bab ii tinjauan pustaka - · pdf filetekanan. dalam fluida yang tidak bergerak, ... dalam...
TRANSCRIPT
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Sistem distribusi air bersih adalah sistem yang sangat khusus. Tiap sistem
memiliki karakteristik tertentu yang bergantung pada sumber air, topografi daerah
pelayanan, sejarah penyediaan air di daerah pelayanan, dan sebagainya. Secara
umum, yang ada pada jaringan distribusi adalah sumber air dan pengguna air dan
pipa yang menghubungkan dua komponen tersebut. Pipa yang digunakan dapat
terbuat dari besi, baja, plastik atau material lainnya, dan dapat dihubungkan
dengan berbagai macam konfigurasi.
Sumber air yang terdapat di suatu jaringan distribusi dapat berupa sumber
tunggal, seperti bangunan instalasi pengolahan air bersih. Sumber air untuk
didistribusikan dapat juga disuplai dari sejumlah sumur air tanah. Pompa juga
merupakan salah satu komponen dari jaringan distribusi yang umum digunakan
apabila ketinggian sumber air tidak cukup untuk mengalirkan air secara gravitasi
ke daerah pelayanan.
II.1. GAMBARAN UMUM SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH
Sistem distribusi pada umumnya dilengkapi dengan tangki penyimpanan
yang terhubung langsung dengan sistem. Tangki penyimpan berfungsi sebagai
tempat dimana air dipompakan, atau untuk menjaga tekanan pada pipa agar tidak
berlebih dan menyebabkan kerusakan.
Valve digunakan untuk mematikan aliran, meredam gelombang air,
melepaskan udara yang terdapat pada aliran air, mengeringkan pipa atau
mengontrol tekanan. Hidran sebenarnya adalah salah satu jenis khusus dari valve
yang digunakan untuk pemadam kebakaran. Pompa booster diperlukan untuk
menyediakan tekanan yang cukup di wilayah pelayanan tertentu dengan variasi
ketinggian yang signifikan atau fluktuasi penggunaan yang tinggi. Komponen
6
sistem distribusi yang lain adalah pressure reducing valve, yang fungsinya
berkebalikan dengan pompa booster, yaitu untuk mengurangi tekanan dalam pipa.
Sistem penyediaan air minum meliputi sistem pelayanan untuk suatu
komunitas yang menyeluruh, termasuk untuk keperluan domestik, non domestik
(sarana umum dan sarana komersial) dan industri. Komposisi dari sistem
penyediaan air minum terdiri dari 3 komponen utama, yaitu:
- Sumber
Sumber dapat terdiri dari sistem pengambilan/pengumpulan (collection
works) serta dapat dilengkapi dengan sistem pengolahan
(purification/treatment work).
- Transmisi
Sistem transmisi ini merupakan sistem yang membawa atau menyalurkan
air, baik air baku maupun air bersih.
- Distribusi
Sistem distribusi terdiri dari reservoir (tangki penyimpanan dan jaringan
perpipaan).
Sistem distribusi adalah sistem yang mampu membagikan air pada
konsumen, baik dalam bentuk sambungan rumah atau melalui sambungan umum.
Faktor yang perlu mendapat perhatian dalam pendistribusian air ke konsumen
adalah tekanan, kuantitas, kualitas dan kontinuitas.
Dalam pengembangan sistem distribusi, beberapa hal yang perlu mendapat
perhatian adalah:
a. Sistem perpipaan distribusi
Jaringan pipa distribusi terdiri dari pipa induk, pipa cabang, dan
pipa servis. Pada penempatan pipa distribusi yang harus diperhatikan
adalah peletakan lokasi pipa, topografi dan penyebaran penduduk,
ketersediaan energi gravitasi, dan jumlah loop yang diperlukan. Hal ini
berguna untuk mempermudah pengoperasian dan pengontrolannya serta
pemerataan pipa dan pelayanannya. Pemerataan pelayanan yang dimaksud
adalah membuat sistem perpipaan sedemikian rupa sehingga seluruh kota
dapat dialiri dengan baik.
7
Sistem distribusi terdiri dari 2 bagian, yaitu sistem makro dan
sistem mikro. Sistem makro berfungsi sebagai penghantar jaringan pipa.
Jaringan penghantar ini tidak boleh langsung mengalir ke konsumen,
karena dapat mengakibatkan penurunan energi yang sangat besar. Sistem
ini disebut juga sistem jaringan pipa hantar atau feeder, yang terdiri dari
primary feeder dan secondary feeder. Sedangkan sistem mikro berfungsi
sebagai pipa pelayanan ke rumah-rumah. Jadi sistem mikro dapat
membentuk jaringan pelayanan. Sistem ini adalah sistem jaringan pipa
pelayanan, yang terdiri dari small distribution mains (pipa pelayanan
utama) serta service line dan servis pipa (house connection)
b. Sistem zoning
Pembagian zona distribusi berdasarkan pada pertimbangan luas
kota yang menyangkut pertimbangan efisiensi dan kelancaran pelayanan.
Hal lain yang juga menjadi pertimbangan dalam pembagian zona distribusi
adalah perbedaan elevasi kota, dibedakan atas zona distribusi apabila
terdapat perbedaan elevasi sekitar 60 m.
c. Sistem pengaliran
Ssitem pengaliran dalam jaringan distribusi terdiri dari beberapa
jenis metode pengaliran air bersih, dari reservoir atau tangki ke pelanggan.
Sistem tersebut yaitu :
o Sistem gravitasi
o Sistem pemompaan
o Sistem gravitasi dan pemompaan
d. Masalah teknis dan engineering
Hal-hal yang terkait dengan masalah teknis distribusi air di
lapangan diantaranya adalah mengenai kapasitas sistem, perhitungan
engineering, konstruksi, perpipaan, peralatan dan perlengkapan.
II.2. HIDROLIKA ALIRAN DALAM PIPA
Dalam menyelesaikan permasalahan distribusi air bersih, diperlukan
pemahaman mengenai konsep aliran dalam saluran tertutup. Proses pemecahan
masalah tersebut pada umumnya melibatkan perhitungan energi, persamaan
8
kontinuitas dan perhitungan kehilangan tekan. Persamaan-persamaan yang paling
penting adalah kontinuitas, momentum dan energi. Pada aliran dalam pipa,
persamaan-persamaan ini dapat digunakan dalam bentuk integral apabila
dibutuhkan nilai tekanan atau kecepatan rata-rata, atau dalam bentuk diferensial
apabila yang dibutuhkan adalah informasi mengenai distribusi kecepatan dalam
pipa (Walski, 1984). Secara umum, aliran fluida dapat diklasifikasikan
berdasarkan beberapa dasar pertimbangan, salah satu diantaranya adalah
berdasarkan energi aliran.
Aliran turbulen sangat sering terjadi dalam praktik perekayasaan. Dalam
aliran turbulen, partikel-partikel (massa-masa molar yang kecil) fluida bergerak
dalam lintasan-lintasan yang sangat tidak teratur, yang mengakibatkan pertukaran
momentum dari satu bagian fluida ke bagian yang lain. Partikel fluida tersebut
dapat berukuran dari sangat kecil (beberapa ribu molekul) sampai sangat besar
(beriru-ribu meter kubik dalam pusaran yang besar di sungai atau dalam
hempasan udara atmosfer). Turbulensi membangkitkan tegangan geser yang lebih
besar di sleuruh fluida dan mengakibatkan lebih banyak ketakmampubalikan
(irreversibility) dan kerugian (Streeter, 1998).
Dalam aliran laminer, partikel-partikel fluida bergerak sepanjang lintasan-
lintasan yang halus serta lancar. Aliran laminer mengikuti hukum Newton tentang
viskositas, yang mengubungkan tegangan geser dengan laju perubahan bentuk
sudut. Dalam aliran laminer, kerja viskositas meredam kecenderungan-
kecenderungan turbulen. Aliran laminer tidak stabil dalam situasi yang
menyangkut gabungan viskositas yang rendah, kecepatan yang tinggi atau debit
air yang besar serta berubah menjadi aliran turbulen.
