5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Air adalah kebutuhan dasar untuk kehidupan manusia, terutama digunakan untuk air minum, memasak makanan, mencuci, mandi dan kakus. Ketersediaan sistem penyediaan air bersih merupakan bagian yang selayaknya diprioritaskan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat baik di perkotaan maupun pedesaan. Hingga saat ini penyediaan oleh pemerintah menghadapi keterbatasan, baik sumber daya manusia maupun sumber daya lainnya. Sebagian besar masyarakat masih menggunakan air sungai, danau, sumbersumber air, atau hanya mengandalkan air hujan dalam memenuhi kebutuhan air sehari-harinya. Untuk di daerah perkotaan, pada umumnya sumber air bakunya dari sungai, makin hari tercemar oleh ulah masyarakat sendiri dengan membuang sampah sembarangan dan juga dari banyak barang bekas rumah tangga, pabrik dan lainnya. Selain itu juga dihadapkan kepada perubahan lingkungan yang dilakukan oleh manusia, di antaranya rawa, kolam, danau dan sungai yang diurug, serta penggunaan daerah resapan air untuk bangunan dan juga banyak kawasan tadah hujan berupa hutan terganggu. Dengan keadaan yang demikian kemudian dihadapkan kepada kebutuhan air bersih yang meningkat karena penggunaan dan pertumbuhan penduduk perlu ada upaya yang menyeluruh. Air bersih secara umum diartikan sebagai air yang layak untuk dijadikan air baku bagi air minum. Dengan kelayakan ini terkandung pula pengertian layak untuk mandi, cuci dan kakus. 5
6 Sebagai air yang layak untuk diminum, tidak diartikan bahwa air bersih itu dapat diminum langsung, artinya masih perlu dimasak atau direbus hingga mendidih. Sebagai air yang layak dipergunakan untuk pemenuhan kebutuhan hal tersebut di atas, diperlukan upaya penyediaan air bersih. Penyediaan air bersih hendaknya memperhatikan sumber, kualitas dan kuantitasnya. Sumber air bersih merupakan pemasok air bersih, oleh karena itu perlu dan harus diupayakan menjaga keberadaan dan keberlanjutannya. Sedangkan kualitas merupakan hal yang penting bagi kesehatan dan kuantitas penting bagi pencukupan jumlah pasokan air bersih. 2.2 Definisi Air Bersih Air bersih adalah air yang biasa digunakan untuk kebutuhan sehari-hari dan akan menjadi air minum setelah didihkan dahulu. Sebagai batasannya, air bersih adalah air yang memenuhi persyaratan bagi sistem penyediaan air minum. Adapun persyaratan yang dimaksud adalah persyaratan dari segi kualitas air yang meliputi kualitas fisik, kimia, biologi dan radiologis, sehingga apabila dikonsumsi tidak menimbulkan efek samping (Ketentuan Umum Permenkes No. 416/Menkes/PER/IX/1990 (Dalam Modul Gambaran Umum Penyediaan dan Pengolahan Air Minum Edisi Maret 2003 hal. 3 dari 41). 2.3 Persyaratan Dalam Penyediaan Air Bersih 2.3.1 Persyaratan Kualitas Persyaratan kualitas menggambarkan mutu dari air baku air bersih. persyaratan kualitas air bersih adalah sebagai berikut :
7 1. Persyaratan fisik Secara fisik air bersih harus jernih, tidak berbau dan tidak berasa. Selain itu juga suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau kurang lebih 250 C, dan apabila terjadi perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 250 C ± 300 C. 2. Persyaratan kimiawi Air bersih tidak boleh mengandung bahan-bahan kimia dalam jumlah yang melampaui batas. Beberapa persyaratan kimia antara lain adalah : ph, total solid, zat organik, CO2 agresif, kesadahan, kalsium (Ca), besi (Fe), mangan (Mn), tembaga (Cu), seng (Zn), chlorida (Cl), nitrit, flourida (F), serta logam. 