ANALISA SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH DI PDAM TIRTA BULIAN TEBING TINGGI PADA PERUMAHAN GRYA PRIMA MENGGUNAKAN METODE HARDY CROSS DENGAN KAJIAN PEMBANDING ANALISIS EPANET 2.0 Renaldy Immanuel¹ dan Ivan Indrawan² ¹Mahasiswa Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:renaldyimmanuel@gmail.com ²Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:ivanindrawan76@gmail.com ABSTRAK Suplai air bersih di Kota Tebing Tinggi dilayani oleh PDAM Tirta Bulian. Namun penambahan jumlah konsumen yang tidak diikuti dengan peningkatan kapasitas jaringan, penyediaan dan pelayanan air bersih, telah menimbulkan suatu kesulitan dimana air bersih yang tersedia tidak cukup bagi penduduk yang membutuhkannya. Metode penelitian yang digunakan adalah terlebih dahulu mengumpulkan data yang dibutuhkan baik primer dan sekunder. Kemudian menghitung banyaknya penduduk yang ada di area perumahan tersebut. Tahapan berikutnya adalah menghitung kebutuhan air pada tiap titik layanan pada area perumahan. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan, kemudian dilakukan analisa menggunakan metode Hardy Cross, setelah itu dilakukan perbandingan menggunakan analisis Program Epanet 2.0. Berdasarkan hasil perhitungan di dapat bahwa total kebutuhan air untuk Perumahan Grya Prima Tebing Tinggi adalah 330 m /hari. Dengan kebutuhan air pada jam puncak adalah 0,012963 m /detik. Pipa yang dipakai adalah jenis pipa galvanized iron dengan diameter 75 mm dan 50 mm. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa perhitungan manual dengan menggunakan metode Hardy Cross dianggap dapat mendekati analisis program Epanet 2.0, setelah dilakukan perbandingan hasil analisa metode HardyCross dengan analisis program Epanet 2.0. Kata Kunci : Kebutuhan Air, Diameter Pipa, Hardy Cross, Epanet 2.0. ABSTRACT Water supply in Tebing Tinggi City served by PDAM Tirta Bulian. But increase of the consumer is not followed by increase in the network capacity, the provision of clean water, and service have provoked an adversity where clean water available not enough for the people who need them. Method of research that we use is before collect the data needed both primary and secondary. Then compute the number of existing in a residential area. The next one is counting the needs of water at every point service on a residential area. Of a result of calculation that has been done, then will be analysis using a method of Hardy Cross, after it was done using analysis program comparison Epanet 2.0. Based on the result of reckoning in a can that the total water needs for Komplek Grya Prima in Tebing Tinggi is 330 m3/day. With the needs of water at peak hours is 0,012963 m3 per second. The pipe used is the type of galvanized iron pipe with a diameter 75 mm and 50 mm. From the study it was concluded that the manual calculation method by using Hardy Cross considered to be able to approach the analysis of the program Epanet 2.0, after a comparison of the results of the analysis method of the Hardy-Cross with the analysis of the program Epanet 2.0. Keywords: Water Supplies, Pipe Diameter, Hardy Cross, Epanet 2.0.