Sementara itu, aliran seragam terjadi bila di tiap titik, vektor kecepatan
adalah sama secara identik (dalam besar serta arahnya) untuk setiap saat tertentu.
Dalam bentuk persamaan, , dimana waktu ditahan konstan dan δs adalah
perpindahan dalam arah manapun. Persamaan tersebut menyatakan bahwa tidak
terdapat perubahan vektor kecepatan dalam arah manapun di seluruh fluida pada
saat kapanpun (Streeter, 1998).
II.2.1 Viskositas
9
Viskositas adalah sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan
terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut. Hukum viskositas Newton
menyatakan bahwa untuk laju perubahan sudut fluida yang tertentu, maka
tegangan geser berbanding lurus dengan viskositas. Viskositas gas meningkatan
dengan peningkatan suhu, sedangkan viskositas cairan menurun. Perbedaan dalam
kecenderungan terhadap suhu tersebut dapat diterangkan dengan menyimak
penyebab-penyebab viskositas. Tahanan suatu fluida terhadap tegangan geser
tergantung pada kohesinya dan pada laju perpindahan momentum molekulernya.
Cairan, dengan molekul-molekul yang lebih rapat daripada gas, mempunyai gaya-
gaya kohesi yang lebih besar dibandingkan dengan gas. Kohesi nampaknya
merupakan penyebab utama viskositas dalam cairan. Karena kohesi berkurang
dengan naiknya suhu, maka demikian pulalah viskositas.
Di dalam fluida selalu terdapat perpindahan molekul-molekul hilir mudik
melintasi suatu permukaan khayal yang kita bayangkan di dalamnya. Bila satu
lapisan bergerak relatif terhadap lapisan yang berdekatan, maka perpindahan
momentum molekuler membawa momentum dari satu sisi ke sisi yang lain
sehingga menimbulkan tegangan geser semu yang memberikan tahanan terhadap
gerakan relatif tersebut serta cenderung untuk mempersamakan kecepatan lapisan-
lapisan yang berdekatan. Ukuran gerak sebuah lapisan relatif terhadap lapisan
yang berdekatan adalah du/dy (Streeter, 1998).
Untuk tekanan-tekanan yang biasa, viskositas tidak tergantung pada
tekanan dan tergantung pada suhu saja. Untuk tekanan yang sangat besar,
kebanyakan cairan menunjukkan variasi viskositas yang tidak menentu terhadap
tekanan.
Dalam fluida yang tidak bergerak, atau yang bergerak sedemikian rupa
sehingga tidak ada lapisan yang bergerak relatif terhadap lapisan yang berdekatan,
tidak akan timbul gaya-gaya geser semu, berapapun viskositasnya. Hal ini
dikarenakan du/dy adalah nol di seluruh fluida. Maka, dalam penelaahan statika
fluida, gaya geser tidak dapat diperhatikan karena tidak terjadi di dalam fluida
yang statik, dan tegangan yang ada hanya tegangan normal atau tekanan. Dimensi
viskositas ditentukan dari hukum viskositas Newton (Streeter, 1998).
10
µ = viskositas (kg/ms)
τ = tegangan geser (N/m2)
Viskositas kinematis
Viskositas kinematik adalah perbandingan antara viskositas terhadap
kerapatan massa.
Viskositas kinematik muncul dalam banyak penerapan, misalnya dalam
bilangan Reynolds yang tanpa dimensi untuk gerakan suatu benda melalui fluida.
Satuan SI untuk viskositas kinematik adalah m2/s.
Viskositas praktis tidak bergantung pada tekanan dan bergantung hanya
pada suhu. Viskositas kinematik cairan merupakan fungsi suhu.
II.2.2 Kehilangan Tekanan
II.2.2.1. Headloss mayor
Salah satu faktor yang penting dalam perhitungan hidrolis perpipaan
adalah perhitungan kehilangan tekanan. Kehilangan tekanan terjadi karena adanya
gesekan antara fluida (air) dengan dinding pipa, dan turbulensi dalam fluida. Nilai
dari kehilangan tekanan tergantung pada beberapa faktor penting, yaitu kecepatan
aliran, diameter pipa dan juga tingkat kekasaran dari dinding pipa. Dalam sistem
distribusi air, kehilangan tekan juga merupakan hasil dari pemasangan aksesori
seperti bend, valve dan perubahan diameter pipa.
Faktor gesekan f dapat diturunkan secara matematis untuk aliran laminer,
tetapi tidak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi f dengan
bilangan Reynolds yang tersedia untuk aliran turbulen. Selanjutnya, Nikuradse
dan lain-lainnya telah menemukan bahwa kekasaran relatif pipa (perbandingan
ukuran ketidaksempurnaan permukaan E terhadap garis tengah sebelah dalam
pipa) mempengaruhi juga harga f (Gilles, 1993).
Persamaan empiris yang paling banyak digunakan untuk menentukan
kehilangan tekan adalah persamaan Hazen-Williams. Persamaan Hazen-William
secara empiris menyatakan bahwa debit yang mengalir di dalam pipa adalah
11
sebanding dengan diameter pipa dan kemiringan hidrolis. Secara umum, rumus
Hazen-Williams dituliskan sebagai berikut:
Dimana:
Q = debit aliran (m3/s)
C = faktor kekasaran dinding pipa
D = diameter pipa (m)
S = kemiringan hidrolis
Nilai kemiringan hidrolis merupakan fungsi dari kehilangan tekan (hL) dan
panjang pipa (L), yang dinyatakan dalam persamaan berikut:
II.2.2.2 Headloss minor
Headloss minor pada aliran dalam pipa adalah kehilangan tekanan yang
diakibatkan oleh pemasangan valve, adanya belokan dan perubahan diameter
pipa. Kehilangan energi yang terjadi umumnya lebih kecil dibandingkan dengan
kehilangan energi akibat friksi di sepanjang saluran perpipaan, walaupun pada
kasus-kasus tertentu kehilangan energi akibat valve dan belokan cukup signifikan
sehingga harus diperhitungkan. Kehilangan energi minor terjadi karena adanya
valve atau aksesoris lain menyebabkan turbulensi di pipa lurus. Energi yang
digunakan untuk membentuk turbulensi tidak dapat dikembalikan oleh fluida, oleh
karena itu disebut kehilangan energi. Kehilangan energi minor dapat dinyatakan
dalam:
a. Koefisien kehilangan K dapat digunakan sebagai fungsi dari tekanan kecepatan
dimana K adalah koefisien kehilangan minor.
12
b. Kehilangan minor dapat dinyatakan dalam panjang ekivalen pipa atau diameter
pipa (L/D) yang memiliki nilai kehilangan tekan yang sama. Sebagai contoh,
kehilangan tekan dapat dihitung dengan persamaan Darcy-Weisbach:
dimana f adalah faktor friksi dari pipa lurus. Panjang ekivalen pipa dan
koefisien kehilangan minor dapat direlasikan sebagai berikut
Dari persamaan-persamaan di atas, pendekatan yang paling praktis untuk
digunakan dalam menghitung nilai kehilangan energi dalam aliran perpipaan
adalah dengan pendekatan panjang ekivalen pipa (Walski, 1984).
II.2.3 Persamaan Kontinuitas
Persamaan kontinuitas merupakan bentuk lain dari hukum konservasi
massa yang menyatakan bahwa massa yang masuk ke suatu sistem dikurangi
massa yang keluar dari sistem tersebut bernilai sama dengan massa yang
tersimpan dalam sistem.
Apabila dibagi dengan densitas, maka persamaan di atas dapat diturunkan menjadi
bentuk debit aliran.
Atau dapat juga dinyatakan sebagai berikut:
Dimana:
Q = aliran dalam saluran (m3/s)
dS/dt = perubahan volume yang tersimpan terhadap waktu (m3/s)
Untuk aliran masuk variabel Q bernilai positif, sementara untuk aliran keluar
variabel Q bernilai negatif.
