Aplikasi Software Watercad untuk Perencanaan dan ... ?· kehilangan energi : - Kehilangan Tinggi Tekan…

Download Aplikasi Software Watercad untuk Perencanaan dan ... ?· kehilangan energi : - Kehilangan Tinggi Tekan…

Post on 24-Jun-2019

212 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Aplikasi Software Watercad untuk Perencanaan dan Pengembangan

    Sistem Penyediaan Air Bersih PDAM Singosari

    Nevi Hidayati

    1, M. Janu Ismoyo

    2, Endang Purwati

    2

    1)Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya

    2)Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Teknik Pengairan Universitas Brawijaya-Malang, Jawa Timur, Indonesia

    Jln. MT.Haryono 167 Malang 65145 Indonesia e-mails: nevihidayati@yahoo.com

    ABSTRAK PDAM Singosari merupakan perusahaan daerah yang berfungsi untuk mensuplai

    kebutuhan air bersih untuk masyarakat. Namun, memiliki beberapa kendala dalam pelayanan,

    diantaranya: pertambahan jumlah penduduk, prosentase pelayanan, kehilangan air 35,57%, dan

    pemanfaatan debit yang belum optimal hanya sekitar 40 liter/detik.

    Kajian studi ini bertujuan untuk mengetahui proyeksi jumlah penduduk dan kebutuhan air

    bersih hingga tahun 2029. Dilakukan perencanaan pengembangan penyediaan air bersih pelayanan

    sumber awan hingga tahun 2029 dengan bantuan program WaterCAD v8i sesuai dengan

    perkembangan jumlah penduduk dan kondisi sumber air.

    Simulasi perencanaan pengembangan jaringan distribusi menggunakan bantuan program

    WaterCAD V8i dengan kondisi tidak permanen dan waktu simulasi 24 jam dengan interval 1 jam.

    Usaha perencanaan pengembangan yaitu meningkatkan pelayanan menjadi 45%, kecuali

    Desa Ardimulyo dengan jumlah penduduk konstan dengan pelayanan 79% dari jumlah penduduk.

    Selain itu, sangat penting untuk meminimalkan kehilangan air menjadi 30% dari total produksi,

    meningkatkan debit sumber awan yang semula sebesar 40 liter/detik hingga 70 liter/detik pada

    tahun 2029, pemasangan jaringan pipa baru dengan cara paralel pada pipa eksisting yang memiliki

    headloss gradient yang besar .

    Berdasarkan hasil akhir simulasi menggunakan program WaterCAD v8i, menunjukkan

    analisis mengenai kondisi hidraulika, komponen sistem distribusi pada kondisi pengembangan

    dengan hasil memenuhi persyaratan teknis perencanaan sistem jaringan distribusi pada umumnya.

    Kata kunci: air bersih, jaringan pipa, jaringan perpipaan, simulasi program, WaterCAD v8i

    ABSTRACT

    PDAM Singosari is a region company that has a function to supply clean water for society.

    Unfortunately, it has problems about service: population growth, the percentage of service, loss of

    water about 35,57% and the unoptimal utilization of discharge only about 40liters/s.

    The purpose of this study is to determine population growth and the need of clean water

    until the year 2029. The development planning of water supply in Sumber Awans region service

    were studied using WaterCAD v8i program until the year 2029, in related to the population growth

    and the condition of water source.

    Simulation of the development distribution network using WaterCAD v8i program were

    conducted under not permanent condition and simulation time 24 hours with intervals 1 hour.

    The effort to develop this planning is to improve service up to 45%, exept in Ardimulyo

    with constant population and service 79% of the total population. More over, it is important to

    minimize the water loss only for 30% of total production, increase sumber awans discharge from

    40 liters/s up to 70 liters/s in 2029, the installation of new pipelines with parallel method to the

    existing pipeline which have large headloss gradient.