1. Pendahuluan Air merupakan kebutuhan yang penting bagi kehidupan manusia. Manusia tidak dapat melanjutkan kehidupannya tanpa penyediaan air yang cukup dalam segi kuantitas dan kualitasnya. Penambahan jumlah konsumen yang tidak di ikuti dengan peningkatan kapasitas pendistribusian, penyediaan dan pelayanan air bersih, hal tersebut telah menimbulkan suatu kesulitan dimana air bersih yang tersedia tidak cukup bagi penduduk yang membutuhkannya, sehingga para konsumen yang berada jauh di ujung pelayanan pemberian air bersih telah kehilangan kesempatan mendapatkan air bersih. Dengan semakin menurunnya kualitas dan daya dukung lingkungan, ketersediaan air yang dapat langsung dikonsumsi dari alam juga akan semakin berkurang. Keadaan ini juga diikuti oleh menurunnya tekanan-tekanan air keseluruh daerah pelayanan, sehingga konsumen mempergunakan berbagai cara untuk memperoleh air sesuai dengan keinginannya. Untuk mengatasi keadaan ini, pemerintahan kota membangun sistem distribusi air untuk menjamin ketersediaan air bersih atau air minum bagi penduduk kota dan evaluasi terhadap sistem penyediaan air bersih yang ada sekarang ini, terutama sistem jaringan pipa distribusinya. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kendala-kendala yang mungkin terjadi pada jaringan pipa distribusi terutama masalah ketersediaan air bersih masih mencukupi atau tidak untuk kebutuhan masyarakat. Pasokan air ke konsumen umumnya dilakukan melalui sistem pipa distribusi air yang biasanya sangat kompleks. Sistem distribusi air minum umumnya merupakan suatu jaringan perpipaan yang tersusun atas sistem pipa, pompa dan perlengkapan lainnya. Jaringan pipa yang sangat kompleks ini menghadirkan masalah dalam distribusi debit dan tekanan yang berkaitan dengan kriteria hidrolis yang harus terpenuhi dalam sistem pengaliran air bersih atau air minum. Untuk menyelesaikan masalah tersebut diperlukan suatu model sistem jaringan pipa distribusi air yang melibatkan pengetahuan yang menyangkut persamaan-persamaan dalam hidrolika saluran tertutup. Persamaan dasar yang terkait dengan hidrolika ini adalah persamaan kontinuitas dan metode Hardy Cross. Disamping itu diperlukan juga analisa menggunakan program yaitu EPANET 2.0 untuk mengetahui parameter-parameter aliran dalam jaringan perpipaan yang ada. 2. Metode Metode penelitian yang digunakan adalah terlebih dahulu mengumpulkan data yang dibutuhkan baik primer dan sekunder. Kemudian menghitung banyaknya penduduk yang ada di area perumahan tersebut. Tahapan berikutnya adalah menghitung kebutuhan air pada tiap titik layanan pada area perumahan. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan, kemudian dilakukan analisa perhitungan manual menggunakan metode Hardy Cross dengan persamaan Hazen-Williams dengan bantuan program Microsoft Excel 2007. Adapun Prosedur perhitungannya adalah sebagai berikut : 1. Asumsikan pembagian debit aliran melalui tiap-tiap pipa Qo hingga terpenuhi kontinuitas. 2. Hitung headloss (hf) pada tiap pipa, hf = k.q,. 3. Jaringan pipa dibagi menjadi sejumlah jaringan tertutup (tiap pipa minimal masuk dalam satu jaringan). 4. Hitung Σhf tiap jaringan, jika pengaliran seimbang, Σhf = 0. 5. Hitung nilai total headloss persatuan laju aliran untuk tiap jaringan dan tentukan jumlah besaran 6. Hitung koreksi debit aliran ΔQ=, / 7.Koreksi debit aliran, Q = Qo + ΔQ, Untuk pipa yang digunakan secara bersama dengan loop lain, maka koreksi aliran untuk pipa tersebut adalah harga netto dari koreksi untuk kedua loop. 8.Tuliskan aliran yang telah di koreksi pada diagram jaringan pipa seperti pada langkah 1 untuk memeriksa koreksi pada langkah 7 perhatikan kontinuitas pada setiap pertemuan pipa. 9.Ulangi langkah 1-6 hingga koreksi debit aliran Q 0. Setelah dilakukan perhitungan menggunakan metode hardy cross maka dilakukan analisis dengan program EPANET 2.0. Adapun tahapan dalam analisis Program EPANET 2.0 adalah sebagai berikut :