13
II.2.4 Persamaan Momentum
Sesuai dengan hukum kedua Newton, yaitu
( )dt
vmdamF
.. ==
t
vm
t
vm
t
mvF
∆−
∆=
∆
∆= 1122
karena ρQ = m/t maka,
111222 vQvQF ρρ −=
sehingga,
( )12 vvQF −= ρ
Pada analisis sistem jaringan pipa air, persamaan momentum sering digunakan
untuk menghitung gaya yang bekerja pada pipa akibat belokan dan kontraksi.
II.2.5 Persamaan Energi
Persamaan energi yang dirangkai dengan persamaan headloss akan
membantu engineer untuk menentukan kearah mana air mengalir secara hidrolis
dan seberapa cepat air tersebut mengalir didalam saluran tertutup.
Gambar II.1 Energi dalam Aliran Fluida
Dari gambar diatas, sebuah persamaan matematis dapat dideskripsikan sebagai
berikut;
HWEE −+= 12
14
Dimana:
E2 = energi pada titik 2
E1 = energi pada titik 1
W = energi luar (pemompaan)
H = kehilangan energi
Pada dasarnya energi yang dimiliki oleh fluida bergerak terdiri dari tiga bentuk
yaitu energi kinetik, energi potensial dan energi internal.
ρ
Pmmgz
mvE ++=
2
2
Dengan membagi persamaan diatas dengan gz dan γ=ρg maka
hwPP
zzg
vv+−=
−+−+
−
γ21
21
2
2
2
1
2
Semua variabel diatas dapat bernilai positif ataupun negatif kecuali
variabel h. Energi yang hilang tidak terdeskripsikan oleh persamaan ini sehingga
persamaan ini hanya akan menentukan arah aliran. Jika aliran bergerak dari titik 1
ke 2 maka harga h akan positif. Namun jika harga h bernilai negatif maka aliran
tersebut berarti bergerak dari titik 2 ke titik 1.
II.3 HIDROLIKA JARINGAN PERPIPAAN
Jaringan perpipaan merupakan suatu rangkaian pipa yang saling terhubung
satu sama lain secara hidrolis. Sehingga perubahan di satu bagian pipa akan
menyebabkan pengaruh pada bagian-bagian lain pada jaringan. Pengaruh ini dapat
dideteksi dari segi perubahan tekanan dalam pipa. Pipa yang tergabung dalam satu
jaringan dapat diklasifikasikan berdasarkan pertimbangan-pertimbangan berikut:
- Panjang pipa
- Diameter pipa
- Jenis pipa
- Kedudukan pipa dalam jaringan
Kedudukan pipa dalam suatu jaringan dapat dinyatakan dengan
penomoran pipa, atau dengan penomoran node yang dihubungkan oleh pipa
tersebut.
15
Aspek penting dalam mengkonstruksi jaringan perpipaan adalah
keterangan dari pipa dan node itu sendiri, sehingga didapat keterangan yang
diperlukan untuk mengidentifikasi suatu jaringan pipa. Keterangan dalam jaringan
perpipaan terdiri dari dua jenis, yaitu keterangan yang dapat diidentifikasi
langsung, umumnya merupakan aspek-aspek fisik, dan keterangan yang bersifat
hidrolis, yang dapat diidentifikasi secara langsung maupun tidak langsung.
II.3.1 Karakteristik Hidrolis Node
Keterangan fisik berupa kedudukan node dalam kerangka vertikal dan
horizontal suatu bidang tanah, yaitu menyangkut elevasi node dan
posisi/koordinat node dalam wilayah sehingga mudah dipetakan. Keterangan ini
bermanfaat sebagai dasar dalam pengidentifikasian kondisi hidrolis langsung
maupun tidak langsung.
Aspek hidrolis yang perlu diidentifikasi adalah sebagai berikut :
- Debit tapping
- Tekanan air
Debit tapping dalam suatu jaringan pipa air minum sangat tergantung dari
pemakaian air pemakai yang terhubung dengan tapping tersebut. Umumnya 1
L/detik debit air rata-rata yang keluar dari tapping dapat melayani 50 sampai 70
sambungan rumah.
Hubungan antara debit tapping yang keluar dari node dengan tekanan node
adalah sebagai berikut:
- Apabila debit tapping adalah nol, maka tekanan yang ada di tapping
adalah maksimal
- Apabila debit tapping membesar maka tekanan air turun.
Tekanan suatu node tergantung pula oleh sisa tekanan yang diberikan oleh
pipa-pipa yang terhubung ke dan dari node tersebut, oleh karena itu pemahaman
mengenai karakteristik hidrolis pipa dalam suatu jaringan sangat diperlukan.
II.3.2 Kehilangan Tekan dalam Jaringan Perpipaan
Kehilangan tekanan dalam pipa sebanding dengan debit air yang mengalir
di dalamnya. Semakin besar debit, semakin besar kehilangan tekannya. Secara
16
fisik, kehilangan tekan adalah merupakan perbedaan elevasi permukaan dari
sumber pengaliran dengan titik pelayanan, dikurangi dengan nilai kehilangan
tekan yang terjadi selama pengaliran.
II.3.3 Jaringan Distribusi Air Bersih
Pelayanan pada jaringan distribusi air bersih perlu memenuhi beberapa
paramater yang harus dipenuhi, agar suplai air dapat sampai pada konsumen yang
ada di titik terjauh sekalipun. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam perencanaan
sistem distribusi air bersih diantaranya:
- Tinggi tekanan air di setiap konsumen harus memadai, biasanya antara 5-10
mka sampai maksimum 30-40 mka.
- Kuantitas air harus mencukupi untuk segala jenis pemakaian yang
direncanakan.
- Pemeliharaan harus mudah.
- Dalam keadaan bahaya, misalnya terjadi kebakaran, sistem harus mampu
menyuplai air dengan tekanan dan kuantitas yang memadai.
- Selama ada perbaikan, misalnya pecahnya pipa, diharapkan hanya sebagian
kecil konsumen yang mengalami gangguan.
Dalam menyelesaikan permasalahan desain sistem dan operasi untuk
distribusi air bersih, diperlukan pemahaman mengenai persamaan-persamaan yang
digunakan dalam aliran tertutup. Salah satu hal yang paling penting untuk
diketahui dalam pendistribusian air bersih adalah sisa tekan di titik-titik
pelayanan. Berikut adalah faktor-faktor penting yang perlu untuk diketahui dalam
menentukan sisa tekan di titik tertentu:
- Elevasi tanah tempat pipa diletakkan
- Tenaga pendorong awal, seperti menara air atau pompa
- Kehilangan energi atau kehilangan tekan
Elevasi tanah didapat dari hasil pengukuran tanah yang baik. Tenaga
pendorong adalah kondisi menara atau perpompaan yang diperkirakan ketinggian
tekannya dengan baik. Sedangkan headloss atau kehilangan tekanan dihitung
berdasarkan persamaan-persamaan empiris.
17
II.4 KOMPONEN DISTRIBUSI
Untuk menjamin kualitas pelayanan yang baik maka sistem distribusi air
bersih perpipaan biasanya mencakup beberapa komponen, yaitu:
1. Reservoir distribusi
2. Jaringan perpipaan, mencakup:
o Pipa induk
Pipa induk merupakan pipa distribusi pada jaringan terluar, yang
menghubungkan blok-blok pelayanan dalam kota, dari reservoir ke
seluruh jaringan utama. Pipa ini tidak bisa dipakai untuk melayani
penyadapan (tapping) ke rumah-rumah. Pipa yang digunakan
sebagai pipa induk ini haruslah jenis pipa yang mempunyai
ketahanan tinggi terhadap tekanan.
o Pipa cabang/sekunder
Pipa cabang dipakai untuk menyadap air langsung dari pipa induk
untuk mengalirkan ke suatu blok pelayanan. Pipa yang digunakan
sebagai pipa cabang sebaiknya memiliki kualitas yang sama
dengan pipa induk (jika sedikit di bawah mutu pipa induk, masih
bisa ditolerir). Pipa ini berhubungan dengan pipa servis dan
diameternya dapat ditentukan berdasarkan banyaknya pipa servis
yang masuk (berhubungan) dengan pipa cabang tersebut.
o Pipa servis
Pipa servis adalah pipa yang melayani konsumen langsung ke
rumah-rumah. Pipa ini berhubungan dengan pipa cabang dan
mengalirkan air ke rumah-rumah dengan diameter tertentu sesuai
dengan pemakaian konsumen.
o Fitting dan aksesoris
o Meter air
Meter air berfungsi untuk menyambungkan pipa induk ke
konsumen. Penggunaan meteran air dianggap dapat mengurangi
penggunaan air dan memperkecil pemborosan penggunaan air
(Babbitt, 1967).
o Keran kebakaran/hidran
18
Selain berfungsi sebagai titik pengambilan air pada saat kebakaran,
juga dapat berfungsi sebagai ventilasi (air valve) dan spui (blow
off).