    Based on the simulation result WaterCAD v8i, it has been shown that the analysis of

    hydraulic condition and the component system of the development condition were satisfied the

    requirement for the technical planning of distribution systems.

    Keywords: clean water, pipelines, piping, simulation program, WaterCAD v8i

    mailto:nevihidayati@yahoo.com
  • 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

    Air merupakan kebutuhan dasar

    manusia sehingga ketersediaannya sangat

    penting. Pemanfaatan air bersih tidak

    hanya terbatas untuk kebutuhan rumah

    tangga, melainkan juga untuk kebutuhan

    industri dan fasilitas umum.

    Pelayanan kebutuhan air bersih dari

    waktu ke waktu akan semakin meningkat

    akibat meningkatnya jumlah penduduk dan

    kondisi sosial. Begitu halnya dengan

    PDAM Singosari yang melakukan

    peningkatan pelayanan. PDAM Singosari

    saat ini hanya memanfaatkan potensi debit

    sumber awan sebesar 40 liter/detik,

    padahal potensi maksimum debit yang

    dapat dimanfaatkan mencapai 70

    liter/detik. Potensi tersebut memungkinkan

    PDAM melakukan pengembangan

    pelayanan distribusi.

    1.2. Identifikasi Masalah Seiring berkembangnya Kecamatan

    Singosari, jumlah penduduk akan

    mengalami peningkatan. Kondisi existing

    dengan pemanfaatan debit sebesar 40

    liter/detik dari sumber awan tidak

    mencukupi untuk kebutuhan air bersih di

    daerah pelayanan di masa mendatang.

    Permasalahan PDAM Singosari dalam

    pelayanan distribusi air bersih, meliputi :

    1. Cakupan pelayanan masih sekitar 20-30% dari jumlah penduduk di masing-

    masing desa terlayani.

    2. Kehilangan air sebesar 35,57% dari total produksi. Padahal harapan PDAM

    untuk kehilangan air maksimal harus

    30% dari total produksi.

    Dengan kondisi tersebut, maka PDAM

    Singosari melakukan upaya perencanaan

    pengembangan distribusi air bersih agar

    dapat memenuhi kebutuhan penduduk

    secara optimal dan merata.

    .

    1.3. Tujuan Tujuan dari diadakannya studi ini

    adalah sebagai berikut :

    1. Mengetahui proyeksi jumlah penduduk di daerah yang pelayanan sumber awan

    hingga tahun 2029.

    2. Mengetahui jumlah kebutuhan air bersih di daerah pelayanan sumber

    awan hingga tahun 2029.

    3. Mengetahui hasil perencanaan dan pengembangan sistem jaringan

    distribusi air bersih dengan bantuan

    program WaterCAD v8i.

    2. KAJIAN PUSTAKA 2.1. Proyeksi Pertumbuhan Jumlah

    Penduduk

    Penentuan kebutuhan air bersih di

    masa mendatang perlu memperhatikan

    keadaan yang ada pada saat ini dan

    proyeksi jumlah penduduk di masa

    mendatang. Metode yang digunakan untuk

    memproyeksikan jumlah penduduk di

    masa mendatang yaitu:

    1. Metode Aritmatik 2. Metode Geometrik 3. Metode Eksponensial

    2.2. Analisa Hidrolika Pada Sistem Jaringan Pipa Air Bersih

    a. Hukum Bernoulli

    Aliran dalam pipa memiliki tiga

    macam energi yang bekerja didalamnya,

    yaitu :

    1. Energi kecepatan

    2. Energi tekanan

    3. Energi ketinggian

    Hal tersebut dikenal dengan prinsip

    Bernoulli bahwa tinggi energi total pada

    sebuah penampang pipa adalah jumlah

    energi kecepatan, energi tekanan, dan

    energi ketinggian yang dapat ditulis

    sebagai berikut :

