perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
5
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
2.1.1. Analisis Kebutuhan Air Bersih
Air sebagai kebutuhan dasar manusia memiliki peranan penting dalam
menunjang kehidupan manusia. Ketersediaan air minum adalah harga mutlak
yang harus dipenuhi. Dewasa ini, ketersediaan air minum untuk kebutuhan
manusia mengalami berbagai kendala dari mulai permasalahan kualitas air,
kuantitas dan kontinuitas air minum. Walaupun seperti kita ketahui bahwa sudah
banyak kemajuan dan pengembangan teknologi dan ilmu pengetahuan yang
membuat sistem distribusi air minum modern yang murah dan dapat dipercaya
seperti saat ini jika kita bandingkan dengan keadaan beberapa dekade ke belakang
(Walsky, 2006).
Kebutuhan air adalah banyaknya jumlah air yang dibutuhkan untuk keperluan
rumah tangga, industri, dan lain-lain. Prioritas kebutuhan air meliputi kebutuhan
air domestik, industri, pelayanan umum (Moegijantoro, 1996).
Kebutuhan air merupakan jumlah air yang diperlukan secara wajar untuk
keperluan pokok manusia (domestik) dan kegiatan-kegiatan lainnya yang
memerlukan air. Kebutuhan air menentukan besaran sistem dan ditetapkan
berdasarkan pemakaian air. (PERPAMSI, 1994).
Penggunaan air untuk masing-masing komponen secara pasti sulit untuk
dirumuskan, sehingga dalam perencanan atau perhitungan sering digunakan
asumsi atau pendekatan-pendekatan berdasarkan kategori kota, yang ditampilkan
pada Tabel 2.1 berikut:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id6
Tabel 2.1 Tingkat Pemakaian Air berdasarkan Kategori Kota
No Kategori Kota Jumlah Penduduk Sistem
Tingkat
Pemakaian air
(lt/org/hr)
1 Kota Metropolitan >1.000.000 Non Standar 190
2 Kota Besar 500.000-1.000.000 Non Standar 170
3 Kota Sedang 100.000-500.000 Non Standar 150
4 Kota Kecil 20.000-100.000 Standar BNA 130
5 Kota Kecamatan <20.000 Standar IKK 100
6 Kota Pusat Pertumbuhan <3.000 Standar DPP 30
(Sumber: DPU Dirjen Cipta Karya, 1996)
Kebutuhan air akan dikategorikan dalam kebutuhan air domestik dan non
domestik. Kebutuhan air domestik adalah kebutuhan air yang digunakan untuk
keperluan rumah tangga yaitu untuk keperluan minum, memasak, mandi, mencuci
pakaian serta keperluan lainnya, sedangkan kebutuhan air non domestik
digunakan untuk kegiatan komersil seperti industri, perkantoran, maupun kegiatan
sosial seperti sekolah, rumah sakit, tempat ibadah, dan niaga. Unit konsumsi air
rata-rata untuk sarana dan prasarana non domestik di Kabupaten Sukoharjo dalam
evaluasi disesuaikan dengan standart DPU Ditjen Cipta Karya, 1996 pada Tabel
2.2 dan juga sarana dan prasarana domestik terdapat pada Tabel 2.3 sebagai
berikut:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id7
Tabel 2.2 Kebutuhan air Non Domestik
No Sarana dan PrasaranaUnit Kebutuhan Konsumsi Air
(lt/org/hr)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Masjid
Gereja
Toko
Pasar
Hotel
Rumah makan
Industri
Rumah Sakit
Puskesmas
Apotik
Sekolah
Kantor
30 untuk 100 orang
10 untuk 100 orang
10 untuk 20 orang
10 untuk 20 orang
125 untuk 300 tempat tidur
2000 untuk 1 rumah makan
2000 untuk 1 industri
240 untuk 300
25 untuk 10 orang
10 untuk 20 orang
25 untuk 250 orang
30 untuk 25 orang
(Sumber: DPU Dirjen Cipta Karya, 1996)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id8
Tabel 2.3 Kriteria Perencanaan Sistem Air Bersih
NO URAIAN
KATEGORI KOTA BERDASARKAN JUMLAH PENDUDUK (JIWA)
>1.000.000
Metro
500.000 -1.000.000
Besar
100.000 -500.000Sedang
20.000 100.000
Kecil
< 20.000Desa
1 Konsumsi unit sambungan rumah (SR) lt/org/hr
190 170 150 130 30
2Konsumsi unit hidran umum(HU) lt/org/hr
30 30 30 30 30
3Konsumsi unit non domestik(%)*
20 - 30 20 - 30 20 - 30 20 - 30 10 - 30
4 Kehilangan air (%) 20 - 30 20 - 30 20 - 30 20 - 30 10 - 30
5 Faktor maksimum day 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1
6 Faktor peak hour 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