3. Pompa, yang dapat berfungsi untuk:
o Memompa air dari penjernihan ke reservoir
o Memompa air dari reservoir ke jaringan distribusi
o Menaikkan air ke daerah pelayanan yang lebih tinggi (booster).
II.4.1 Jaringan perpipaan
Jaringan distribusi dapat dibedakan berdasarkan beberapa kategori, yaitu
berdasarkan cara pengalirannya, pola jaringan pipa dan kelangsungan suplai air.
II.4.1.1 Cara pengaliran
Beberapa cara yang dapat diterapkan dalam mengalirkan air ke konsumen adalah:
a. Secara gravitasi
Cara pengaliran dengan gravitasi digunakan apabila topografi daerah
pelayanan memungkinkan. Sebagai contoh adalah terdapatnya reservoir yang
lebih tinggi dari daerah pelayanan, dimana karena menggunakan menara air
(elevated tank) atau karena terdapat lokasi reservoir yang secara topografi
lebih tinggi dari daerah pelayanan. Sistem ini merupakan sistem yang paling
ekonomis. Dalam pengaliran secara gravitasi, reservoir yang digunakan
adalah ground reservoir atau ditambah dengan elevated reservoir sebagai
penambah tekanan untuk melayani pada waktu pemakaian maksimum di
daerah pelayanan terjauh yang tidak mendapat air. Besar elevated reservoir
disesuaikan dengan jumlah kebutuhan air di daerah yang harus dilayani pada
waktu kebutuhan maksimum. Sedangkan besar ground reservoir adalah total
volume reservoir yang harus disediakan dikurangi dengan kapasitas elevated
reservoir.
b. Secara pemompaan
Pemompaan air dari reservoir ke konsumen dilakukan sesuai dengan tekanan
yang diinginkan. Adanya fluktuasi pemakaian air mengakibatkan
19
dibutuhkannya sarana untuk menyeimbangkan aliran, misalnya dengan
pemasangan hidrofor atau pengaturan jumlah pompa yang digunakan. Cara
pemompaan ini selain lebih mahal daripada sistem gravitasi, juga akan
bermasalah apabila terjadi gangguan tenaga listrik. Bila menggunakan
pemompaan langsung secara kontinyu selama 24 jam maka kapasitas
penampungan pada ground reservoir adalah kapasitas reservoir total. Pompa
pada umumnya dioperasikan berdasarkan suatu kebijakan yang meliputi
jadwal pengperasian (Goldman, 2004).
c. Secara kombinasi antara gravitasi dan pemompaan (dual system)
Dual system merupakan kombinasi antara sistem gravitasi dan sistem
pemompaan. Kelebihan air akibat pemakaian air yang tidak dapat ditampung
di reservoir, nantinya akan digunakan untuk menyuplai air pada saat
pemakaian air banyak. Pompa suplai dirancang dengan menggunakan debit
pemakaian rata-rata. Kadang dibutuhkan pompa tambahan, misalnya untuk
menyuplai langsung pada saat terjadi kebakaran. Untuk sistem ground
reservoir-pompa-elevated reservoir, bila dilakukan terus menerus selama 24
jam sesuai dengan pengaliran dari instalasi pengolahan, maka kapasitas yang
perlu ditampung adalah total kapasitas reservoir. Volume ground reservoir
adalah 2/3 kapasitas total dan volume elevated reservoir adalah 1/3 kapasitas
total.
Untuk sistem clear well-pump-elevated reservoir maka besar clear well dapat
dihitung seperti tersebut di atas, yaitu 2/3 dari total volume reservoir yang
harus ada dimana kapasitas tersebut harus lebih besar atau sama dengan
waktu kontak klor dalam air sebesar 30 menit kali debit aliran.
II.4.1.2 Pola Jaringan Pipa
Pola jaringan pipa induk yang digunakan dapat dibagi menjadi beberapa
jenis, dimana masing-masing sistem memiliki kelebihan dan kekurangan.
Biasanya dalam sebuah daerah pelayanan, dijumpai lebih dari satu sistem yang
tetap merupakan satu kesatuan sistem. Pola jaringan tersebut antara lain :
a. Sistem cabang
20
Ciri dari sistem cabang adalah terdapat pipa induk, pipa sub-induk dan
seterusnya yang dihubungkan secara cabang. Selain itu, sistem cabang
memiliki ujung pipa yang tertutup (dead-end).
- Kelebihan:
o Perhitungan perancangan alternatif lebih mudah dan lebih akurat
o Membutuhkan katup dalam jumlah yang relatif lebih sedikit
o Pipa dirancang berdasarkan atas aliran searah, sehingga
diameternya mungkin lebih besar.
- Kekurangan :
o Jika terjadi perbaikan/kerusakan, daerah yang terganggu lebih
banyak
o Diperlukan dead end, terdapat titik-titik mati sehingga air tidak
tersirkulasi dan memerlukan pengurasan secara rutin
o Bila berfungsi sebagai suplai kebakaran, air menjadi terbatas
karena hanya berasal dari satu arah
b. Sistem gridiron
Sistem gridiron merupakan salah satu pola pada jaringan perpipaan
distribusi air bersih. Sistem gridiron adalah bentuk modifikasi dari sistem
cabang.
- Keuntungan :
o Bila terjadi gangguan, hanya sebagian kecil konsumen yang
terganggu
o Sirkulasi lebih terjamin
o Air dapat diarahkan ke segala arah dengan menutup keran-keran
tertentu (misalnya untuk bahaya kebakaran)
- Kekurangan:
o Biaya relatif lebih tinggi
o Dibutuhkan lebih banyak katup
c. Sistem ring/sirkular
Sistem ring/sirkular pada umumnya digunakan pada daerah-daerah
yang terencana dengan baik. Pada penerapan sistem ring/sirkular ini, daerah
pelayanan dibagi menjadi beberapa blok pelayanan, dengan pipa induk
21
mengelilingi blok tersebut. Blok-blok tersebut dapat diisolir dari blok yang
lain dan dapat dipasang meter air, untuk pemantauan kebocoran dan
sebagainya. Akan ada penghematan penggunaan air pada konsumen jika
dilakukan pengukuran jumlah air yang digunakan menggunakan meter air
(Lloyd, 1960). Prinsip perhitungan dari sistem ring/sirkular identik dengan
sistem gridiron
II.4.1.3 Kelangsungan Suplai Air
• Continuous Supply
Air dapat disuplai dengan periode menerus selama 24 jam (sistem
kontinyu). Pola waktu suplai kontinyu ini merupakan sistem yang diinginkan.
Suplai kontinyu digunakan apabila debit dan tekanan air mencukupi untuk seluruh
konsumen. Pada pola suplai kontinyu, tidak diperlukan reservoir penyimpanan
khusus pada konsumen. Untuk periode suplai menerus selama 24 jam, salah satu
keuntungannya adalah jika terjadi kebakaran, air tetap tersedia, selain itu
kehilangan airnya relatif lebih kecil. Keuntungan lain yang didapatkan dari
periode suplai air secara kontinyu ini adlaah diameter pipa yang dibutuhkan untuk
proses distribusi lebih kecil dan tidak memerlukan air valve yang terlalu banyak
akibat kekosongan pipa.