    ETot = Energi kecepatan + Energi tekanan

    + Energi ketinggian

    ETot = 2g

    V 2

    + w

    p+ h

    Menurut teori kekekalan energi dari

    hukum Bernoulli yaitu apabila tidak ada

    energi yang lolos atau diterima antara dua

    titik dalam satu sistem tertutup, maka

    energi totalnya tetap konstan. Hal tersebut

  • dapat dijelaskan pada gambar di halaman

    berikutnya:

    Gambar 2.1 Garis Tenaga dan Tekanan

    Sumber: Priyantoro (1991:7)

    Adapun Persamaan Bernoulli dalam

    gambar diatas dapat ditulis sebagai berikut

    (Priyantoro, 1991:8):

    dengan:

    w

    1

    p,

    w

    2

    p =Tinggi tekan di titik 1 dan 2

    (m)

    2g

    V2

    1,

    2g

    V2

    2=Tinggi energi dititik 1 dan 2

    (m)

    p1, p2 =Tekanan di titik 1 dan 2

    (kg/m2)

    w =Berat jenis air (kg/m3)

    V1,V2 =Kecepatan aliran di titik 1 dan

    2 (m/dt)

    g =Percepatan gravitasi (m/det2);

    h1, h2 =Tinggi elevasi di titik 1 dan 2

    dari garis yang ditinjau (m);

    hl =Kehilangan tinggi tekan dalam

    pipa (m)

    b. Hukum Kontinuitas

    Hukum kontinuitas yang dituliskan :

    Q1 = Q2

    A1.V1 = A2.V2

    dengan:

    Q1 = debit pada potongan 1(m3/det)

    Q2 = debit pada potongan 2 (m3/det)

    A1 = luas penampang pada potongan 1 (m2)

    A2 = luas penampang pada potongan 2 (m2)

    V1 = kecepatan pada potongan 1 (m/det)

    V2 = kecepatan pada potongan 2 (m/det)

    Pada aliran percabangan pipa juga

    berlaku hukum kontinuitas dimana debit

    yang masuk pada suatu pipa sama dengan

    debit yang keluar pipa. Hal tersebut

    diilustrasikan sebagai berikut:

    Q1 = Q2 + Q3

    A1.V1 = (A2.V2) + (A3.V3)

    dengan:

    Q1, Q2, Q3 =Debit yang mengalir pada

    penampang 1, 2 dan 3

    (m3/det)

    V1, V2, V3 =Kecepatan pada penampang

    1,2 dan 3 (m/det)

    c. Kehilangan Tekanan ( Head Loss)

    Secara umum didalam suatu instalasi

    jaringan pipa dikenal dua macam

    kehilangan energi :

    - Kehilangan Tinggi Tekan Mayor

    Terdapat beberapa teori dan formula

    untuk menghitung besarnya kehilangan

    tinggi tekan mayor ini yaitu dari Hazen-

    Williams, Darcy-Weisbach, Manning,

    Chezy, Colebrook-White dan Swamme-

    Jain. Dalam kajian ini digunakan

    persamaan Hazen-Williams (Haestad,

    2001:278) yaitu: 54,063,0354.0 SRACQ hw

    54,063,0354.0 SRCV hw

    dengan:

    V = Kecepatan aliran pada pipa (m/det)

    Chw = Koefisien kekasaran

    A = Luas penampang aliran (m2)

    Q = Debit aliran pada pipa (m3/det)

    S = Kemiringan hidraulis

    = fh / L

    R = Jari-jari hidrolis (m)

    Untuk Q = V/A, didapat Kehilangan

    Tinggi Tekan Mayor menurut Hazen-

    Williams sebesar (Webber 1971:121) 85,1.Qkh f

    k 87,485,1 .