7 Jumlah jiwa/SR 5 5 6 6 10
8 Jumlah jiwa/HU 100 100 100 100 100
9 Sisa tekan dijaringan 10 10 10 10 10
10 Jam operasi 24 24 24 24 24
11 Volume reservoir (%)Maximum day demand
20 20 20 20 20
12 SR : HU50:50 80:20
50:50 80:20
80:20 70:30 70:30
13 Cakupan pelayanan **)90 **)90 **)90 **)90 ***)70
*) **) **)
: tergantung survei sosial ekonomi : 60% perpipaan, 30% non perpipaan : 25% perpipaan, 45% non perpipaan
(Sumber: DPU Dirjen Cipta Karya, 1996)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id9
Tabel 2.4 Pemakaian Air Rata-rata Per Orang Per Hari
No Jenis GedungPemakaian air rata-rata sehari
(liter)
Jangka waktu pemakaian air rata-rata sehari
(jam)
Perbandingan luas lantai efektif/total
(%)
Keterangan
1 Perumahan mewah 250 8 - 10 42 - 45 Setiap penghuni
2 Rumah biasa 160 - 250 8 - 10 50 - 53 Setiap
3 Apartemen 8 - 10 45 - 50Mewah 250 liter
Menengah 180 literBujangan 120 liter
4 Asrama 120 8 - Bujangan
5 Rumah sakit
Mewah > 1000Menengah 500
1000Umum 350 - 500
8 - 10 45 - 48
Setiap tempat tidur pasienPasien luar 8 liter
Staf/pegawai 120 literKeluarga pasien 160 liter
6 Sekolah Dasar 40 5 58 - 60 Guru 100 liter
7 SLTP 50 6 58 - 60 Guru 100 liter
8 SLTA & lebih tinggi 80 6 - Guru/dosen 100 liter
9 Rumah toko (ruko) 100 - 200 8 - Penghuninya 160 liter
10 Gedung kantor 100 8 60 - 70 Setiap pegawai
11 Toserba (toko serba ada)
3 7 55 - 60Pemakaian air hanya untuk
kakus. Belum termasuk untuk bagian restonya
12 Pabrik/industri Buruh pria 60 literWanita 100 liter 8 - Per orang setiap giliran (untuk
8 jam kerja ke atas)
13 Stasiun/terminal 3 15 - Setiap penumpang yang tiba dan berangkat
14 Restoran 30 5 - Untuk penghuni 160 liter
15 Restoran umum 15 7 -
Untuk penghuni 160 literPelayan 100 liter
70% dari jumlah tamu perlu 15 liter per orang
16 Gedung pertunjukan 30 5 53 - 55 Untuk satu kali pertunjukan
17 Gedung bioskop 10 3 - idem
18 Toko pengecer 40 6 -
Pedangang besar 30 liter/tamu150 liter/staf atau 5 liter per hari per hari setiap m2 luas
lantai
19 Hotel/penginapan 250 - 300 10 - Untuk setiap tamu,
20 Gedung peribadatan 10 2 Didasarkan jumlah jemaah setiap hari
21 Perpustakaan 25 6 Untuk setiap pembaca yang tinggal
22 Bar 30 6 Setiap tamu
23 Perkumpulan sosial 30 Setiap tamu
24 Kelab malam 120 - 350 Setiap tempat duduk
25 Gedung perkumpulan 150 - 200 Setiap tamu
26 Laboratorium 100 200 8 Setiap staf
(Sumber: Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, 1993)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id10
2.2. Sistem Distribusi dan Sistem Pengaliran Air Bersih
2.2.1. Sistem Distribusi Air Bersih
Sistem distribusi air bersih adalah sistem yang langsung berhubungan dengan
konsumen, yang mempunyai fungsi pokok mendistribusikan air yang telah
memenuhi syarat ke seluruh daerah pelayanan. Sistem ini meliputi unsur sistem
perpipaan dan perlengkapannya, hidran kebakaran, tekanan tersedia, sistem
pemompaan (bila diperlukan), dan reservoir distribusi. (Enri Damanhuri, 1989)
Sistem distribusi air minum terdiri atas perpipaan, katup-katup, dan pompa yang
membawa air yang telah diolah dari instalasi pengolahan menuju pemukiman,
perkantoran dan industri yang mengkonsumsi air. Juga termasuk dalam sistem ini
adalah fasilitas penampung air yang telah diolah (reservoir distribusi), yang
digunakan saat kebutuhan air lebih besar dari suplai instalasi, meter air untuk
menentukan banyak air yang digunakan, dan keran kebakaran.
Dua hal penting yang harus diperhatikan pada sistem distribusi adalah tersedianya
jumlah air yang cukup dan tekanan yang memenuhi (kontinuitas pelayanan), serta
menjaga keamanan kualitas air yang berasal dari instalasi pengolahan.
Tugas pokok sistem distribusi air bersih adalah menghantarkan air bersih kepada
para pelanggan yang akan dilayani, dengan tetap memperhatikan faktor kualitas,
kuantitas dan tekanan air sesuai dengan perencanaan awal. Faktor yang
didambakan oleh para pelanggan adalah ketersedian air setiap waktu.