• Intermittent (penggiliran air)
Pola suplai lainnya yang diterapkan adalah pola intermittent atau
penggiliran air. Pada dasarnya, pola ini diterapkan untuk tindakan darurat (jangka
pendek), misalnya karena debit dan tekanan yang belum memenuhi kebutuhan
yang sesungguhnya. Pada aplikasi pola ini, konsumen harus memiliki tempat
penyimpanan khusus karena air bersih tidak dapat diakses selama 24 jam penuh.
Kekurangan dari pola suplai intermittent ini adalah akan ada masalah apabila
terjadi kebakaran pada daerah yang giliran tidak terlayani. Selain itu, kehilangan
air lebih besar karena konsumen tidak menutup kerannya, terutama untuk giliran
malam. Kerugian lain yang diakibatkan oleh pola suplai ini adalah adanya
kecenderungan konsumen menggunakan pompa khusus untuk menyedot air, juga
dibutuh lebih banyak air valve untuk mengeluarkan udara. Pada saat pipa kosong,
air dari luar dapat masuk dan mengontaminasi air yang telah terolah.
22
II.5 PEMODELAN JARINGAN DISTRIBUSI AIR BERSIH
Model sistem distribusi diperlukan untuk menjembatani antara teori
perhitungan dengan permasalahan fisik. Dengan kompleksitas dari sistem
distribusi yang ada saat ini, hampir tidak mungkin untuk menggambarkan semua
detil permasalahan yang ada dalam sebuah jaringan dengan mempertimbangkan
setiap kemungkinan kondisi yang terjadi pada saat operasi. Oleh karena itu, dalam
menganalisa sistem distribusi air diperlukan penggabungan antara teknik
penghitungan numerik dengan penggambaran fisik jaringan dalam bentuk visual,
sehingga didapat model dari sistem yang mendekati kondisi nyata di lapangan.
II.5.1 Peta dan Dokumen Pendukung
Ada banyak data yang sangat diperlukan untuk mendapatkan model
distribusi air yang representatif dan data untuk setiap utiliti akan berbeda dengan
utiliti yang lainnya. Beberapa sumber data yang diperlukan antara lain peta
sistem, peta kontur, as built drawings, data elektronik dan lain-lain.
Peta Sistem
Peta sistem merupakan peta yang sangat penting dan paling dominan
penggunaannya. Peta ini akan memberikan pemahaman secara menyeluruh
terhadap model distribusi air yang akan dikembangkan. Peta sistem akan meliputi
perletakan pipa, posisi node, material, panjang, dan diameter pipa, lokasi elemen
sistem (tangki, reservoir, pompa, valve dan lain-lain), zona tekanan, tata guna
lahan dan lain-lain.
Peta Kontur
Peta kontur merupakan peta yang menyediakan informasi elevasi suatu
titik. Peta ini juga merupakan peta yang krusial untuk diperoleh mengingat
pengaliran air secara gravitasi akan menggunakan perbedaan elevasi sebagai
sumber energinya.
As-Built Drawings
As-Built Drawings merupakan peta yang benar-benar menunjukkan
kondisi sereal mungkin kondisi dilapangan. Pada bebarap kasus, desain rencana
dan sistem konstruksi awal senantiasa berubah karena keterbatasan on-site dan
23
kesulitan-kesulitan dilapangan. Setelah rencana desain dan konstruksi
diperbaharui sesuai kondisi dilapangan kemudian dibuat kembali gambar teknik
akhir. Gambar inilah yang dinamakan As-Built Drawings.
Data Elektronik
Pada saat ini telah banyak data yang diolah secara elektronik dan sebagian
besar utiliti distribusi air telah dioleh secara eletronik. Data elektronik dapat
berupa database non-grafis, hanya grafis saja (dalam format CAD) sampai dengan
gabungan antara data non-grafis dan data grafis atau lebih dikenal dengan istilah
GIS (Walski, 2001).
II.5.2 Representasi Model
Model yang baik merupakan suatu model yang mampu menyajikan
kondisi sebenarnya dengan serepresentatif mungkin. Dengan dasar tersebut, maka
model sistem distribusi yang baik merupakan model yang menyajikan komponen-
komponen penyusun sistem distribusi selengkap dan semendekati kenyataan di
lapangan. Berikut merupakan beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam
memodelkan sistem distribusi air minum.
� Pembuatan Kerangka Jaringan
Pembuatan kerangka jaringan merupakan suatu proses pemilihan
komponen sistem distribusi dimana hanya komponen yang memiliki pengaruh
signifikan saja yang masuk kedalam model. Memasukkan seluruh komponen
sistem distribusi kedalam model hanya akan menambah kerumitan dalam
menginventarisir data yang sangat terbatas dan menambah error message yang
dikeluarkan model. Mengeliminasi komponen-komponen yang tidak memiliki
pengaruh signifikan akan memudahkan pemodel dalam memodelkan sistem
distribusi tanpa harus kehilangan tingkat keakurasian output.
Pada kenyataan di lapangan, tidak terdapat panduan pasti mengenai, misal,
pipa mana yang harus masuk kedalam model dan pipa mana yang tidak perlu
masuk kedalam model. Semua itu tergantung pada seberapa besar sistem yang
akan dimodelkan. Sejak jaringan distribusi air minum bervariasi mulai dari
jaringan pipa primer ke jaringan pipa sekunder ke jaringan pipa tersier sampai
24
kepada jaringan pipa gedung maka engineering judgement akan memainkan
peranannya yang amat besar dalam menentukan solusi terbaik.
Bagaimanapun juga, model sistem distribusi akan berada pada dua titik
ekstrim. Yang pertama, tingkat kedalaman pembuatan kerangka jaringan
tergantung pada tujuan atau maksud dari pemodelan itu sendiri. Pada satu sisi,
studi mengenai operasi energi, master plan atau studi perilaku air regional akan
mengeliminasi banyak hal karena akan banyak komponen yang tidak memiliki
pengaruh signifikan. Pada sisi yang lain, analisis air untuk pemadaman kebakaran,
studi kualitas air atau desain jaringan pipa gedung akan membutuhkan data
sedetail mungkin untuk mendapatkan model yang representatif.
� Komponen Fisik
Komponen fisik merupakan elemen yang ada di lapangan dan kemudian
dimodelkan. Komponen fisik tersebut meliputi reservoir, tank, junction, pipa,
valve dan pompa.
� Komponen Non-Fisik
Komponen non-fisik dalam pemodelan jaringan distribusi air bersih
merupakan komponen yang menggambarkan aspek operasional suatu dari sistem
distribusi, contohnya meliputi pengaturan pattern kebutuhan air atau pengaturan
operasi elemen-elemen fisik seperti pompa dan valve.
� Simulasi Hidrolis
Terdapat dua macam simulasi, yaitu Steady-State Simulation dan Extended
Period Simulation. Steady State Simulation mensimulasikan kondisi jaringan
dengan asumsi tidak terjadi perubahan hydraulic demand dan kondisi pembatas
terhadap waktu. Muka air tanki dan reservoir, kebutuhan air dan operasi pompa
dan valve tidak berubah terhadap waktu. Steady State Simulation akan
menyediakan informasi pada saat kesetimbangan debit, tekanan dan variabel
lainnya terjadi. Simulasi ini sangat berguna untuk memberikan informasi kepada
designer mengenai kondisi sistem distribusi pada saat peak hour ataupun pada
saat petugas pemadam kebakaran menggunakan air dalam jumlah yang sangat
besar dalam waktu yang sangat singkat.
Extended Period Simulation dapat dimanfaatkan untuk memahami dampak
dari perubahan tinggi muka air di tanki dan reservoir, perubahan operasi pompa
25
dan valve dan perubahan water demand terhadap waktu. Extended Period
Simulation pada dasarnya mirip dengan serangkain susunan film yang
ditayangkan melalui proyektor. Rangkaian film –mengenai perubahan dari
demand, level air pada tanki dan reservoir, operasional pompa dan valve- yang
telah disusun sedemikian rupa sehingga membantu engineer untuk memahami
bagaimana sistem distribusi bekerja selama rentang periode simulasi tersebut
berjalan (Walski, 1984).