    7,10

    DC

    L

    hw

    dengan:

    fh = Kehilangan tinggi tekan mayor (m)

    D = Diameter pipa (m)

    k = Koefisien karakteristik pipa

    L = Panjang pipa (m)

    Q = Debit aliran pada pipa (m3/det)

    HGL

    EGLV12

    2g

    a

    P1 V2

    2

    2g

    P 2

    a

    b b

    V1

    V2h1

    h 2

    h L

    L 2

    2

    2 2

    2 1

    1 1 h

    2g v

    P

    h 2g v

    p

    h

  • - Kehilangan Tinggi Tekan Minor

    Terdapat berbagai macam penyebab

    kehilangan tinggi tekan minor diantaranya

    : penyempitan maupun pelebaran

    mendadak pada pipa, belokan pada pipa,

    sambungan, dan adanya katup pada pipa.

    Pada pipa yang panjang, kehilangan

    minor sering diabaikan tanpa kesalahan

    yang berarti (L/D >>1000), tetapi dapat

    menjadi cukup penting pada pipa yang

    pendek (Priyantoro,1991:37).

    d. Sistem Perpipaan

    - Pipa Hubungan Seri

    Apabila dalam suatu saluran pipa

    terdiri dari pipa dengan ukuran yang

    bebeda-beda yang tersambung dengan

    diameter yang sama, maka pipa tersebut

    dalam hubungan seri, pemasangan pipa

    secara seri akibat adanya dari perbedaan

    ukuran akan menimbulkan beberapa

    kehilangan tinggi (Priyantoro, 1991:49)

    Gambar 2.2 Pipa Hubungan Seri Sumber: Dake (1958 : 78)

    Persamaan kontinuitas pipa seri:

    Q = Q1 = Q2

    dengan:

    Q = total debit pada pipa yang

    terpasang seri (m3/det)

    Q1, Q2 = debit pada pipa 1dan 2 (m3/det)

    Total kehilangan tekanan pada pipa yang

    terpasang seri (Triatmodjo, 1996:74):

    H = hl1 + hl2 dengan:

    H = total kehilangan tekan pada pipa

    yang terpasang seri (m)

    hl1,hl2, = Kehilangan tekan tiap pipa (m)

    - Pipa Hubungan Paralel Apabila dua pipa atau lebih yang

    terletak sejajar dan pada ujungnya

    dihubungkan oleh satu simpul maka pipa

    tersebut dipasang dalam kondisi pararel.

    Gambar 2.3 Pipa Hubungan Paralel

    Sumber: Triadmodjo (1996:79)

    Persamaan garis energi pada pipa pararel:

    H = hl1 =hl2 = hl3

    dengan:

    hl1,hl2,hl3= Kehilangan tekan tiap pipa (m)

    Persamaan kontinuitasnya:

    Q = Q1 + Q2 + Q3

    dengan:

    Q = Total debit pada pipa pararel (m3/dt)

    Q1,Q2,Q3 = Debit pada tiap pipa (m3/dt)

    2.3. Kriteria Jaringan Pipa Air Bersih Perencanaan jaringan pipa harus

    memenuhi kriteria agar saat pengoperasian

    dapat berjalan sesuai dengan standar yang

    ada. Adapun kriteria jaringan pipa

    ditampilkan pada tabel di bawah ini:

    Tabel 2.1. Kriteria jaringan pipa

    Sumber: Per. Men PU No : 18/RT/M/2007

    3. METODOLOGI PENELITIAN Diperlukan suatu langkah pengerjaan

    secara sistematis untuk mencapai tujuan

    yang diharapkan. Adapun langkah-langkah

    pengerjaan studi sebagai berikut:

    a. Melakukan pengumpulan data-data

    sekunder yang berupa data teknis dan

    data pendukung lainnya yang

    digunakan dalam analisa sistem

    jaringan distribusi air bersih.

  • b. Mengolah data penduduk dan jumlah

    layanan.

    c. Menghitung kebutuhan air bersih.

    d. Merencanakan pengembangan jaringan

    yang dilakukan sampai tahun 2029.

    e. Melakukan simulasi sistem jaringan

    distribusi air bersih menggunakan

    program WaterCAD V8i.