Suplai air melalui pipa induk mempunyai dua macam sistem, yaitu:
1. Continuous System
Dalam sistem ini air minum yang disuplai ke konsumen mengalir terus menerus
selama 24 jam. Keuntungan sistem ini adalah konsumen setiap saat dapat
memperoleh air bersih dari jaringan pipa distribusi di posisi pipa manapun.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id11
Sedang kerugiannya pemakaian air akan cenderung akan lebih boros dan bila
terjadi sedikit kebocoran saja, maka jumlah air yang hilang akan sangat besar
jumlahnya.
2. Intermitten System
Dalam sistem ini air bersih disuplai 2-4 jam pada pagi hari dan 2-4 jam pada sore
hari. Kerugiannya adalah pelanggan air tidak bisa setiap saat mendapatkan air dan
perlu menyediakan tempat penyimpanan air dan bila terjadi kebocoran maka air
untuk fire fighter (pemadam kebakaran) akan sulit didapat. Dimensi pipa yang
digunakan akan lebih besar karena kebutuhan air untuk 24 jam hanya disuplai
dalam beberapa jam saja. Sedang keuntungannya adalah pemborosan air dapat
dihindari dan juga sistem ini cocok untuk daerah dengan sumber air yang terbatas.
2.2.2. Sistem Pengaliran Air Bersih
Untuk mendistribusikan air minum kepada konsumen dengan kuantitas, kualitas
dan tekanan yang cukup memerlukan sistem perpipaan yang baik, reservoir,
pompa dan dan peralatan yang lain. Metode dari pendistribusian air tergantung
pada kondisi topografi dari sumber air dan posisi para konsumen berada. Menurut
(Howard S Peavy et.al, 1985) sistem pengaliran yang dipakai adalah sebagai
berikut:
1. Cara Gravitasi
Cara pengaliran gravitasi digunakan apabila elevasi sumber air mempunyai
perbedaan cukup besar dengan elevasi daerah pelayanan, sehingga tekanan yang
diperlukan dapat dipertahankan. Cara ini dianggap cukup ekonomis, karena hanya
memanfaatkan beda ketinggian lokasi.
2. Cara Pemompaan
Pada cara ini pompa digunakan untuk meningkatkan tekanan yang diperlukan
untuk mendistribusikan air dari reservoir distribusi ke konsumen. Sistem ini
digunakan jika elevasi antara sumber air atau instalasi pengolahan dan daerah
pelayanan tidak dapat memberikan tekanan yang cukup.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id12
3. Cara Gabungan
Pada cara gabungan, reservoir digunakan untuk mempertahankan tekanan yang
diperlukan selama periode pemakaian tinggi dan pada kondisi darurat, misalnya
saat terjadi kebakaran, atau tidak adanya energi. Selama periode pemakaian
rendah, sisa air dipompakan dan disimpan dalam reservoir distribusi. Karena
reservoir distribusi digunakan sebagai cadangan air selama periode pemakaian
tinggi atau pemakaian puncak, maka pompa dapat diopersikan pada kapasitas
debit rata-rata. Berikut Gambar 2.1 adalah Gambar Sistem Pengaliran Distribusi
Air Bersih.
Gambar 2.1 Sistem Pengaliran Distribusi Air Bersih
Water Treatment Plan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id13
2.3. Analisis Jaringan Pipa Distribusi Air Bersih
Analisis jaringan pipa perlu dilakukan dalam pengembangan suatu jaringan
distribusi maupun perencanaan suatu jaringan pipa baru.
Sistem jaringan perpipaan didesain untuk membawa suatu kecepatan aliran
tertentu. Ukuran pipa harus tidak melebihi dimensi yang diperlukan dan juga
tekanan dalam sistem harus tercukupi. Dengan analisis jaringan pipa distribusi,
dapat ditentukan dimensi atau ukuran pipa yang diperlukan sesuai dengan tekanan
minimum yang diperbolehkan agar kuantitas aliran terpenuhi.
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam analisis sistem jaringan pipa distribusi air
bersih:
1. Peta distribusi beban, berupa peta tata guna lahan, kepadatan dan batas
wilayah. Juga pertimbangan dari kebutuhan/beban (area pelayanan).
2. Daerah pelayanan sektoral dan besar beban. Juga titik sentral pelayanan
(junctions points).
3. Kerangka induk, baik pipa induk primer maupun pipa induk sekunder.
4. Untuk sistem induk, ditentukan distribusi alirannya berdasarkan debit puncak.
5. Pendimensian (dimensioneering). Dengan besar debit diketahui, dan kecepatan
aliran yang diijinkan, dapat ditentukan diameter pipa yang diperlukan.
6. Kontrol tekanan aliran distribusi, menggunakan prinsip kesetimbangan energi.
Kontrol atau Analisis tekanan ini dapat dilakukan dengan beberapa metode,
disesuaikan dengan rangka distribusi.
7. Detail sistem pelayanan (sistem mikro dari distribusi) dan perlengkapn
distribusi (gambar alat bantu).