� Konsumsi Air
Penentuan besarnya konsumsi atau penggunaan, sering juga disebut
dengan water demand, air merupakan hal yang sangat krusial dalam pemodelan
sistem distribusi air minum. Besarnya konsumsi air akan meliputi banyaknya air
yang dikonsumsi untuk kehidupan sehari-hari, kebocoran dalam jaringan
perpipaan atau penggunaan oleh petugas pemadsam kebakaran. Pertanyaan yang
timbul dalam memodelkan konsumsi air dalam model sistem distribusi air minum
adalah mengenai berapa banyak air yang dikonsumsi, dimana titik konsumsi harus
diletakkan dalam peta jaringan distribusi dan bagaimana perubahan konsumsi air
tersebut bervariasi terhadap waktu.
Penentuan water demand tidak merupakan suatu proses pengambilan data
secara langsung dari sistem database. Beberapa data, misalkan data dari bagian
PMA (Pencatatan Meter Air), dapat dengan mudah diperoleh namun data yang
diperoleh bukanlah data yang langsung dapat dimasukkan kedalam node loading
karena data yang ada tidak diambil dari hasil pengukuran dimasing-masing node.
Penentuan node loading membutuhkan engineering judgement sedemikian rupa
sehingga data dari PMA dapat dimanfaatkan semaksimal mungkin. Setelah data,
dari bagian pencatatan meter air dan bagian produksi air, yang diperlukan
diperoleh maka metode penentuan node loading dapat dilakukan.
Terdapat dua pendekatan yang dapat digunakan dalam menentukan node
loading yaitu Top-Down dan Bottom-Up dimana kedua metode tersebut
menggunakan konsep keseimbangan massa. Metode top-down menggunakan data
dari bagian produksi kemudian mengalokasikan supplai ke unit-unit yang
penggunaannya sangat besar (misal hotel, sekolah, pasar dan fasilitas umum
lainnya) dan node-node ditiap daerah pelayanan. Sedangkan metode bottom-up
26
akan menggunakan data dari bagian pencatatan meter air, yang biasanya
direkapitulasi per wilayah administrasi, dan kemudian menentukan node
loadingnya setelah ditambahkan faktor pengali kehilangan air (Walski, 2001).
Dalam perhitungan untuk penggunaan domestik. Pada sebuah pipa service
diizinkan hingga 16 orang untuk mengambil air sebanyak 50 GPCPD pada sebuah
titik pelayanan (Al-Layla, 1978).
Kebutuhan air minum pada saat simulasi tidak bergerak pada angka yang
tetap melainkan berubah-ubah terhadap waktu sehingga dikenal dengan kebutuhan
air minum pada saat jam puncak (peak hour) dan kebutuhan air minm pada aliran
malam (night flow). Yang perlu disadari pada melakukan pemodelan sistem
distribusi adalah apakah simulasi dilakukan secara extended period simulation
atau dilakukan secara steady state simulation. Jika simulasi dilakukan secara
extended period simulation maka pemodel memerlukan data bagaimana
kebutuhan air minum berubah terhadap waktu. Sedangkan simulasi yang
dilakukan pada secara steady state simulation tidak perlu diketahui bagaimana
perilaku kebutuhan air minm terhadap waktu namun yang diperlukan adalah
kapan simulasi tersebut dilakukan apakah pada saat jam puncak, aliran malam
atau pada saat-saat tertentu (Walski, 2001).
II.5.3 Pemilihan Software untuk Pengembangan Model
Mengembangkan program untuk sistem distribusi air sangat berbeda
dengan menyelesaikan permasalahan aliran dalam jaringan perpipaan. Dalam
menyelesaikan masalah aliran, misalnya dengan menggunakan persamaan
empiris, karakteristik pipa dan penggunaan air selalu diasumsikan telah diketahui.
Sementara itu, dalam pengembangan model, hal-hal tersebut menjadi salah satu
faktor yang dianalisa. Hal pertama yang dilakukan untuk mengembangkan model
sistem distribusi air, adalah dengan memilih pendekatan apa yang akan
digunakan, untuk menggambarkan kondisi nyata dalam model yang dibuat.
Pemilihan software yang digunakan untuk memodelkan juga merupakan salah
satu hal penting yang harus diperhatikan, agar model yang dikembangkan
representatif terhadap kondisi nyata. Dalam pemilihan software komputer untuk
27
pemodelan, ada beberapa hal yang penting untuk dijadikan bahan pertimbangan,
di antaranya (Walski, 1984):
- Model steady state dan extended period
- Model simulasi dan optimasi
- Kemudahan membuat operasional program
- Kemudahan untuk memasukkan input dan menghasilkan output
- Metode numerik yang digunakan untuk mencari solusi
- Metode untuk menghitung pompa dan valve (terutama penurunan tekanan)
- Persamaan yang digunakan untuk menghitung kehilangan tekan
- Kemampuan untuk menampilkan model dalam tampilan grafis
Pada umumnya, model sistem distribusi air digunakan untuk
mensimulasikan aliran dan tekanan pada kondisi dan waktu yang telah ditentukan
seperti pada kondisi steady state. Tetapi, pada kondisi tertentu juga dibutuhkan
model dari kondisi aliran pada selang waktu tertentu, yang ditampilkan dalam
simulasi extended period.
Dalam memilih program, pembuat model harus mengetahui bahwa
panduan penggunaan dan pendokumentasian dari program yang akan digunakan
lengkap tersedia dan dapat dimengerti. Model yang terdokumentasikan dengan
baik jarang menyebabkan masalah di lapangan, tetapi model yang
pendokumentasiannya tidak lengkap dapat menimbulkan masalah dan pertanyaan
bagi penggunanya.
Program yang baik harus memiliki diagnosa yang jelas untuk memberi
informasi pada pengguna apabila simulasi tidak berhasil dijalankan. Pesan seperti
“A7 error on J card--stop at 077787” tidak terlalu membantu untuk pengguna
secara umum. Diagnosa yang baik harus mengindikasikan penyebab dari masalah
dan tindakan yang dapat dilakukan oleh pengguna untuk menyelesaikan masalah
tersebut.
Apabila program untuk memodelkan sistem distribusi air telah didapatkan,
program tersebut harus terlebih dahulu diuji dengan menggunakan contoh
masalah yang ada di panduan penggunaan. Apabila hasilnya tidak sesuai dengan
hasil dari contoh, maka program tersebut belum dapat digunakan untuk
pengembangan model jaringan distribusi air (Walski, 1984).
28
II.6 APLIKASI EPANET 2.0 DALAM PEMODELAN JARINGAN
DISTRIBUSI AIR BERSIH
EPANET adalah program komputer yang menggambarkan simulasi
hidrolis dan kecenderungan kualitas air yang mengalir di dalam jaringan pipa.
Jaringan itu sendiri terdiri dari pipa, node (titik koneksi pipa), pompa, katup dan
tangki air atau reservoir. EPANET menjajaki aliran dalam tiap pipa, kondisi
tekanan air di tiap titik dan kondisi konsentrasi bahan kimia yang mengalir dalam
pipa selama dalam periode pengaliran. Sebagai tambahan, usia air (water age) dan
pelacakan sumber juga dapat disimulasikan.
EPANET didesain sebagai alat untuk mencapai dan mewujudkan
pemahaman tentang pergerakan dan nasib kandungan air minum dalam jaringan
distribusi. Juga dapat digunakan untuk berbagai analisa dari beragam aplikasi
jaringan distribusi, misalnya untuk pembuatan desain, kalibrasi, model hidrolis,
analisa sisa klor dan analisa pelanggan. EPANET dapat membantu dalam
mengatur strategi untuk merealisasikan kualitas air dalam suatu sistem. Semua itu
mencakup:
- Alternatif penggunaan sumber dalam suatu sistem
- Alternatif pemompaan dalam penjadwalan pengisian/pengosongan tangki
- Penggunaan pengolahan, misal klorinasi pada tangki penyimpan
- Penargetan pembersihan pipa dan penggantiannya.