3. Persyaratan bakteriologis Air bersih tidak boleh mengandung kuman patogen dan parasitik yang mengganggu kesehatan. Persyaratan bakteriologis ini ditandai dengan tidak adanya bakteri E. coli atau fecal coli dalam air. 4. Persyaratan radioaktifitas Persyaratan radioaktifitas mensyaratkan bahwa air bersih tidak boleh mengandung zat yang menghasilkan bahan-bahan yang mengandung radioaktif, seperti sinar alfa, beta dan gamma. 2.3.2 Persyaratan Kuantitas (Debit) Persyaratan kuantitas dalam penyediaan air bersih adalah ditinjau dari banyaknya air baku yang tersedia. Artinya air baku tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan sesuai dengan kebutuhan daerah dan jumlah penduduk yang akan dilayani. Persyaratan kuantitas juga dapat ditinjau dari
8 standar debit air bersih yang dialirkan ke konsumen sesuai dengan jumlah kebutuhan air bersih. Kebutuhan air bersih masyarakat bervariasi, tergantung pada letak geografis, kebudayaan, tingkat ekonomi, dan skala perkotaan tempat tinggalnya. 2.3.3 Persyaratan Kontinuitas Air baku untuk air bersih harus dapat diambil terus menerus dengan fluktuasi debit yang relatif tetap, baik pada saat musim kemarau maupun musim hujan. Kontinuitas juga dapat diartikan bahwa air bersih harus tersedia 24 jam per hari, atau setiap saat diperlukan, kebutuhan air tersedia. Akan tetapi kondisi ideal tersebut hampir tidak dapat dipenuhi pada setiap wilayah di Indonesia, sehingga untuk menentukan tingkat kontinuitas pemakaian air dapat dilakukan dengan cara pendekatan aktifitas konsumen terhadap prioritas pemakaian air. Prioritas pemakaian air yaitu minimal selama 12 jam per hari, yaitu pada jam-jam aktifitas kehidupan, yaitu pada pukul 06.00 18.00. Kontinuitas aliran sangat penting ditinjau dari dua aspek. Pertama adalah kebutuhan konsumen. Sebagian besar konsumen memerlukan air untuk kehidupan dan pekerjaannya, dalam jumlah yang tidak ditentukan. Karena itu, diperlukan pada waktu yang tidak ditentukan. Karena itu, diperlukan reservoir pelayanan dan fasilitas energi yang siap setiap saat. Sistem jaringan pemipaan didesain untuk membawa suatu kecepatan aliran tertentu. Kecepatan dalam pipa tidak boleh melebihi 0,6 1,2 m/dt. Ukuran pipa harus tidak melebihi dimensi yang diperlukan dan juga tekanan dalam sistem harus tercukupi. Dengan analisis jaringan pipa distribusi, dapat ditentukan
9 dimensi atau ukuran pipa yang diperlukan sesuai dengan tekanan minimum yang diperbolehkan agar kuantitas aliran terpenuhi. 2.3.4 Persyaratan Tekanan Air Konsumen memerlukan sambungan air dengan tekanan yang cukup, dalam arti dapat dilayani dengan jumlah air yang diinginkan setiap saat. Untuk menjaga tekanan akhir pipa di seluruh daerah layanan, pada titik awal distribusi diperlukan tekanan yang lebih tinggi untuk mengatasi kehilangan tekanan karena gesekan, yang tergantung kecepatan aliran, jenis pipa, diameter pipa, dan jarak jalur pipa tersebut. Dalam pendistribusian air, untuk dapat menjangkau seluruh area pelayanan dan untuk memaksimalkan tingkat pelayanan maka hal wajib untuk diperhatikan adalah sisa tekanan air. Sisa tekanan air tersebut paling rendah adalah 5 maka (meter kolom air) atau 0,5 atm (satu atm = 10 m), dan paling tinggi adalah 22 mka (setara dengan gedung 6 lantai). Menurut standar dari DPU, air yang dialirkan ke konsumen melalui pipa transmisi dan pipa distribusi, dirancang untuk dapat melayani konsumen hingga yang terjauh, dengan tekanan air minimum sebesar 10 mka atau 1atm. Angka tekanan ini harus dijaga, idealnya merata pada setiap pipa distribusi. Jika tekanan terlalu tinggi akan menyebabkan pecahnya pipa, serta merusak alat-alat plambing (kloset, urinoir, faucet, lavatory, dll). Tekanan juga dijaga agar tidak terlalu rendah, karena jika tekanan terlalu rendah maka akan menyebabkan terjadinya kontaminasi air selama aliran dalam pipa distribusi.
