bab v analisis model hidrolis jaringan distribusi air ... · pdf filemenara air yang ada di...
Post on 06-Feb-2018
220 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-1
BAB V
ANALISIS MODEL HIDROLIS
JARINGAN DISTRIBUSI AIR BERSIH UTAMA
KOTA NIAMEY
5.1 Umum
Untuk menentukan jangkauan pengembangan jaringan di Niamey, sebuah model
dari jaringan eksisting dibuat. Model ini berfungsi untuk menganalisis lokasi optimum
untuk menghubungkan jaringan baru (wilayah pengembangan) dengan jaringan eksisting.
Selain itu, model ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi permasalahan-
permasalahan yang terjadi pada jaringan eksisting dan digunakan untuk mendesain
penyelesaian masalah-masalah tersebut.
Untuk menciptakan model jaringan eksisting tersebut, data-data yang berkaitan
dengan sistem distribusi air di Niamey seperti Peta [GKW, 2001] dan Laporan Teknis
[IBG, Julliet 2001] mengenai instalasi digunakan sebagi sumber dengan menggunakan
piranti lunak EPANET.
5.2 Deskripsi Model
Model EPANET merupakan model hidrolis dari suatu jaringan penyaluran air
yang terdiri dari nodes dan links. Model ini menampilkan perhitungan tekanan semi
stasioner dan laju aliran pada komponen-komponen jaringan berdasarkan konsumsi air
dan aktivitas pompa pada setiap satuan waktu.
Hasil perhitungan tekanan dan sisa head ditampilkan pada setiap nodes.
Umumnya, nodes adalah lokasi dimana sambungan antar pipa berada, bisa terdapat pada
reservoir, dan lokasi-lokasi dimana terdapat penggunaan air.
Sedangkan links umumnya berupa pipa yang menyambungkan tiap nodes. Hasil
perhitungan kehilangan tekan yang terjadi pada pipa ditampilkan pada setiap pipa
berdasarkan debit, diameter pipa dan kekasaran pipa.
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-2
Model yang dibuat memuat data-data sebagai berikut :
- koordinat dan ketinggian tiap nodes;
- karakteristik pipa;
- pompa dan kurva pompa;
- reservoir atau menara air;
- kebutuhan air.
Koordinat dari setiap nodes ditentukan berdasarkan gambar jaringan (Gambar 3-
3) yang diserahkan oleh SEEN selama kunjungan lapangan pertama ke Niger pada
Februari 2007. Untuk ketinggian masing-masing nodes didapat dari peta GIS Niamey.
Diameter dan panjang pipa diketahui dari gambar jaringan yang sama dari SEEN.
Dari gambar jaringan tersebut panjang pipa dapat diukur. Material pipa yang terpasang
juga diindikasikan oleh gambar tersebut.
5.2.1 Pemodelan Kebutuhan Air
Pemodelan debit harian menuju tiap area didasarkan pada data hasil pengukuran
debit di tiap jalur pipa distribusi utama di tiap daerah yang dilakukan selama kunjungan
kedua ke Niger. Hasil dari pengukuran tersebut diringkas di dalam Tabel 5-1.
Pipa transmisi dari IPAM Yantala selain berfungsi sebagai pipa transmisi, pipa-
pipa ini juga berfungsi sebagai pipa distribusi. Oleh sebab itu, pengukuran kebutuhan air
tidak bisa dilakukan spesifik untuk tiap daerah. Pengukuran penggunaan air didasarkan
berdasarkan area tiap menara air yang terbangun di Niamey. Oleh karena pemodelan
untuk kebutuhan air ditempatkan pada tiap-tiap menara air yang ada, terkecuali menara
air no 2 dan reservoir no 7. Menara air nomor 2 berfungsi sebagai menara air pelengkap
untuk memodelkan kebutuhan air di sepanjang pipa distribusi utama. Reservoir 7
bertindak sebagai pemasok menara air nomor 3 dan 6, oleh karena itu tidak terdapat
kebutuhan air pada R7.