1. Memilih dimensi yang digunakan yaitu meter, serta memilih Headloss Formula yaitu HazenWilliams 2. Menggambar Peta Jaringan pipa 3. Masukkan data reservoir, panjang pipa dan junction sesuai kondisi di lapangan. 4.Melakukan simulasi dengan perintah Run Analysis, 5.Setelah itu maka didapat hasil yaitu flow, velocity, headloss, friction factor dan gambaran visual 3. Hasil dan Pembahasan Jumlah pemakaian air didapat sebagai berikut : Kebutuhan air golongan non niaga dan niaga = jlh penduduk x keb.air rata-rata perhari = 2100 x 130 liter = 273.000 liter/hari. Kebutuhan air golongan sosial = jlh pelanggan x keb. air rata-rata perhari = 100 x 10 liter = 1000 liter/hari Kebutuhan air golongan khusus = jlh siswa x keb. air rata-rata perhari = 25 x 20 liter = 500 liter/hari. = jlh pegawai x keb. air rata-rata perhari = 5 x 100 = 500 liter/hari. = 500 + 500 = 1000 liter Total kebutuhan air Perumahan Grya Prima =273.000 liter + 1.000 liter + 1.000 liter = 275.000 liter/hari Dari hasil perhitungan didapat total kebutuhan air 275.000 liter/hari, dan dibagi menjadi 6 periode, lalu hasilnya dimasukkan dalam tabel dan gambar berikut : Periode I II III IV V VI Total(liter/hari) Tabel 1. Total Pemakaian air selama 24 jam Pemakaian Air liter/periode Liter/jam Liter/detik 82350 27.450 7,6250 41500 13.833,33 3,8426 27450 6.862,50 1,9063 82450 20.612,50 5,7257 27450 5.490 1,5250 13800 2.760 0,7667 275.000 77008,33 21,3912 Gambar 1.Grafik Estimasi pemakaian air per hari m /detik 0,007625 0,003843 0,001906 0,005726 0,001525 0,000767 0,021391
Dari Gambar 1 dapat dilihat bahwa kebutuhan air maksimal (beban puncak) terjadi pada periode I (06.00-08.00 WIB) sebesar 27.450 liter/jam atau 0,007625 m³/detik, maka kebutuhan pada jam puncak : Qh max= 0,007625 x 1,7 (faktor jam puncak) = 0,012963 m³/detik. Diperoleh kebutuhan beban puncak adalah sebesar 0,012963 m³/detik. Dari kebutuhan beban puncak sebesar 0,012963 m³/detik. Dapat ditaksir debit air yang mengalir tiap-tiap pipa dengan metode HardyCross. Berikut adalah perhitungan metode hardy cross pada loop I iterasi I sampai iterasi V:
Setelah iterasi kelima, nilai Q sudah mendekati nol (Tabel 2) dimana arah dan debit aliran sudah konstan sehingga perhitungan Hardy-Cross dihentikan pada iterasi ini. Loop 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Tabel 2 Faktor koreksi debit Iterasi V hf hf/qo Q -0,00440 2571,380 0,000001-0,13896 2469,196 0-0,03155 1488,046 0,000011 0,01060 950,316-0,000006 0,10573 1071,607-0,000053-0,02119 913,893 0,000013 0,05704 1282,432-0,000024-0,13326 1394,794 0,000052-0,23299 1658,959 0,000076-0,02879 1069,509 0,000015 0,00149 270,804-0,000003 0,03259 1316,320-0,000013-0,04206 1075,806 0,000021-0,04462 998,619 0,000024 0,06945 830,330-0,000045-0,07697 596,858 0,000070-0,00580 179,306 0,000017 0,00377 225,467 0,000009 Karena faktor koreksi sudah mendekati 0 maka iterasi dihentikan, berikut adalah debit akhir aliran.