8. Gambar seluruh sistem, berupa tata guna lahan, peta pembagian distribusi,
peta kerangka, peta sistem induk lengkap, gambar detail sistem mikro.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id14
2.4. Data Kebutuhan Pelanggan
Analisis kebutuhan pelanggan, dapat dirumuskan sebagai berikut:
(2.1)
dengan:
Banyaknya KK pelanggan = banyaknya jumlah pelanggan yang terhubung
node yang pertama ke node kedua
1 hari = 24 x 60 x 60 = 86.400 det
2.5. Kehilangan Air
Masalah kehilangan air (Unaccounted For Water) masih merupakan salah satu
masalah yang sangat besar bagi pengelola air minum di Indonesia. Tingkat
kebocoran jaringan pipa sulit diukur secara teliti. PDAM pada umumnya
menggunakan selisih antara produksi dan penjualan untuk melukiskan efektifitas
pelayanan air minum dan efisiensi dalam upaya penurunan kehilangan air.
Kewajiban manajemen hanya mengontrol banyaknya kehilangan air. Secara fisik
kehilangan air dibagi menjadi kehilangan air secara manajemen dan kehilangan
air secara fisik. Kehilangan air terjadi pada sambungan-sambungan pipa, dan pipa
distribusi dalam kondisi operasional yang normal.
2.5.1. Jenis-jenis Penyebab Kehilangan Air secara Manajemen
1. Pendaftaran pengguna air terlambat atas sejumlah pelanggan baru, ataupun
yang dikategorikan sebagai pelanggan yang berganti yang menyebabkan
perusahaan air minum tak dapat menagih rekening tepat pada waktunya atau
berdasarkan penggolongan tarif yang tepat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id15
2. Jenis meter air tidak cocok, tingkat akurasinya rendah, atau kalibrasi,
pemeliharaan dan pergantian meter air tidak terlaksana sebagaimana mestinya.
3. Pembaca meter main taksir, atau pelanggan tidak membayar rekening tepat
waktu.
4. Sambungan liar atau penggunaan air tanpa meter air.
2.5.2. Penyebab-penyebab Kehilangan Air secara Fisik
1. Kebocoran pada sambungan pipa, hidran dan valve karena penyambungan dan
pemeliharaan yang sembarangan.
2. Pipa atau tangki air bocor karena terbuat dari bahan yang tidak bermutu, pipa
dan peralatan yang tua atau karena tekanan yang berlebihan.
3. Penggunaan air pada penggelontoran pipa dengan prosedur yang tidak normal.
4. Kebocoran karena tekanan yang terlalu tinggi pada jaringan perpipaan dan
tekanan yang muncul secara tak wajar.
Air yang bocor dari sistem penyediaan air, kesalahan meteran air, sambungan-
sambungan yang tidak sah dan hilangnya air yang tidak diketahui penyebabnya
digolongkan sebagai kehilangan dan pemborosan (loss and waste). (Linsley, Ray
K & Franzini, B. Joseph, 1985).
Jumlah air yang hilang = ... (2.2)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id16
2.6. Kehilangan Energi
Persamaan energi untuk fluida ideal adalah konstan di sepanjang aliran, sehingga
garis tenaga selalu mendatar. Untuk fluida real, garis tenaga akan berubah
menurun karena adanya gesekan antara partikel fluida, antara fluida dengan
dinding pipa dan kehilangan energi mikro akibat turbulensi di belokan atau
sambungan-sambungan pipa dan penambahan energi dari luar, misalnya dengan
pompa.
Zat cair riil yang mengalir melalui suatu bidang batas (pipa, saluran terbuka atau
bidang datar) akan terjadi tegangan geser dan gradien kecepatan pada seluruh
medan aliran karena adanya kekentalan. Tegangan geser tersebut akan
menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran. Oleh sebab itu
persamaan energi fluida real dapat ditulis sebagai berikut (Triatmodjo, 1993,
Giles, 1984:73)
(2.3)
dengan: Z = tinggi tempat(m),
= tinggi tekanan (m),
ha = energi yang ditambahkan (m),
hf = energi yang hilang akibat gesekan di sepanjang pipa (m),
he = energi yang hilang pada sambungan (m),
V = kecepatan rata-rata (m/s),
g = percepatan gravitasi (m/s2).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id17
Bila persamaan di atas diterapkan pada aliran fluida yang tidak ada tambahan
energi dari luar, maka kehilangan energi utama hanya diakibatkan oleh gesekan di
sepanjang pipa, dan persamaannya menjadi:
(2.4)
Pada aliran turbulen dan mantap melalui pipa berdiameter D, dengan sudut
gesekan. Gaya yang bekerja pada aliran seperti itu adalah gaya tekan, berat zat
cair dan gaya geser (Triatmodjo, 1993)
Gambar 2.2 Penurunan Darcy-Weisbach
Kehilangan energi pada Gambar 2.2 disebabkan oleh kehilangan energi utama hf
akibat gesekan aliran di sepanjang pipa, dan kehilangan energi sekunder he yang
terdiri dari perubahan penampang pipa, ujung pipa yang berawal dan berakhir di
kolam dan belokan-belokan pipa. Oleh sebab itu kehilangan energi total ditulis:
HL = hf + he (2.5)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id18
dengan: HL = kehilangan energi total (m),
hf = energi yang hilang akibat gesekan di sepanjang pipa (m),
he = energi yang hilang pada sambungan (m).