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-3
Kurva Pompa
0
200
400
600
800
1000
1200
0 50 100 150
Head Pompa (m)
Deb
it P
om
pa
(m3/
jam
)
Kurva Pompa
5.2.2 Pemodelan Stasiun Pompa
Kapasitas pemompaan dari suatu pompa ditentukan melalui kecepatan
pemompaaan dan besarnya tekanan yang diaplikasikan pada saat pompa bekerja. Setiap
pompa memiliki karakteristik kurva pompa yang spesifik, dimana kurva tersebut
menunjukan besarnya air yang dapat dipompa pada setiap variasi tekanan yang
diaplikasikan. Bentuk dari kurva pompa sangat penting dalam memilih pompa untuk
mensuplai air dengan debit dan tekanan yang spesifik.
Tidak terdapat data yang lengkap mengenai bentuk kurva pompa untuk setiap
pompa yang terpasang di jaringan kota Niamey. Kurva pompa yang tersedia adalah kurva
pompa yang didapat dari katalog pompa tersebut, bukan kurva pompa yang didapat
melalui Factory Acceptance Test dari pompa tersebut. Bentuk dari kurva pompa yang
digunakan di Niamey ditampilkan pada gambar 5-1.
Gambar 5-1. Kurva Pompa Tipikal Niamey
Area Jumlah Terukur (m3/hari) R 10 20.400 R 8 13.776 R 9 16.992 R 1 1.056 R 11 6.180 R 5 4.944 R 3 7.416 R 6 5.064
Tabel 5-1. Konsumsi air terukur (Canevas, 2006)
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-4
Variabel-variabel lain yang dapat mempengaruhi kinerja pompa namun tidak
terukur adalah:
- Level muka air di reservoir air bersih di stasiun pompa
- Kecepatan putaran pompa
- Umur pompa
Untuk mendapatkan bentuk kurva pompa yang sesuai, bentuk kurva pompa yang
tersedia digunakan untuk memodelkan kurva pompa untuk pompa-pompa lain. Jadwal
operasi tiap pompa ditentukan melalui pola tiap pompa bekerja. Setiap pompa yang
terpasang memiliki pola operasi yang spesifik.
5.2.2.1 Goudel
Stasiun pompa Goudel memiliki 9 pompa yang menyalurkan air menuju tiga
menara air (R 9, R 10 dan R 8). Setiap menara air dipasok air oleh tiga pompa dengan
kurva pompa yang identik.
5.2.2.2 Yantala
Stasiun pompa Yantala dimodelkan dengan empat pompa yang menyalurkan air
melalui jalur pipa Rehabilitation dan dua pompa yang menyalurkan air melalui jalur pipa
Japonnaise. Kedua jalur ini terhubung didekat stasiun pompa Yantala dan lokasinya
dinamakan “noeud 300”. Konektivitas jaringan pada daerah ini cukup rumit, dan telah
didiskusikan secara intensif selama kunjungan lapangan. Konektivitas pipa pada lokasi
tersebut dapat dilihat pada Gambar 5-2.
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-5
Gambar 5-2. Konektivitas pada “Noeud 300”
5.2.2.3 Grand Marché
Stasiun pompa Grand Marché dimodelkan dengan empat pompa. Stasiun pompa
ini menyalurkan air dari ground reservoir R7 menuju menara air R6 dan R3. Dua pompa
dengan kurva pompa yang identik terpasang untuk menyalurkan air menuju R6, dan satu
pompa terpasang menyalurkan air menuju R3.
5.2.3 Pemodelan Pipa Distribusi Utama
Jaringan pipa untuk penyediaan air di kota Niamey sudah sering ditingkatkan
jangkauannya namun pengembangannya tidak tersusun secara baik. Seperti telah
dijelaskan sebelumnya, terdapat dua macam jaringan pipa di Niamey, refoulement
distributif dan refoulement direct.