Tabel 3 Besar Debit akhir aliran dan Headloss untuk tiap pipa debit d L Headloss (hf) No pipa (m /dtk) 1 41,50 0,00300 0,5720 2 192,40 0,00131 0,5706 3 41,50 0,00051 0,1583 4 192,40 0,00060 0,9887 5 44,50 0,00040 0,1056 6 188,20 0 0,0334 7 47,60 0,00313 0,7107 8 45,20 0,00211 0,3252 9 130,00 0,00042 0,3434 10 42,80 0,0468 11 112,50 0,00098 0,1948 12 41,50 0,00082 0,0516 13 112,50 0 0,0775 14 44,50 0,00131 0,1328 15 112,50 7 0,0552 16 42,80 0,00133 0,1311 17 112,50 6 3 18 61,90 0,00107 0,1273 19 46,00 0,00085 0,0619 20 174,40 1 0,1252 21 46,00 4 0,0433 22 120,00 0,1253 23 15,00 0,00043 0,0419 24 25,00 0,00191 0,1505 25 50,50 0,00034 0,0877 26 65,00 4 0,0234 27 45,30 1 0,0322 28 52,40 0,0008 29 15,00 0,0257 30 46,20 0,00032 0,0730 31 183,50 9 0,1104 32 45,20 0,00085 0,0607 33 46,80 0,00054 0,0273 34 210,80 0,00051 0,1108 35 47,40 0,00031 0,0698 36 4,20 0,00060 0,0029 37 156,00 9 0,0925 38 4,20 3 0,0035 39 41,20 0,0027 40 132,50 3 0,1164 41 45,30 0,00092 0,0699 42 44,70 0,00068 0,0400 43 132,50 0,00000 0,0004 44 44,70 0,00002 0,0006 45 44,60 4 0,0161 46 132,50 0,00001 47 44,60 0,0102 48 44,60 49 132,50 7 0,0218
50 51 52 44,60 22,10 41,20 5 4 7 0,0183 0,0028 0,0064 Analisis dengan Program EPANET 2.0 Berikut adalah gambaran visual analisis program EPANET 2.0 pada Perumahan Grya Prima. Gambar 2 Gambaran Visual analisis EPANET 2.0 Perbandingan Metode Hardy Cross dengan Program Epanet 2.0 No pipa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Tabel 4 Selisih Debit masing-masing pipa Qh Qe Perbedaan (m /detik) (m /detik) (m /detik) 0,00300 0,00405 0,00105 0,00131 0,00247 0,00116 0,00051 0,00074 3 0,00060 0,00066 0,00040 0,00079 0,00039 0 0,00052 0,00042 0,00313 0,00336 3 0,00211 0,00281 0,00070 0,00042 0,00045 0,00059 0,00098 0,00150 0,00052
12 0,00082 0,00134 0,00052 13 0 0,00038 8 14 0,00131 0,00157 15 7 7 0,00000 16 0,00133 0,00144 1 17 6 0,00002 4 18 0,00107 0,00143 0,00036 19 0,00085 0,00122 0,00037 20 1 1 0,00000 21 4 0,00058 0,00034 22 0,00007 23 0,00043 0,00098 0,00055 24 0,00191 0,00232 0,00041 25 0,00034 0,00062 8 26 4 8 0,00004 27 1 0,00039 8 28 0,00009 29 0,00036 30 0,00032 7 5 31 9 0,00037 8 32 0,00085 0,00132 0,00047 33 0,00054 0,00092 0,00038 34 0,00051 0,00089 0,00038 35 0,00031 0,00007 4 36 0,00060 0,00040 0 37 9 0,00005 4 38 3 0,00048 5 39 0,00042 0,00036 40 3 0,00005 8 41 0,00092 0,00118 42 0,00068 0,00086 8 43 0,00000 44 0,00002 8 45 4 8 0,00004 46 0,00001 0,00005 47 2 1 48 49 7 2 0,00005 50 5 0,00009 51 4 2 0,00002 52 7 5 0,00002 Keterangan : Qh = debit perhitungan hardy cross, Qe = debit analisis EPANET 2.0 Tabel 5 Selisih Head Loss masing-masing pipa Perbedaan hf hf No Pipa 1 0,5720 0,2357 0,3363 2 0,5706 0,1943 0,3763 3 0,1583 0,0734 0,0849 4 0,9887 0,5931 0,3956 5 0,1056 0,0827 0,0229 6 0,0334 0,0318 0,0016
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 0,7107 0,3252 0,3434 0,0468 0,1948 0,0516 0,0775 0,1328 0,0552 0,1311 3 0,1273 0,0619 0,1252 0,0433 0,1253 0,0419 0,1505 0,0877 0,0234 0,0322 0,0008 0,0257 0,0730 0,1104 0,0607 0,0273 0,1108 0,0698 0,0029 0,0925 0,0035 0,0027 0,1164 0,0699 0,0400 0,0004 0,0006 0,0161 0,0102 0,0218 0,0183 0,0028 0,0064 0,6661 0,1195 0,1292 0,0148 0,1373 0,0031 0,0215 0,0409 0,0526 0,0348 0,0148 0,0343 0,0254 0,0698 0,0146 0,1164 0,0122 0,0843 0,0521 0,0055 0,0227 0,0189 0 0,0199 0,0294 0,0151 0,0142 0,0090 0,0013 0,0400 0,0033 0,0026 0,0400 0,0240 0,0133 0,0053 0,0052 0,0011 0,0170 0,0011 0,0014 0,0446 0,2057 0,2142 0,0320 0,0575 0,0485 0,0560 0,0919 0,0026 0,0963 0,0355 0,0930 0,0365 0,0554 0,0287 0,0089 0,0297 0,0662 0,0356 0,0179 0,0095 0,0007 0,0068 0,0230 0,0905 0,0313 0,0122 0,0966 0,0608 0,0016 0,0525 0,0764 0,0459 0,0267 0,0005 0,0108 0,0050 0,0207 0,0013 0,0017 0,0050 Keterangan : hf = headloss perhitungan hardy cross, hf = headloss analisis EPANET 2.0