10 2.4 Sistem Distribusi dan Sistem Pengaliran Air Bersih 2.4.1 Sistem Distribusi Air Bersih Sistem distribusi adalah sistem yang langsung berhubungan dengan konsumen, yang mempunyai fungsi pokok mendistribusikan air yang telah memenuhi syarat ke seluruh daerah pelayanan. Sistem ini meliputi unsur sistem pemipaan dan perlengkapannya, hidran kebakaran, tekanan tersedia, sistem pemompaan (bila diperlukan), dan reservoir distribusi. Sistem distribusi air minum terdiri atas pemipaan, katup-katup, dan pompa yang membawa air yang telah diolah dari instalasi pengolahan menuju pemukiman, perkantoran dan industri yang mengkonsumsi air. Juga termasuk dalam sistem ini adalah fasilitas penampung air yang telah diolah (reservoir distribusi), yang digunakan saat kebutuhan air lebih besar dari suplai instalasi, meter air untuk menentukan banyak air yang digunakan, dan keran kebakaran. Dua hal penting yang harus diperhatikan pada sistem distribusi adalah tersedianya jumlah air yang cukup dan tekanan yang memenuhi (kontinuitas pelayanan), serta menjaga keamanan kualitas air yang berasal dari instalasi pengolahan. Tugas pokok sistem distribusi air bersih adalah menghantarkan air bersih kepada para pelanggan yang akan dilayani, dengan tetap memperhatikan faktor kualitas, kuantitas dan tekanan air sesuai dengan perencanaan awal. Faktor yang didambakan oleh para pelanggan adalah ketersedian air setiap waktu. Suplai air melalui pipa induk mempunyai dua macam sistem: Continuous system Dalam sistem ini air minum yang disuplai ke konsumen mengalir terus menerus selama 24 jam. Keuntungan sistem ini adalah konsumen setiap saat
11 dapat memperoleh air bersih dari jaringan pipa distribusi di posisi pipa manapun. Sedang kerugiannya pemakaian air akan cenderung akan lebih boros dan bila terjadi sedikit kebocoran saja, maka jumlah air yang hilang akan sangat besar jumlahnya. Intermitten system Dalam sistem ini air bersih disuplai 2-4 jam pada pagi hari dan 2-4 jam pada sore hari. Kerugiannya adalah pelanggan air tidak bisa setiap saat mendapatkan air dan perlu menyediakan tempat penyimpanan air dan bila terjadi kebocoran maka air untuk fire fighter (pemadam kebakaran) akan sulit didapat. Dimensi pipa yang digunakan akan lebih besar karena kebutuhan air untuk 24 jam hanya disuplai dalam beberapa jam saja. Sedang keuntungannya adalah pemborosan air dapat dihindari dan juga sistem ini cocok untuk daerah dengan sumber air yang terbatas. 2.4.2 Sistem Pengaliran Air Bersih Air merupakan hal yang sangat penting dalam kehidupan makhluk hidup umumnya dan manusia khususnya. Air sebagai pemenuh kebutuhan untuk berbagai kebutuhan sehari-hari, diantaranya untuk keperluan aktifitas domestik, keperluan industri, sosial, perkantoran dan kebutuhan-kebutuhan lainnya. Untuk menngalirkan air minum kepada konsumen dengan kuantitas, kualitas dan tekanan yang cukup memerlukan sistem pemipaan yang baik, reservoir, pompa dan dan peralatan yang lain. Di dalam sistem transmisi ada beberapa cara pengaliran yang dapat dilakukan, antara lain :
12 Sistem saluran terbuka, sistem ini hanya memperhatikan ketinggian tanah dan konstruksi saluran untuk dapat mengalirkan air dengan kapasitas besar sehingga biaya pembuatan dan operasionalnya murah. Saluran yang terbuka amat sensitif terhadap faktor eksternal yang dapat mempengaruhi kualitas air yang dialirkan. Sistem saluran tertutup, sistem ini mampu membawa air dengan kapasitas besar dan memungkinkan kehilangan air kecil bila dibandingkan dengan debitnya. Sistem pipa, pada sistem ini aliran tidak tergantung pada profil tanah. Kualitas air tidak mudah dipengaruhi oleh faktor luar, selain itu operasi dan pemeliharaannya mudah, walaupun biaya pembuatannya lebih mahal jika dibandingkan dengan sistem terbuka dan sistem tertutup. 