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.