Perbandingan hasil Program Epanet 2.0 dengan kondisi di Lapangan Percobaan dilakukan pada pukul 06.00-08.00 WIB pada salah satu rumah di Blok C-3 Perumahan Grya Prima Tebing Tinggi. Maka didapat hasil sebagai berikut : Tabel 6 Selisih debit hasil analisis Program EPANET 2.0 dengan kondisi di lapangan Waktu Epanet 2.0 Percobaan di Lapangan Perbedaan No (WIB) (liter/detik) (liter/detik) (liter/detik) 1 06.00 0,89 0,079 0,811 2 07.00 0,89 0,049 0,841 3 08.00 0,89 0,056 0,834 4. Kesimpulan dan Saran Beberapa hal yang dapat disimpulkan dari penelitian ini diantaranya adalah Kapasitas total kebutuhan air bersih di Perumahan Grya Prima Tebing Tinggi adalah 330 m /hari. Kebutuhan air pada jam puncak (peak hour) adalah 0,012963 m /detik. Pipa distribusi yang digunakan di Perumahan Grya Prima adalah galvanized iron dengan diameter 75 mm dan 50 mm. Hasil perhitungan jaringan pipa secara manual menggunakan metode Hardy Cross dianggap dapat mendekati analisis program EPANET 2.0. Hal ini disimpulkan setelah dilakukan perbandingan hasil analisa metode Hardy-Cross dengan analisis Program Epanet 2.0. Beberapa saran yang dapat penulis sampaikan diantaranya adalah Pihak PDAM Tirta Bulian perlu melakukan survei terhadap pelanggan yang menggunakan pompa ilegal. Perlu dilakukan pengkajian kembali sistem jaringan distribusi oleh PDAM Tirta Bulian seperti survei kebocoran air pada pipa distribusi, dan juga banyak meteran air pelanggan yang rusak ataupun meteran tersebut tidak terbaca angkanya. Agar diperbaiki untuk mendapatkan pembacaan angka meteran yang lebih akurat. Analisis dengan EPANET 2.0 dapat membantu keputusan manajerial dalam setiap kasus yang mungkin terjadi di lapangan. Untuk mendapatkan situasi yang lebih sesuai dengan kenyataan dan semakin mendekati kondisi sebenarnya perlu dilakukan pengembangan programing yang lebih intens. Bagaimanapun, software hanyalah sebuah program bantu analisis, sementara keadaan sebenarnya dilapangan merupakan keadaan yang sangat kompleks dan peluang setiap kejadian yang dimodelkan dapat terjadi secara acak dan tidak mudah ditebak. Mengingat ketersediaan air semakin tahun semakin berkurang maka diharapkan pemanfaatan seefektif mungkin. 5. Daftar Pustaka Dake, J.M.K. Endang P.Tachyan dan Y.P. Pangaribuan, (1985). Hidraulika Teknik Edisi II. Penerbit Erlangga. Jakarta. Dharmasetiawan, Martin, (1993), Sistem Perpipaan Distribusi Air Minum, Penerbit Ekamitra Engineering, Jakarta. Ihwanda, Juni, (2010). Perancangan Sistem Distribusi Air Bersih Pada Kompleks Perumahan Tanjung Gading Menggunakan Metode Hardy Cross Dengan Kajian Pembanding Analisis Epanet 2.0. Teknik Mesin. Universitas Sumatera Utara Klaas, Dua. K. S. Y. (2009). Desain Jaringan Pipa. Penerbit Mandar Maju. Bandung. Linsley, R. K dan Franzini, J. B. (1991). Teknik Sumber Daya Air Edisi Ketiga Jilid II, Penerbit Erlangga, Jakarta. Morimura, T. dan Noerbambang, S. M. (2005). Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing. Penerbit PT. Pradnya Paramita. Jakarta. Rossman, L. A. (2000). EPANET 2.0 Users Manual alih bahasa EKAMITRA Engineering. Penerbit EKAMITRA Engineering. Jakarta. Siregar, Andi Ade Putra, 2011. Analisa Distribusi Air Bersih Pada Komplek Perumahan Karyawan PT. Chevron Pacific Indonesia Distrik Dumai Dari WTP-Dumai Menggunakan Software Epanet 2.0. Teknik Sipil. Universitas Sumatera Utara.