2.5 Sistem Penyediaan Air Bersih Menurut Ray K. Linsey and Joseph B. Franzini (1991), suatu penyediaan air bersih yang mampu menyediakan air yang dapat diminum dalam jumlah yang cukup merupakan hal penting bagi suatu kota besar yang modern. Unsur-unsur yang membentuk suatu sistem penyediaan air yang modern meliputi : 1. Sumber-sumber penyediaan 2. Sarana-sarana penampungan 3. Sarana-sarana penyaluran 4. Sarana-sarana pengolahan 5. Sarana-sarana penyaluran (dari pengolahan) tampungan sementara 6. Sarana-sarana distribusi
13 Dalam pengembangan persediaan air bagi masyarakat, jumlah dan mutu air merupakan hal yang paling penting. Hubungan antara kedua faktor ini kepada masing-masing unsur fungsional terlihat dalam tabel 2.1: Tabel 2.1 Unsur-Unsur Fungsional Dari Sistem Penyediaan Air Minum Unsur fungsional Sumber penyediaan penampungan Penyaluran pengolahan Penyaluran & penampungan Distribusi Masalah utama dalam perencanaan sarana Jumlah / mutu Jumlah / mutu Jumlah / mutu Jumlah / mutu Jumlah / mutu Jumlah / mutu Uraian Sumber-sumber air permukaan bagi penyediaan, misalnya sungai, danau dan waduk atau sumber air tanah Sarana-sarana yang dipergunakan untuk menampung air permukaan biasanya terletak pada atau dekat sumber penyediaan Sarana-sarana untuk menyalurkan air dari tampungan ke sarana pengolah Sarana-sarana yang dipergunakan untuk memperbaiki atau merubah mutu air Sarana-sarana untuk menyalurkan air yang sudah diolah ke sarana penampungan sementara serta ke satu atau beberapa titik distribusi Sarana-sarana yang dipergunakan untuk membagi air ke masingmasing pemakai yang terkait di dalam sistem 2.6 Metode Pendistribusian Air Bersih Di dalam pendistribusian air diperlukan suatu metode pendistribusian agar air dapat mengalir dari sumber air ke semua pemakai air. Adapun metode pendistribusian air terdiri dari tiga tipe sistem yaitu Sistem Gravitasi, Sistem Pemompaan, dan Sistem Gabungan.
14 2.6.1 Sistem Gravitasi Metode pendistribusian dengan sistem gravitasi bergantung pada topografi sumber daya air yang ada dan daerah pendistribusiannya. Biasanya sumber air ditempatkan pada daerah yang lebih tinggi dari daerah distribusinya, agar air yang didistribusikan dapat mengalir dengan sendirinya tanpa pompa. Adapun keuntungan dengan sistem ini yaitu energi yang dipakai tidak membutuhkan biaya dan sistem pemeliharaannya murah. 2.6.2 Sistem Pemompaan Metode ini menggunakan pompa dalam mendistribusikan air menuju lokasi pemakaian air. Pompa langsung dihubungkan dengan pipa yang menangani pendistribusian. Dalam pengoperasiannya pompa terjadwal untuk beroperasi sehingga dapat menghemat pemakaian energi. Keuntungan dari metode ini yaitu tekanan pada daerah distribusi dapat terjaga. 2.6.3 Sistem gabungan keduanya Metode ini merupakan gabungan antara dua metode yaitu metode gravitasi dan pemompaan. Metode ini biasa digunakan untuk daerah distribusi yang berbukit-bukit dan pendistribusian air di gedung bertingkat. 2.7 Studi Kebutuhan Air Bersih Untuk sebuah sistem penyediaan air minum, perlu diketahui besarnya kebutuhan dan pemakaian air. Kebutuhan air dipengaruhi oleh besarnya populasi penduduk, tingkat ekonomi dan faktor-faktor lainnya. Oleh karena itu, data