    Tahapan simulasi sistem jaringan

    distribusi air bersih pada WaterCAD V8i

    sebagai berikut:

    a. Membuka dan memberi nama file baru

    sistem jaringan distribusi air bersih

    dalam format WaterCAD (xxx.wtg).

    b. Mengisi tahap pembuatan file baru

    dengan cara:

    - Memilih Satuan yang digunakan

    dalam sistem operasi program.

    - Memilih rumus kehilangan tinggi

    tekan dengan Hazen-Williams pada

    Software WaterCAD V8i

    - Penggambaran pipa dapat secara

    Schematic (skema) dan Schalatic

    (sebenarnya sesuai dengan skala).

    c. Menggambar sistem jaringan distribusi

    air bersih dengan memodelkan

    komponen seperti sumber, tandon, titik

    simpul, dan pipa.

    d. Melakukan simulasi sistem jaringan

    distribusi air bersih serta menganalisa

    hasil yang diperoleh dan apabila hasil

    yang didapat tidak sesuai maka dapat

    dilakukan perbaikan pada komponen

    sistem jaringan distriusi air bersih

    sehingga didapatkan hasil yang sesuai.

    4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Proyeksi Jumlah Penduduk

    Perhitungan proyeksi penduduk

    dilakukan dengan 3 metode, yaitu metode

    aritmatik, geometrik, dan eksponensial.

    Pada studi ini, perhitungan proyeksi

    penduduk dilakukan sampai dengan 15

    tahun kedepan mulai dari tahun 2014

    sampai dengan tahun 2029.

    Setelah diketahui hasil perhitungan

    masing-masing metode, dihitung pula nilai

    standar deviasi dari masing-masing

    metode. Dipilih nilai standar deviasi yang

    terkecil untuk menentukan metode mana

    yang akan di pakai untuk menghitung

    proyeksi kebutuhan air. Pada studi ini,

    proyeksi penduduk menggunakan metode

    aritmatik. Desa Ardimulyo dengan nilai

    rata-rata pertumbuhan penduduk yang

    minus, maka proyeksi jumlah penduduk

    yang konstan hingga tahun 2029 yaitu

    7.931 jiwa.

    Tabel 4.1 Proyeksi Penduduk dengan

    Metode Aritmatik

    Sumber : Hasil Perhitungan

    4.2. Proyeksi Kebutuhan Air Bersih Perhitungan Proyeksi kebutuhan air

    bersih pada PDAM Singosari:

    a. Kebutuhan Domestik dan Non Domestik

    Kebutuhan air bersih terdiri dari 2

    macam yaitu kebutuhan domestik dan

    kebutuhan non domestik. Berdasarkan

    asumsi PDAM Singosari, kebutuhan air

    bersih sebesar 100 liter/orang/hari.

    Berdasarkan Permen PU Tentang

    Penyelenggaraan Pengembangan SPAM

    tingkat pelayanan air untuk kebutuhan non

    domestik sebesar 15% dari kebutuhan

    domestik.

    b. Fluktuasi Kebutuhan Air Besarnya pemakaian air pada daerah

    studi berbeda pada setiap jamnya karena

    terjadinya fluktuasi pada setiap jam

    dipengaruhi oleh pemakaian/faktor beban

    konsumen.

    c. Kehilangan Air Kehilangan air terdiri atas 2 jenis,

    yaitu: kehilangan fisik dan kehilangan

    nonfisik. Angka kehilangan air yang

    dianggap wajar atau dalam batas toleransi

    adalah 30%.

  • 4.3. Evaluasi Kondisi Existing (2014) Debit sebesar 40 liter/detik (Tandon

    Ardimulyo dengan debit 25,5 liter/detik

    dan tandon Candi Renggo dengan debit

    14,5 liter/detik) dan kebutuhan rata-rata

    penduduk pelayanan sumber awan sebesar

    35,60 liter/detik, maka konsisi existing

    mampu...

Recommended

View more >