II.6.1 Kemampuan model hidrolis
Fasilitas yang lengkap serta pemodelan hidrolis yang akurat adalah salah
satu langkah yang efektif dalam membuat model tentang pengaliran serta kualitas
air, EPANET adalah alat bantu analisis yang di dalamnya terdapat kemampuan
seperti (Ekamitra Engineering, 2004):
- Kemampuan analisa yang tidak terbatas pada penenempatan jaringan
- Perhitungan harga kekasaran pipa dan kehilangan air dengan menggunakan
persamaan Hazen-Williams, Darcy-Weisbach atau Chezy-Manning
29
- Perhitungan minor headloss akibat pemasangan aksesori seperti bend dan
fiiting
- Menghitung energi dan biaya pompa
- Pemodelan terhadap variasi tipe dari valve, termasuk shutoff, check, pressure
regulating dan flow control valve
- Tersedia tangki penyimpan dengan berbagai bentuk (seperti diameter yang
bervariasi terhadap tingginya)
- Memungkinkan dimasukannya kategori kebutuhan (demand) ganda pada
node, masing-masing dengan pola tersendiri yang bergantung pada variasi
waktu
- Model tekanan yang bergantung pada pengeluaran air dari emitter/sprinkler
head
- Dapat dioperasikan dengan sistem dasar pada tangki sederhanaatau kontrol
waktu yang lebih kompleks.
II.6.2 Model jaringan
EPANET memodelkan sistem distribusi air sebagai kumpulan garis yang
menghubungkan node. Garis tersebut menggambarkan pipa, pompa dan katup
kontrol. Node menggambarkan sambungan, tangki dan reservoir. Gambar di
bawah mengilustrasikan bagaimana node-node dan garis dapat dihubungkan satu
dengan lainnya untuk membentuk jaringan.
Gambar II.2 Komponen fisik pada sistem distribusi air (Ekamitra Engineering,
2004)
30
II.6.2.1 Sambungan (junction)
Junction adalah titik pada jaringan dimana garis-garis bertemu dan dimana
air memasuki atau meninggalkan jaringan. Input yang dibutuhkan bagi junction
adalah :
- Elevasi
- Kebutuhan air
- Kualitas air saat ini
Hasil dari komputasi sambungan pada seluruh periode simulasi adalah head
hidrolis (energi internal per satuan berat fluida), tekanan dan kualitas air.
Sambungan (junction) juga dapat memiliki input yang bervariasi untuk data-data
berikut :
- Kebutuhan air terhadap waktu
- Memiliki kategori kebutuhan air secara ganda
- Memiliki harga kebutuhan negatif, yang mengindikasikan air memasuki
jaringan
- Memiliki emitter/sprinkler yang menjadikan laju aliran tergantung pada
tekanan
II.6.2.2 Reservoir
Reservoir atau adalah node yang menggambarkan sumber eksternal yang
terus menerus mengalir ke jaringan, digunakan untuk menggambarkan danau,
sungai, akifer air tanah dan koneksi dari sistem lain. Reservoir juga dijadikan titik
sumber kualitas air.
Input utama untuk reservoir adalah head hidrolis, yang sebanding dengan
elevasi permukaan air jika bukan merupakan reservoir bertekanan, dan inisial
kualitas air. Reservoir adalah poin pembatas dalam jaringan. Tekanan dan kualitas
air reservoir tidak dipengaruhi oleh apa yang terjadi di dalam jaringan. Namun
demikian, tekanan dapat dibuat bervariasi terhadap waktu. Dalam EPANET,
reservoir diasumsikan sebagai sumber air dengan kapasitas yang tidak terbatas.
31
II.6.2.3 Tangki
Tangki membutuhkan node dengan data kapasitas, dimana volume air
yang tersimpan dapat bervariasi berdasarkan waktu selama simulasi berlangsung.
- Elevasi dasar (level air adalah nol)
- Diameter atau ukuran dimensi lain (tergantung berntuk tangki)
- Level air maksimum dan minimum pada saat awal
- Kualitas air pada saat awal
Hasil keluaran yang didapat dari komputasi tangki terhadap waktu adalah
tekanan hidrolis (sebanding dengan elevasi permukaan air) dan kualitas air.
Tangki membutuhkan level maksimum dan minimum untuk beroperasi. EPANET
akan menghentikan air yang keluar jika tangki memiliki level air minimum, begitu
juga jika tangki memiliki level air minimum.
II.6.2.4 Emitter
Emitter adalah peralatan yang berkaitan dengan junction yang merupakan
model dari aliran yang melalui nozzle atau orifice yang dilepaskan ke udara bebas.
Laju aliran melalui emitter bervariasi sebagai fungsi dari tekanan yang tersedia
pada node, hal ini digambarkan dengan fungsi sebagai berikut:
q = laju aliran
C = koefisien discharge
P = tekanan
γ = eksponensial tekanan
Emitter dapat digunakan untuk memodelkan aliran melalui sistem
sprinkler dan jaringan irigasi. Dapat juga untuk mensimulasikan kebocoran pada
pipa yang tersambung pada jaringan (jika koefisien discharge dan eksponensial
tekanan dapat diprediksikan) atau menghitung kebutuhan pemadam kebakaran
pada junction (aliran tersedia pada tekanan residual minimum). Dalam kasus
32
berikutnya gunakan nilai yang sangat tinggi dari koefisien discharge (misal 100
kali lipat dari harga maksimum yang diperkirakan) dan modifikasi elevasi
junction termasuk head ekivalen dari tekanan target. EPANET menjaga emitter
sebagai bagian dari junction dan tidak merupakan bagian dari komponen jaringan.
II.6.2.5 Pipa
Pipa adalah penghubung yang membawa air dari satu poin ke poin lainnya
dalam jaringan. EPANET mengasumsikan bahwa semua pipa adalah penuh berisi
air setiap waktunya. Arah aliran adalah dari titik dengan tekanan hidrolik tertinggi
menuju titik dengan tekanan rendah. Input untuk pipa adalah :
- Data node awal dan akhir
- Diameter pipa
- Panjang pipa
- Koefisien kekasaran (untuk menghitung kehilangan tekan)
- Status (terbuka, tertutup atau ada check valve)
Hasil keluaran dari komputasi terhadap pipa antara lain :
- Laju aliran
- Kecepatan
- Headloss
- Faktor friksi Darcy-Weisbach
- Rata-rata laju reaksi (sepanjang pipa)
- Rata-rata kualitas air (sepanjang pipa)
Kehilangan tekan hidrolis pada pengaliran air dalam pipa karena faktor
gesekan dapat dihitung dengan menggunakan beberapa persamaan. Persamaan
Hazen-Williams adalah yang paling umum digunakan. Namun, persamaan
tersebut tidak dapat digunakan untuk fluida selain air dan hanya untuk aliran
turbulen. Persamaan Darcy-Weisbach banyak digunakan secara teoritis, dan dapat
diaplikasikan untuk semua kondisi cairan. Persamaan Chezy-Manning banyak
digunakan untuk aliran pada saluran terbuka.
II.6.2.6 Pompa
33
Pompa adalah sumber tekanan yang memberi energi pada fluida untuk
meningkatkan tekanan hidrolisnya. Input parameternya adalah node awal, node
akhir dan kurva pompa (kombinasi dari head dan aliran). Sebagai pengganti kurva
pompa, pompa dapat direpresentasikan sebagai pompa yang memiliki energi
konstan, mensuplai energi pada 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 pipa
untuk beroperasi di luar batas dari kurva pompa. Pompa dengan variabel
kecepatan dapat juga mengikuti pengaturan kecepatan dan dapat diubah pada
kondisi yang sama.
Seperti halnya pipa, pompa dapat diatur hidup dan mati dalam pengaturan
waktu atau dalam kondisi yang pasti muncul dalam jaringan. Operasional pompa
juga dapat dijelaskan dengan menetapkannya dalam pola 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. Jika tidak
disuplai, maka pengaturan energi global dapat digunakan.
Aliran pada pompa adalah tidak langsung. Jika pengondisian sistem
membutuhkan lebih banyak head daripada yang dihasilkan pompa, EPANET
mematikan pompa. Jika kebutuhannya melebihi maksimum aliran, EPANET
mengekstrapolasi kurva pompa pada aliran yang dibutuhkan karena jika tidak
akan menghasilkan head negatif. Dalam kedua kasus, pesan peringatan akan
muncul.
