 1,67137 1000 1 2,13 4,36404 2,611056 22 680 3513,42 3,51342 1200 1,2 3,11 3,742238 1,065127
36,06902 31,33869