2.6.1. Mayor Losses
Kehilangan energi yang diakibatkan oleh gesekan antara zat cair dan dinding
dalam pipa selama pengaliran biasa disebut dengan istilah Mayor Loss. Rumus
Hazen-Williams, Darcy-Weisbach merupakan rumus yang biasa digunakan untuk
menghitung kehilangan energi akibat gesekan, adapun bentuk persamaannya
adalah sebagai berikut:
(2.6)
dengan: V = kecepatan rata-rata (m/s),
= koefisien kekasaran pipa,
I = kemiringan garis tenaga (m) ,
D = diameter pipa (m),
.......(2.7)
(2.8)
dengan: hf = Head Loss (m),
Q = debit air (m3/det),
f = koefisien kekasaran pipa,
L = panjang pipa (m),
D = diameter pipa (m),
V = kecepatan rata-rata (m/s),
g = percepatan gravitasi (m/s2).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id19
Koefisien kekasaran f menurut pengujian yang dilakukan Nikuradse (1933)
tergantung pada dua parameter yaitu bilangan Reynolds (Re) dan kekasaran relatif
dinding pipa /D. Bilangan Reynolds menyatakan perbandingan antara gaya
inersia terhadap gaya kekentalan, yang dituliskan sebagai berikut:
)
dengan: Re = angka Reynolds,
V = kecepatan rata-rata (m/s),
= kekentala kinematik fluida (m2/det),
= rapat massa (kg/m3),
µ = kekentalan kinematik (Pa/det).
Nilai Re digunakan untuk menentukan jenis aliran dengan batasan sebagai berikut:
Re < 2000 aliran laminer,
Re > 4000 aliran turbulen,
2000 < Re < 4000 aliran transisi.
Pada aliran laminer dimana nilai Re < 2000, koefisien gesek dihitung dengan
persamaan Blasius sebagai berikut (Giles 1984:102, Triatmodjo 1993)
..............................................................................................................(2.10)
Sedangkan untuk aliran turbulen pada pipa-pipa halus dimana 4000 < Re < 105,
koefisien gesekannya adalah:
...........................................................................................................(2.11)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id20
Koefisien gesekan untuk Re sampai dengan 3.000.000 dihitung menggunakan
persamaan von Karman yang diperbaiki oleh Prandtl (Giles, 1984:103,
Triadmodjo, 1993)
.............................................................................(2.12)
Selain menggunakan persamaan di atas, faktor gesekan dapat dicari dengan grafik
Moody apabila nilai Reynolds dan /D diketahui (lihat lampiran).
2.6.2. Minor Losses
Kehilangan-kehilangan yang terjadi dalam sistem pipa dikarenakan bends
(tekukan-tekukan), elbows (siku-siku), joints (sambungan-sambungan), valves
(klep) disebut kehilangan minor (minor loss). Pada pipa sangat panjang, mayor
loss biasanya jauh lebih besar daripada minor loss, sehingga pada keadaan
tersebut kehilangan tenaga karena minor loss dapat diabaikan. Minor Loss dapat
diabaikan jika panjang pipa lebih besar daripada 1000 x diameter atau
(Hwang, N. E., Houghtalen, R. J., 1996).
Menurut Darcy-Weisbach, kehilangan energi pada pengaliran berbanding lurus
dengan tinggi kecepatan, yang dapat ditulis kedalam persamaan berikut:
. ..(2.13)
dengan: k = koefisien kehilangan tenaga
Nilai k dapat dilihat pada Tabel 2.4 dan Tabel 2.5.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id21
Tabel 2.5 Penurunan Tinggi Energi
No UraianHead turun
rata-rata
1 Dari tangki masuk ke pipa
Sambungan sama tinggi (ruji-ruji jalan masuk)
Sambungan proyeksi
Sambungan dibulatkan
2 Dari pipa ke tangki
3 Pembesaran tiba-tiba
4 Pembesaran perlahan (lihat Tabel 2.2)
5 Venturi meter, Nosel dan mulut sempit
6 Penyusutan tiba-tiba (lihat Tabel 2.2)
7 Siku-siku, sambungan, kran
Beberapa harga k
-0,45
-0,75
-2,00
(Sumber: Giles, R. V., 1990)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id22
Tabel 2.6 Nilai k untuk Pembesaran dan Penyusutan
Penyusutan
tiba-tibaPembesaran Perlahan untuk Sudut Kerucut Lokal
kc 4º 10 º 15 º 20 º 30 º 50 º 60 º
1,2 0,08 0,02 0,04 0,09 0,16 0,25 0,35 0,37
1,4 0,17 0,03 0,06 0,12 0,23 0,36 0,50 0,53
1,6 0,26 0,04 0,07 0,14 0,26 0,42 0,57 0,61
1,8 0,34 0,04 0,07 0,15 0,28 0,44 0,61 0,65
2,0 0,37 0,04 0,07 0,16 0,10 0,46 0,63 0,68
2,5 0,41 0,04 0,08 0,16 0,30 0,48 0,65 0,70
3,0 0,43 0,04 0,08 0,16 0,31 0,48 0,66 0,71
4,0 0,45 0,04 0,08 0,16 0,31 0,49 0,67 0,72
5,0 0,46 0,04 0,08 0,16 0,31 0,50 0,67 0,72
(Sumber: Giles, R. V., 1990)
2.6.3. Debit Aliran
Debit aliran air pada pengaliran dalam pipa dianggap konstan karena air dianggap
fluida yang tidak termampatkan. Oleh sebab itu berlaku persamaan kontinuitas:
Q = konstan.