15 mengenai keadaan penduduk daerah yang akan dilayani dibutuhkan untuk memudahkan permodelan evaluasi sistem distribusi air minum. Kebutuhan air bersih berbeda antara wilayah/kota yang satu dengan wilayah/kota yang lainnya. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaan air bersih menurut Linsey and Franzini (1991) adalah : 1. Iklim Kebutuhan air untuk mandi, menyiram taman, pengaturan udara dan sebagainya akan lebih besar pada iklim yang hangat dan kering daripada di iklim yang lembab. Pada iklim yang sangat dingin, air mungkin diboroskan di keran-keran untuk mencegah bekunya pipa-pipa. 2. Ciri-ciri Penduduk Pemakaian air dipengaruhi oleh status ekonomi dari para langganan. Pemakaian perkapita di daerah miskin jauh lebih rendah daripada di daerahdaerah kaya. Di daerah-daerah tanpa pembuangan limbah, konsumsi dapat sangat rendah hingga hanya sebesar 10 gpcd (40 liter / kapita per hari). 3. Masalah Lingkungan Hidup Meningkatnya perhatian masyarakat terhadap berlebihannya pemakaian sumber-sumber daya telah menyebabkan berkembangnya alat-alat yang dapat dipergunakan untuk mengurangi jumlah pemakaian air di daerah pemukiman. 4. Keberadaan Industri dan Perdagangan Keberadaan industri dan perdagangan dapat mempengaruhi banyaknya kebutuhan air per kapita dari suatu kota. 5. Iuran Air dan Meteran Bila harga air mahal, orang akan lebih menahan diri dalam pemakaian air dan
16 industri mungkin mengembangkan persediaannya sendiri dengan biaya yang lebih murah. Para langganan yang jatah air diukur dengan meteran akan cenderung untuk memperbaiki kebocoran-kebocoran dan mempergunakan air dengan jarang. Pemasangan meteran pada beberapa kelompok masyarakat telah menurunkan pengguanaan air hingga sebanyak 40 persen. 6. Ukuran Kota Penggunaan air per kapita pada kelompok masyarakat yang mempunyai jaringan limbah cenderung untuk lebih tinggi di kota-kota besar daripada di kota kecil. Secara umum, perbedaan itu diakibatakan oleh lebih besarnya pemakaian oleh industri, lebih banyaknya taman-taman, lebih banyaknya pemakaian air untuk perdagangan dan barang kali juga lebih banyak kehilangan dan pemborosan di kota-kota besar. Untuk memproyeksi jumlah kebutuhan air bersih dapat dilakukan berdasarkan perkiraan kebutuhan air untuk berbagai macam tujuan ditambah perkiraan kehilangan air. Adapun kebutuhan air untuk berbagai macam tujuan pada umumnya dapat dibagi dalam : a. Kebutuhan domestik - sambungan rumah - sambungan kran umum b. Kebutuhan non domestik - Fasilitas sosial (Masjid, panti asuhan, rumah sakit dan sebagainya)
17 - Fasilitas perdagangan/industri - Fasilitas perkantoran dan lain-lainnya Sedangkan kehilangan air dapat disebabkan oleh dua hal, yaitu : a. Kehilangan air akibat faktor teknis, misalnya kebocoran dari pipa distribusi b. Kehilangan air akibat faktor non teknis, antara lain sambungan tidak terdaftar. kerusakan meteran air, untuk kebakaran dan lain-lainnya. 2.7.1 Kebutuhan Domestik Kebutuhan air untuk tempat tinggal (kebutuhan domestik) meliputi semua kebutuhan air untuk keperluan penghuni. Meliputi kebutuhan air untuk mempersiapkan makanan, toilet, mencuci pakaian, mandi (rumah ataupun apartemen), mencuci kendaraan dan untuk menyiram pekarangan. Tingkat kebutuhan air bervariasi berdasarkan keadaan alam di area pemukiman, banyaknya penghuni rumah, karakteristik penghuni serta ada atau tidaknya penghitungan pemakaian air. Menurut Linsey and Franzini, penggunaan rumah tangga adalah air yang dipergunakan di tempat-tempat hunian pribadi, rumah-rumah apartemen dan sebagainya untuk minum, mandi, penyiraman taman, saniter dan tujuan-tujuan lainnya. Taman dan kebun -kebun yang luas mengakibatkan sangat meningkatnya konsumsi pada masa-masa kering. Penggunaan air kota dan jumlah-jumlah yang dipakai di Amerika Serikat menurut Linsey and Franzini, untuk keperluan rumah tangga berkisar antara 40-80 GPCD (gallon per kapita per hari) atau 150-300 LPCD (liter per kapita per hari)