5.2.3.1 Refoulement Direct
Terdapat tiga jalur pipa distribusi langsung (refoulement direct) pada jaringan
distribusi utama kota Niamey, yaitu dari Goudel menuju menara air nomor 10, dari
Yantala menuju menara air nomor 11 dan dari Ground Reservoir nomor 7 menuju
menara air nomor 6. Semua jalur tersebut menggunakan pipa dengan diameter 500 mm.
: Refoulement Direct : Refoulement Distributif : Pipa Distribusi
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-6
5.2.3.2 Refoulement Distributif
Pipa distributif ini selain menyuplai air dari Goudel dan Yantala menuju menara
air yang tersisa, juga mendistribusikan air di sepanjang perjalanan menuju menara-
menara air tujuan pipa tersebut. Diameter pipa yang digunakan untuk mendisribusikan air
untuk jalur-jalur tersebut bervariasi, dari diameter 300 mm hingga 500 mm.
Sistem distribusi yang terhubung dengan IPAM Yantala dan sistem yang
terhubung dengan IPAM Goudel tidak saling terhubung. Kedua sistem terpisahkan oleh
sebuah valve dalam kondisi tertutup di lokasi yang dinamakan noeud 300 oleh SEEN.
Dikarenakan tingginya tekanan air dari jaringan yang terhubung dengan IPAM Goudel,
kedua sistem tidak memungkinkan untuk disambungkan dalam operasional sehari-hari.
5.2.4 Pemodelan Valve
Jenis dari valve yang digunakan selama pemodelan jaringan adalah jenis PRV
(Pressure Reduction Valve). Valve jenis ini membatasi besarnya tekanan pada sebuah
pipa yang berada di jaringan.
Dalam pemodelan dengan menggunakan EPANET, terdapat tiga macam kondisi
valve jenis PRV ini dapat terpasang, yaitu :
• Terbuka sebagian
• Terbuka seluruhnya
• Tertutup
Didekat menara air nomor 11 terpasang sebuah valve yang beroperasi berdasarkan
ketinggian muka air di dalam menara air nomor 11 ini. Valve ini dimodelkan dengan
suatu perintah kendali dimana valve akan terbuka apabila menara air nomor 11 hampir
kosong dan sebaliknya. Hal ini dilakukan berhubung dengan lokasi menara air nomor 11
yang sangat rendah dapat menyebabkan air yang ada di jaringan kota mengalir menuju
menara air ini.
5.2.5 Pemodelan Menara Air
Air minum disalurkan menuju sepuluh buah menara air yang tersebar di seluruh
kota seperti pada gambar 5-4. Menara-menara air tersebut dinomori dengan huruf “R”
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-7
dan diikuti oleh sebuah angka. Menara air R1 adalah menara air tertua, menara air R10
dan R11 merupakan menara air yang terakhir dibangun.
Seluruh menara air dibangun dengan ketinggian beberapa meter dari permukaan
tanah, terkecuali menara air R7, dimana menara air ini berperan sebagai ground
reservoir. R7 merupakan reservoar berbentuk kotak yang terletak di tanah dan memompa
air menuju R3 dan R6. Lokasi dari menara-menara air tersebut terdapat pada Gambar 5-3.
Pada menara air, pipa pemasok dan pipa distribusi terhubung. Saat jam-jam
tertentu dimana kebutuhan air kecil, sebagian dari air yang ada mengisi tangki menara
air, dan sebaliknya saat kebutuhan air tinggi, tangki menara air menyalurkan airnya
menuju daerah pelayanan bersama air yang didistribusikan langsung dari stasiun pompa.
Kondisi ini tidak berlaku untuk R11 dikarenakan lokasinya yang sangat rendah, sehingga
sebuah valve kendali harus dipasang.
Gambar 5-3 dibawah menampilkan perbedaan skema koneksi menara air yang
terbangun di Niamey.
Gambar 5-3. Interkoneksi menara air
Koneksi menara air normal Koneksi menara air R 11
Control valve
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-8
Gambar 5-4. Layout jaringan dan lokasi menara air (IBG,2001)
Menara air yang ada di Niamey dipasok air oleh kedua stasiun pompa, pembagian
sistem penyaluran air menuju sepuluh menara air tersebut disajikan pada tabel 5-2.