Kecepatan aliran dalam pipa dianggap kecepatan rata-rata, yang menganggap
bahwa kecepatan di setiap titik di dalam suatu penampang adalah sama, sehingga
berlaku persamaan:
. (2.14)
dengan: Q = debit aliran (m3/det),
A = luas penampang aliran atau pipa (m2),
V = kecepatan aliran (m/det).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id23
Gambar 2.3 Penampang Aliran dalam Pipa
Pada fluida riil, kecepatan aliran dalam suatu penampang adalah tidak sama
karena adanya gesekan dengan dinding pipa (lihat Gambar 2.3). Oleh sebab itu
anggapan penggunaan kecepatan rata-rata ini akan menyebabkan kesalahan dalam
menghitung tinggi energi. Oleh sebab itu, untuk mengoreksi kesalahan ini perlu
diberikan suatu koefisien koreksi energi yang biasa disimbolkan dengan ,
sehingga tinggi energi pada persamaan Bernoulli menjadi . Koefisien ini
dalam praktek diambil = 1
2.7. Aplikasi Epanet 2.0 dalam Analisis Jaringan Distribusi Air Bersih
2.7.1. Umum
Pada awalnya, software jaringan distribusi hanya digunakan untuk melakukan
desain awal sistem distribusi. Dengan software yang un-user friendly membuat
operator enggan untuk menggunakan software-software distribusi tersebut dalam
menganalisis kondisi jaringannya. Namun seiring dengan perkembangan
teknologi, software distribusi telah berkembang sehingga menjadi lebih mudah
digunakan. Dengan software distribusi, operator dapat mensimulasikan berbagai
kemungkinan pengoperasian jaringan tanpa harus turun kelapangan dan bahkan
tanpa harus mengganggu kesinambungan pelayanan terhadap pelanggan. Jika
pada awalnya operator harus turun ke lapangan dan mengumpulkan data sebanyak
mungkin untuk mengetahui gambaran jaringannya maka kini operator hanya perlu
turun ke lapangan untuk mengumpulkan data seminimal mungkin dalam
memahami jaringan distribusinya. Epanet 2.0 adalah salah satu software distribusi
yang user friendly dan banyak digunakan untuk menganalisis jaringan sistem
distribusi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id24
Epanet 2.0 adalah program komputer yang berbasis windows yang merupakan
program simulasi dari perkembangan waktu dari profil hidrolis dan perlakuan
kualitas air bersih dalam suatu jaringan pipa distribusi, yang di dalamnya terdiri
dari titik/node/junction pipa, pompa, valve (asesoris) dan reservoir baik ground
reservoar maupun reservoir menara. Output yang dihasilkan dari program Epanet
2.0 ini antara lain debit yang mengalir dalam pipa, tekanan air dari masing masing
titik/node/junction yang dapat dipakai sebagai analisis dalam menentukan operasi
instalasi, pompa dan reservoir serta besarnya konsentrasi unsur kimia yang
terkandung dalam air bersih yang didistribusikan dan dapat digunakan sebagai
simulasi penentuan lokasi sumber sebagai arah pengembangan.
Epanet 2.0 didesain sebagai alat untuk mengetahui perkembangan dan pergerakan
air serta degradasi unsur kimia yang terkandung dalam air di pipa distribusi air
bersih, yang dapat digunakan untuk analisis berbagai macam sistem distribusi,
detail desain, model kalibrasi hidrolis. Analisis sisa khlor dan beberapa unsur
lainnya.
2.7.2. Kegunaan Epanet 2.0 dalam Analisis Jaringan Distribusi Air Bersih
1. Didesain sebagai alat untuk mengetahui perkembangan dan pergerakan air
serta degradasi unsur kimia yang ada dalam air pipa distribusi.
2. Dapat digunakan sebagai dasar analisis dan berbagai macam sistem distribusi,
detail desain, model kalibrasi hidrolik, analisis sisa khlor dan berbagai unsur
lainnya.
3. Dapat membantu menentukan alternatif strategis manajemen dan sistem
jaringan pipa distribusi air bersih seperti:
1) Sebagai penentuan alternatif sumber/instalasi, apabila terdapat banyak
sumber/instalasi.
2) Sebagai simulasi dalam menentukan alternatif pengoperasian pompa
dalam melakukan pengisian reservoir maupun injeksi ke sistem distribusi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id25
3) Digunakan sebagai pusat treatment seperti dimana dilakukan proses
khlorinasi, baik diinstalasi maupun dalam sistem jaringan.
4) Dapat digunakan sebagai penentuan prioritas terhadap pipa yang akan
dibersihkan/diganti.