18 dan umumnya berkisar antara 65 GPCD (gallon per kapita per hari) atau 250 LPCD (liter per kapita per hari), menurut Kindler and Russel, penggunaan air rata-rata untuk rumah tangga adalah sebagai berikut : Tabel 2.2 Penggunaan Air Rata-rata Untuk Rumah Tangga Jenis Kegiatan Kebutuhan Air (liter / orang / hari) Dapur 45 Kamar mandi 60 Toilet 70 Mencuci pakaian 45 Lainnya (termasuk keperluan diluar rumah) 75 Total 295 2.7.2 Kebutuhan Non Domestik Kebutuhan non domestik adalah kebutuhan air bersih selain untuk keperluan rumah tangga dan sambungan kran umum, seperti penyediaan air bersih untuk perkantoran, perdagangan serta fasilitas sosial seperti tempat-tempat ibadah, sekolah, hotel, puskesmas, militer serta pelayanan jasa umum lainnya. Tabel 2.3 Rata-rata Kebutuhan Air Per Orang Per Hari No Jenis Gedung Pemakaian air rata rata per hari (liter) Jangka waktu pemakaian air rata rata sehari (jam) Perbandin gan luas lantai efektif/tota l (%) Keterangan 1 Perumahan 250 8-10 42-45 Setiap penghuni mewah 2 Rumah biasa 160-250 8-10 50-53 Setiap penghuni 3 Apartemen 200-250 8-10 45-50 Mewah: 250 liter Menengah : 180 ltr
19 Sendiri : 120 ltr 4 5 6 7 Asrama 120 8 45-48 Sendiri Rumah sakit 1000 8-10 50-55 (setiap tempat tidur pasien) Pasien luar : 500 ltr Staf/pegawai :120 ltr Kelg.pasien : 160 ltr SD 40 5 58 Guru : 100 liter SLTP 50 6 58 Guru : 100 liter 8 SLTA dan lebih tinggi 80 6 - Guru/Dosen : 100 liter 9 Rumah-toko 100-200 8 - Penghuninya: 160 ltr 10 Gedung kantor 100 8 60-70 Setiap pegawai 11 12 13 14 Toko serba ada departement store Pabrik/industri 3 7 55-60 - Buruh pria: 60 wanita: 100 8 - Stasiun/terminal 3 15 - Per orang, setiap giliran (kalau kerja lebih dari 8 jam/hari) Setiap penumpang (yang tiba maupun Berangkat) Restoran 30 5 - Untuk penghuni 160 ltr 15 16 Restoran Umum 15 7 - Gedung pertunjukan 30 5 53-55 17 Gedung bioskop 18 Untuk penghuni: 160 ltr, pelayan: 100 ltr 70% dari jumlahl tamu perlu 15 ltr/org untuk kakus, cuci tangan dsb. Kalau digunakan siang dan malam, pemakaian air dihitung per penonton, jam pemakaian air dalam tabel adalah untuk satu kali pertunjukan 10 7 - - Toko pengecer 40 6 - Pedangan besar: 30 liter/tamu, 10 liter/staff atau, 5 liter per hari
20 19 Hotel/penginap an 250-300 10-20 Gedung 10 2 - peribadatan 21 Perpustakaan 25 6-22 setiap m2 luas lantai Untuk setiap tamu, untuk staf 120-150 liter; penginapan 200 liter Didasarkan jumlah jemaah per hari Untuk setiap pembaca yang tinggal Bar 30 6 - Setiap tamu 23 Perkumpulan 30 - - Setiap tamu sosial 24 Kelab malam 120-350 - - Setiap tempat duduk 25 Gedung 150-200 - - Setiap tamu perkumpulan 26 Laboratorium 100-200 8 - Setiap tamu 2.7.3 Kehilangan Air Kehilangan dan kebocoran air adalah air yang bocor dari system pada jaringan yang bersangkutan, kesalahan meteran, sambungan-sambungan yang tidak sah dan lain-lain hal yang tidak dihitung. Kategori kehilangan dan pemborosan ini sering dihitung kira-kira sebesar 20 gpcd (75/kapita per hari), tetapi jika konstruksinya tepat dan pemeliharaannya cermat, hal itu dapat diturunkan hingga kurang dari 5 gpcd (20 liter/kapita per hari). 2.7.4 Fluktuasi kebutuhan air Kebutuhan air tidak selalu sama untuk setiap saat tetapi akan berfluktuasi. Fluktuasi yang terjadi tergantung pada suatu aktivitas penggunaan air dalam keseharian oleh masyarakat. Pada umumnya kebutuhan air dibagi dalam tiga kelompok :