II.6.2.7 Valve
Valve adalah pembatas tekanan atau flow pada titik yang spesifik pada
jaringan. Parameternya termasuk :
- Node awal dan akhir
- Diameter
- Pengaturan
34
- Status
Hasil keluaran yang dihitung dari valve adalah laju aliran dan kehilangan tekan.
Beberapa tipe valve yang terdapat dalam EPANET adalah :
• Pressure Reducing Valve (PRV)
PRV membatasi tekanan pada titik di jaringan pipa.
• Pressure Sustaining Valve (PSV)
PSV menjaga pengaturan tekanan pada titik yang spesifik pada jaringan
pipa.
• Pressure Breaker Valve (PBV)
PBV memaksa tekanan spesifik yang hilang agar muncul melalui valve.
Aliran melalui valve dapat dari arah sebaliknya. PBV tidak berupa alat yang
nyata,teteapi dapat menggunakan situasi model dimana penurunan tekanan
yang terpisah diketahui dan nyata.
• Flow Control Valve (FCV)
FCV membatasi aliran dalam harga yang spesifik. Program akan memberi
pesan peringatan apabila aliran tidak dapat dijaga tanpa menambah tekanan
pada valve (aliran tidak dapat dijaga jika valve terbuka penuh).
• Trottle Control Valve (TCV)
TCV mensimulasikan valve dalam kondisi tertutup sebagian, dengan
mengatur koefisien kehilangan minor dari valve.
• General Purpose Valve (GPV)
GPV digunakan untuk merepresentasikan link dimana pengguna mensuplai
aliran khusus (hubungan kehilangan tekan selain dari formula standar
hidrolis). Dapat digunakan untuk memodelkan turbin, sumur bor atau
pencegah aliran balik.
II.6.3 Model simulasi hidrolis
Simulasi hidrolis EPANET yang menghitung head junction dan aliran
dalam link secara lengkap terhadap level reservoir, level tangki dan kebutuhan air
selama periode waktu. Langkah waktu terhadap level reservoir dan kebutuhan
junction diperbaharui menggunakan aliran saat itu. Penyelesaian secara simultan
35
dalam persamaan aliran untuk tiap junction dan hubungan kehilangan tekan pada
setiap link dalam jaringan.
Langkah-langkah hidrolis digunakan untuk memperpanjang periode
simulasi dapat diatur oleh pengguna. Biasanya digunakan selama 1 jam. Langkah
waktu yang pendek dari yang normal akan muncul jika kondisi berikut terjadi :
- Periode berikutnya dari pelaporan output muncul
- Pola periode waktu berikutnya muncul
- Tangki menjadi penuh atau kosong
- simple control atau rule-based control aktif
Model simulasi hidrolis dapat digunakan untuk menyelesaikan
permasalahan yang sedang berlangsung, menganalisis perubahan operasional dan
mempersiapkan peristiwa diluar kebiasaan. Dengan membandingkan data hasil
simulasi dengan data hasil pengukuran lapangan maka operator dapat menentukan
penyebab permsalahan dalam sistem dan mengusulkan penyelesaian masalah
tanpa harus melakukan trial and error.
Pada praktek dilapangan menunjukkan bahwa pengukuran parameter
dilapangan bukan saja menyulitkan namun juga memakan biaya yang cukup
tinggi. Misalkan untuk untuk mendapatkan satu data mengenai flow disatu
segmen, operator pertama-tama harus menggali lapangan dimana pipa tersebut
berada, men-tapping pipa dan memasang alat ukur Pitot atau alat ukur debit yang
lainnya, setelah data diperoleh kemudian harus dilakukan pengurugan lapangan
kembali. Dan perlu disadari bahwa dalam memahami kondisi jaringan maka
diperlukan banyak data lapangan sedemikian rupa sehingga dapat yang diperoleh
cukup merepresentasikan kondisi jaringan sebenarnya. Dengan kondisi seperti
demikian, model distribusi akan sangat membantu dalam hal mengurangi jumlah
data yang diperlukan, orang yang terlibat dalam pekerjaan, kontaminasi terhadap
air dan akhirnya akan mengurangi besarnya biaya yang harus dikeluarkan.
Dengan perkembangan teknologi informasi yang semakin canggih maka
kini kalibrasi model dapat dilakukan setiap saat dan sebanyak mungkin.
Teknologi kontrol seperti DCS (Distributed Control System) dan SCADA
(Supervisory Control and Data Acquisition) yang kemudian diintegrasikan dengan
GIS (Geographic Information System) dapat meningkatkan pengendalian operator
36
terhadap jaringannya sehingga kerusakan sekecil apapun didalam jaringannya
dapat diketahui dengan waktu yang sesingkat-singkatnya (Walski, 2001).
II.7 SISTEM DISTRIBUSI AIR SECARA INTERMITTENT
Sistem distribusi air secara intermittent merupakan salah satu sistem
distribusi dimana air didistribusi pada selang waktu tertentu. Sistem Distribusi Air
secara intermittent merupakan kenyataan yang harus diterima dibanyak negara-
negara berkembang dan wilayah-wilayah dengan sumber air minum yang sangat
terbatas namun perkembangan pengetahuan tentang Sistem Distribusi Air secara
intermittent tersebut tidak menjadi perhatian utama.
Secara konvensional, desain sistem distribusi selalu didasarkan pada
asumsi utama bahwa air yang diproduksi pasti memenuhi kebutuhan masyarakat
secara kontinyu. Namun yang banyak ditemui dibanyak negara berkembang,
sistem distribusi tidak dapat dioperasikan secara kontinyu melainkan dioperasikan
secara terputus-putus dan hal tersebut seharusnya sudah menjadi bahan
pertimbangan pada tahap desain. Jika sistem yang didesain untuk dioperasikan
secara kontinyu kemudian dioperasikan secara terputus-putus maka akan ditemui
banyak kegagalan dalam hal tekanan dan ketidakseimbangan massa.
Kurangnya ketersediaan air di negara berkembang mengharuskan suplai
air secara intermittent dengan kebutuhan per kapita yang rendah. Ketika sistem
yang kekurangan air, konsumen akan mengumpulkan air sebanyak mungkin,
jumlah air yang dapat dikumpulkan tergantung pada tekanan diujung pipanya.
Dan ketika tekanan bervariasi didalam jaringan, kuantitas air menjadi tidak
merata.
Disamping ketidakseimbangan massa, tekanan yang rendah muncul karena
sistem didesain berdasarkan alokasi demand yang rendah dan asumsi suplai tidak
terputus-putus selama 24 jam dengan faktor peak mencapai 2,00. Pada
kenyataannya air didistribusikan dengan durasi yang cukup pendek. Hal tersebut
mengakibatkan ukuran sistem menjadi sangat kecil karena debit yang mengalir
jauh lebih besar dari hilangnya tekanan yang akan diantisipasi. Oleh karena itu,
secara umum sistem akan kehilangan energi dalam jumlah yang sangat tinggi
sehingga tekanan diujung pipa menjadi tidak rasional.
37
Pada dasarnya pendekatan distribusi air minum secara intermittent sebisa
mungkin harus dihindari. Karena ketika pipa dalam keadaan kosong dan udara
dapat masuk kedalam pipa maka akan terjadi dua hal yang tidak akan terjadi pada
continous system, yaitu kontaknya oksigen dengan pipa sehingga mempercepat
korosi pipa dan –selama kebocoran pasti terjadi- perbedaan tekanan dengan
kondisi diluar pipa mengakibatkan masuknya partikel-partikel ke dalam pipa.
Partikel-partikel ini dapat berupa partikel anorganik -pasir, tanah atau yang
lainnya- dan partikel organik –cacing, bakteri dan mikroorganisme lainnya-
sehingga merusak air secara kualitas. Dengan demikian pendekatan intermittent
water supply system ini merupakan adjusment terakhir untuk mengantisipasi
kekurangan air dari suatu komunitas.