Epanet 2.0 merupakan analisis hidrolis yang terdiri dari:
1. Analisis ini tidak dibatasi oleh letak lokasi jaringan.
2. Kehilangan tekanan akibat gesekan (friction) dihitung dengan menggunakan
persamaan Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, Chezy atau Manning formula.
3. Disamping mayor losses, minor losses (kehilangan tekanan di bend, elbow,
fitting) dapat dihitung.
4. Model konstanta atau variabel kecepatan pompa.
5. Berbagai tipe model valve yang dilengkapi dengan shut off, check. Pressure
regulating dan valve yang dilengkapi dengan kontrol kecepatan.
6. Reservoir dalam berbagai bentuk dan ukuran.
7. Faktor fluktuasi pemakaian air.
8. Sebagai dasar operating system untuk mengontrol level air di reservoir dan
waktu.
Epanet 2.0 juga memberikan Analisis kualitas air:
1. Model pergerakan unsur material non reaktif yang melalui jaringan tiap saat.
2. Model perubahan material reaktif dalam proses desinfektan dan sisa khlor.
3. Model unsur air yang mengalir dalam jaringan.
4. Model reaksi kimia sebagai akibat pergerakan air dan dinding pipa.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id26
2.7.3. Input Data dalam Epanet 2.0
Data data yang dibutuhkan dalam Epanet 2.0 sangat penting sekali dalam proses
analisis, evaluasi dan simulasi jaringan air bersih berbasis epanet.
Input data yang dibutuhkan adalah:
1. Peta jaringan
2. Node/junction/titik dari komponen distribusi
3. Elevasi
4. Panjang pipa distribusi
5. Diameter dalam pipa
6. Jenis pipa yang digunakan
7. Umur pipa
8. Jenis sumber (mata air, sumur bor, IPAM, dan lain lain)
9. Spesifikasi pompa (bila menggunakan pompa)
10. Bentuk dan ukuran reservoir
11. Beban masing-masing node (besarnya tapping)
12. Faktor fluktuasi pemakaian air
13. Konsentrasi khlor di sumber
Output yang dihasilkan diantaranya adalah :
1. Hidrolik head masing - masing titik.
2. Tekanan dan kualitas air (Epanet 2.0 Users Manual).
2.8. Cara Analisis Simulasi Pipa Jaringan Distribusi PDAM Kecamatan
Baki dengan Program Epanet 2.0
2.8.1. Wilayah peta
Wilayah peta yang digunakan adalah peta daerah distribusi air bersih PDAM
Kecamatan Baki yang dilengkapi dengan elevasi tanah, rumah pelanggan dan
diameter pipa. Pada pembuatan pipa jaringan PDAM, analisis berdasarkan elevasi
tanahnya dengan memberikan node (titik) pemasangan pipa untuk mempermudah
perancangan simulasi pipa.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id27
2.8.2. Data Reservoir
Data isian reservoir pada program Epanet 2.0 diambil dari ketinggian tanahnya.
Hal ini dimaksudkan agar pengambilan air dapat ditentukan dengan pompa atau
gravitasi. Untuk data isian jumlah air yang akan disalurkan ke daerah Kecamatan
Baki berkisar 130 lt/hr/org.
2.8.3. Data Elevasi Tanah
Data elevasi tanah pada program Epanet 2.0 meliputi analisis peta wilayah
Kecamatan Baki yang di dalamnya terdapat keterangan elevasi tanah. Kemudian
dimasukkan ke dalam program Epanet 2.0 dengan memberikan node satu per satu
seseuai yang dibuat di dalam peta tersebut. Node adalah penghubung jaringan pipa
yang digambarkan berupa titik. Adapun data elevasi tanah di wilayah Kecamatan
Baki dapat ditunjukkan pada Tabel 2.7 berikut:
Tabel 2.7 Elevasi Tanah Jaringan Pipa Distribusi di Kecamatan Baki
ID NodeElevasi tanah
(m)ID Node
Elevasi Tanah
(m)
2 114 36 115.7
4 114 37 114.1
5 114 38 113.2
6 114 39 113
7 112.5 40 113
8 119 41 112.7
9 111.7 42 112
10 110 43 113
11 112.8 44 114
12 112.9 45 113.6
13 113 46 113.6
14 111.7 47 113.3
15 111.7 48 113.3
16 112.9 49 113.3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id28
ID NodeElevasi tanah
(m)ID Node
Elevasi Tanah
(m)
17 113 50 113.5
19 113.8 51 112.7
20 115.3 52 112.9
21 112.4 53 113.5
22 113.2 54 113
23 113.2 55 112.9
24 111.2 56 142.1
25 111.2 57 142
26 110.8 58 142
27 110.5 59 140
28 110.5 60 143.5
29 110.5 61 144.2
30 110.5 62 141.7
31 110.8 63 141
32 111 64 111.6
33 111.2 65 114
34 114.2 66 114
35 115.3 67 145
2.8.4. Data Panjang Pipa dan Diameter Pipa
Data panjang pipa dan diameter pipa ditunjukkan pada Tabel 2.8 berikut:
Tabel 2.8 Panjang Pipa dan Diameter Pipa