Tabel 5-2. Daftar menara air di Niamey
Menara Air Sistem Transport Volume (m3) Elevasi tanah (m) Ketinggian (m) R 1 Yantala 300 211.5 13 R 2 Yantala 1,000 207.8 16 R 3 Yantala 1,000 221.5 16 R 5 Yantala 2,000 205.2 18 R 6 Yantala 600 220.3 12 R 7 Yantala 1,000 207.8 0 R 8 Goudel 1,000 222.5 24 R 9 Goudel 3,000 219.6 24 R 10 Goudel 4,200 232.3 24 R 11 Yantala 4,200 188 24 Total 18,300
Kapasitas penyimpanan tidak terbagi rata antara sistem Goudel dan Yantala.
� Yantala: 10,100 m3, jumlah ini merupakan 34% dari kapasitas produksi total
Yantala;
� Goudel: 8,200 m3, jumlah ini merupakan 16% dari kapasitas produksi total
Goudel.
Berdasarkan hal tersebut, disimpulkan bahwa penambahan kapasitas jaringan
dapat dilakukan dari instalasi pemompaan Goudel.
N
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-9
Gambar 5-6. Menara air R 10
5.2.6 Metode Perhitungan
EPANET akan menghitung besarnya kehilangan tekan berdasarkan diameter pipa,
debit dan koefisien kekasaran pipa. Pada analisa jaringan ini digunakan persamaan
Hazen-William untuk menghitung besarnya kehilangan tekan yang terjadi.
Koefisien kekasaran pipa bermacam-macam nilainya tergantung jenis material
dan umur pipa. Terutama untuk pipa baja dan cast iron dimana kekasarannya akan
berubah cepat sejalan umur operasi pipa tersebut karena korosi.
Koefisien kekasaran pipa yang digunakan dalam model jaringan ditampilkan pada
Tabel 5-3.
Tabel 5-3. Koefisien kekasaran Hazen-Williams untuk pipa baru (Dieter,1999)
Material Kekasaran Pipa Cast Iron (DCIP) 130 - 140 Concrete or Concrete Lined 120 - 140 Galvanized Iron 120 Plastic 140 - 150 Steel 140 - 150 Vitrified Clay 110
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-10
R-10
Goudel
Yantala
R-8
R-9
5.3 Kalibrasi Model
Model jaringan yang dibuat harus merepresentasikan kondisi nyata jaringan
distribusi Niamey di lapangan. Tekanan dan debit aliran pada beberapa lokasi di Niamey
seperti pada gambar 5-7 telah diukur di lapangan selama kunjungan ke Niger. Hasil
pengukuran di lapangan dibandingkan dengan hasil pengukuran pada titik yang sama
pada model jaringan. Model jaringan dinyatakan terkalibrasi apabila hanya terdapat
sedikit perbedaan antara model dengan hasil pengukuran di lapangan.
5.3.1 Metodologi Kalibrasi
Untuk mengkalibrasi model jaringan yang telah dibuat, selama kunjungan ke
Niamey data mengenai besarnya tekanan dan debit setiap stasiun pompa setiap jam
didapat melalui pengukuran dengan menggunakan pressure meter dan flow meter. Selain
pada setiap stasiun pompa, pengukuran tekanan setiap jam juga dilakukan di dekat
seluruh menara air seperti tampak pada Gambar 5-7.
Data mengenai tinggi muka air tiap jam di menara-menara air dan pola
operasional tiap pompa juga dikumpulkan selama kunjungan ke Niamey. Hasil
pengukuran debit dan tekanan dari kedua jaringan terdapat pada lampiran A.
Gambar 5-7. Lokasi pengukuran tekanan dan debit
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-11
Untuk selang waktu satu jam selama sehari, tekanan dan debit yang dihitung oleh
EPANET dibandingkan dengan tekanan dan debit yang terukur di lapangan. Apabila
terjadi perbedaan, model jaringan akan dioptimasikan dengan cara merubah sedikit
parameter yang ada dalam model.