ID PipaPanjang Pipa
(m)
Diameter Pipa
(mm)
Koefisien Kekasaran Pipa
Hazen-William
3 96 300 140
4 293 250 140
5 202.5 150 140
6 1235.3 150 140
7 429.8 100 140
8 445.5 150 140
10 31.5 150 140
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id29
ID PipaPanjang Pipa
(m)
Diameter Pipa
(mm)
Koefisien Kekasaran Pipa
Hazen-William
11 360 150 140
12 27 150 140
13 276.8 100 140
14 114.8 100 140
15 522 100 140
16 31.5 150 140
19 2430 150 140
20 720 150 140
21 652.6 150 140
22 65.3 150 140
23 51.8 100 140
24 58.6 100 140
25 92.4 100 140
26 89.4 100 140
27 153 100 140
28 292.6 100 140
29 280 75 140
30 280 75 140
31 254.3 75 140
32 261 75 140
33 293 75 140
34 697.5 150 140
35 495 150 140
36 247.5 150 140
37 180 75 140
38 155.3 75 140
39 157.5 75 140
40 159.8 150 140
41 54 150 140
42 49.5 150 140
43 81.2 150 140
44 204.75 150 140
45 191.3 150 140
46 94.6 150 140
47 1552.5 150 140
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id30
ID PipaPanjang Pipa
(m)
Diameter Pipa
(mm)
Koefisien Kekasaran Pipa
Hazen-William
48 27 150 140
49 675.2 150 140
50 407.3 150 140
51 407.3 150 140
52 112.6 250 140
53 248 200 140
54 765 75 140
55 472 200 140
56 1900 150 140
57 204.8 150 140
58 1300 150 140
59 540 100 140
60 2745.8 200 140
61 1756 250 140
62 316 300 140
63 495.2 100 140
64 158 100 140
65 273.6 100 140
66 958.5 75 140
67 423.2 75 140
2.8.5. Data Pattern
Data pattern merupakan penyunting pola pemakaian air dari suatu node pada
periode waktu tertentu (data masukan simulasi pola max. 55 jam), bentuk
pemasukan data pattern untuk wilayah jaringan distribusi PDAM di Kecamatan
Baki meliputi pemakaian dalam kurun waktu 24 jam. Data pattern dalam analisis
ini menggunakan Koefisien Fluktuasi Kebutuhan Air menurut GUPTA. Adapun
data pattern, dapat ditunjukkan pada Tabel 2.9 berikut:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id31
Tabel 2.9 Data Pattern Jaringan Distribusi PDAM di Kecamatan Baki
JamKoefisien Fluktuasi
Kebutuhan Air
Persentase
(%)Rata-rata/jam Pemakaian
1 0,5 50 1 0,50
2 1,3 130 1 1,30
3 1 100 1 1,00
4 1,2 120 1 1,20
2.8.6. Tahapan Menggunakan Epanet 2.0
Untuk menjalankan program ini dapat ditempuh dengan prosedur sebagai berikut:
1. Memulai program Epanet 2.0
Untuk menjalankan Epanet 2.0 dilakukan dengan cara berikut:
a. Klik Start All Programs Epanet 2.0 dan klik Epanet 2.0
b. Klik ganda pada desktop
2. Membuat Model Pipa Distribusi
a. Memulai Pekerjaan Baru
Klik reservoir pada tampilan icon, kemudian klik mouse pada peta
dimana akan diletakkan reservoir. Selanjutnya menambah node/junction, klik
icon node/junction dan kemudian klik pada peta pada lokasi dari
node/junction 2 hingga 28. Kemudian lakukan penggambaran pipa, mulai dari
pipa 1 yang menghubungkan node/junction 2 dan 3. Mula-mula klik tombol
icon pipa pada toolbar. Kemudian klik tahan pada node/junction 2 ke
node/junction 3. Ulangi prosedur tersebut pada node/junction selanjutnya
sampai dengan node/junction 28.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id32
b. Memasukkan Data
Data yang akan dimasukkan adalah data sebagai berikut:
- Panjang pipa
- Diameter pipa
- Kekasaran pipa
- Initial Status
Langkah-langkah memasukkan data adalah sebagai berikut:
Klik pipa pada network map
Seluruh data pipa harus dimasukkan dengan cara mengetik besaran data
tersebut pada textbox. Ulangi prosedur tersebut untuk pipa-pipa
berikutnya.
Data elevasi yang didapat dari hasil pengukuran jalur rencana pipa
distribusi dimasukkan ke dalam data node dengan cara mengklik salah satu
node. Setelah itu akan muncul window node.
Untuk memasukkan lokasi sumber mata air yang dalam hal ini (Epanet
2.0) dinyatakan sebagai sebuah reservoir adalah dengan cara mengklik
tombol reservoir pada toolbar kemudian klik mouse pada peta ke posisi
node/junction yang dinyatakan sebagai reservoir.
3. Running dan Output Epanet 2.0
a. Running Epanet 2.0
Untuk memulai running klik icon run pada toolbar dan akan keluar window
sebagaimana Gambar 2.8 berikut. Selanjutnya untuk mengetahui hasil running
pilih Browser Map nodes dan links.