Parameter yang diubah selama pengkalibrasian model adalah koefisien kekasaran
pipa. Perhitungan awal dilakukan dengan menggunakan nilai kekasaran pipa untuk pipa
baru, yaitu sebesar 150. Besarnya koefisien kekasaran pipa ini disesuaikan untuk setiap
sub-sistem jaringan sampai terjadi kecocokan antara data terukur dengan data keluaran
model.
Hasil kalibrasi ditampilkan pada grafik-grafik yang terdapat di lampiran A.
Beberapa grafik mengindikasikan sedikit perbedaan antara hasil pengukuran dengan hasil
pemodelan. Perbedaan ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya:
� Interkoneksi jaringan yang tidak diketahui dan tidak termodelkan;
� Pengaturan bukaan valve yang berbeda dengan yang diasumsikan;
� Kesalahan lokasi pengukuran di lapangan;
� Perbedaan diantara kurva pompa yang digunakan dengan kurva pompa yang dipakai
di lapangan;
� Perbedaan pola pengoperasian pompa antara yang dilaporkan dengan yang
sesungguhnya dilapangan;
� Perbedaan kebutuhan air yang dimodelkan dengan kebutuhan air sesungguhnya di
lapangan.
5.3.2 Hasil Kalibrasi
5.3.2.1 Jaringan Yantala
Untuk jaringan distribusi sistem Yantala, kalibrasi dari dua sub-sistem jaringan
yaitu Japonnaise dan Rehabilitation dilakukan secara bersamaan dikarenakan kedua sub-
sistem tersambung.
Menara air R11 mempengaruhi kestabilan jaringan Yantala karena kapasitasnya
yang besar dan elevasinya yang rendah dibandingkan menara air yang lainnya. Hasil
kalibrasi membuktikan bahwa pemodelan valve di jaringan (terbuka penuh ketika R11
kosong dan tertutup rapat ketika R11 penuh) memberikan hasil yang baik.
Evaluasi dan Pengembangan Sistem Jaringan Distribusi Air Bersih Utama Kota Niamey
Muhammad Taufik-15303029
V-12
Selama pengkalibrasian, optimasi telah dilakukan dengan menyesuaikan
kekasaran pipa dari pipa-pipa yang mengalirkan air menuju R1, R2, R7 dan R5.
5.3.2.2 Jaringan Goudel
Kalibrasi jaringan Goudel dilakukan secara terpisah untuk setiap sub-sistem yang
ada, Goudel – R8, Goudel – R9 dan Goudel – R10. Selama pengkalibrasian, koefisien
kekasaran pipa disesuaikan hingga mencapai hasil yang memuaskan. Berikut adalah
koefisien kekasaran yang digunakan untuk masing-masing sub-sistem:
- R8: C = 130
- R9: C = 120
- R10: C = 135
Dari hasil kalibrasi, disimpulkan bahwa hasil pemodelan memberikan hasil yang
cukup sesuai dengan pengukuran di lapangan. Perbedaan terbesar muncul di lokasi dekat
menara air R8. Selama kunjungan ke Niamey, fluktuasi tekanan yang besar (0.5 – 1 bar)
terjadi di dekat lokasi R8. Hal ini dapat disebabkan oleh penyadapan air ilegal yang
dilakukan di dekat lokasi pengukuran.
5.3.3 Kesimpulan
Dapat disimpulkan bahwa model hidrolis yang diciptakan sudah cukup akurat
untuk desain pengembangan jaringan. Perbedaan keseluruhan antara tekanan atau debit
terukur dengan tekanan atau debit model kurang dari 10%.
Karena wilayah pengembangan yang baru akan disambungkan dari stasiun pompa
Goudel, perbedaan besar antara model dan pengukuran yang muncul di sub-sistem
Rehabilitation tidak terlalu mempengaruhi analisa selanjutnya.
top related