21 1. Kebutuhan rerata Pemakaian air rata-rata menggunakan persamaan berikut : Qh = Qd T (2.1) dimana: Qh = Pemakaiaan air rata-rata (m 3 /jam) Qd = Pemakaian air rata-rata sehari (m 3 ) T = Jangka waktu pemakaian (jam) 2. Kebutuhan harian maksimum Kebutuhan air harian dengan menggunakan rumus: Kebutuhan air per hari = Jumlah penduduk x kebutuhan rata-rata per hari 3. Kebutuhan pada jam puncak Kebutuhan harian maksimum dan jam puncak sangat diperlukan dalam perhitungan besarnya kebutuhan air baku, karena hal ini menyangkut kebutuhan pada hari-hari tertentu dan pada jam puncak pelayanan. Sehingga penting mempertimbangkan suatu nilai koefisien untuk keperluan tersebut. Kebutuhan air harian maksimum dan jam puncak dihitung berdasarkan kebutuhan dasar dan nilai kebocoran dengan pendekatan sebagai berikut : Qh max = C 1 x Qh (2.2) C 1 adalah konstanata (1,2 2,0) 2.8 Konsep Dasar Pada Aliran Pipa Untuk aliran fluida dalam pipa khususnya untuk air terdapat kondisi yang harus diperhatikan dan menjadi prinsip utama kondisi fluida tersebut adalah fluida
22 merupakan fluida inkompresibel, fluida dalam keadaan steady dan seragam. dijelaskan bahwa: Q = V x A (2.3) dimana: Q adalah laju aliran (m 3 /s) A adalah luas penampang aliran (m 2 ) V adalah kecepatan aliran (m/s). Untuk aliran steady dan seragam seperti yang tergambar pada gambar 2.2 dalam pipa dengan diameter pipa konstan pada waktu yang sama berlaku : V 1 x A 1 = V 2 x A 2 (2.4) di mana: V 1 = kecepatan awal di dalam pipa (m/s) V 2 = kecepatan akhir di dalam pipa (m/s), dan A 1 = luas penampang saluran pada awal pipa (m 2 ) A 2 = luas penampang saluran pada akhir pipa (m 2 ) Gambar 2.1 Aliran Steady dan Seragam Gambar 2.1 menjelaskan bahwa aliran yang terjadi pada suatu sistem adalah seragam, dimana energi pada setiap titik adalah sama, besarnya kecepatan berbanding terbalik dengan luas penampang pipa. Semakin besar luas penampang maka kecepatan akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya.
23 2.9 Persamaan Bernoulli Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus didasarkan pada hukum Newton II. Persamaan ini diturunkan dengan anggapan bahwa: 1. Zat cair adalah ideal, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi akibat gesekan adalah nol). 2. Zat cair adalah homogen dan tidak termampatkan (rapat massa zat cair adalah konstan). 3. Aliran adalah kontiniu dan sepanjang garis arus. 4. Kecepatan aliran adalah merata dalam suatu penampang. 5. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan tekanan. Energi yang ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai head pada suatu titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi pada titik lain sepanjang aliran fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida. Konsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang disebut dengan persamaan Bernoulli, yaitu: Z1 + P1 γ + V12 2g P2 = Z2 + + V22 γ 2g (2.5) dimana: P 1 dan P 2 = tekanan pada titik 1 dan 2 V 1 dan V 2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan 2 Z 1 dan Z 2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2 γ = berat jenis fluida g = percepatan gravitasi = 9,81 m/s2
24 Gambar 2.2 Ilustrasi Persamaan Bernoulli Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua titik yang terdapat dalam aliran fluida. Untuk zat cair yang riil, dalam aliran zat cair akan terjadi kehilangan energi yang harus diperhitungakan dalam aplikasi Bernoulli. Kehilangan tenaga akibat adanya gesekan antara zat cair dengan dinding batas (hf) atau karena adanya perubahan tampang aliran (he). Kehilangan energi yang disebabkan karena gesekan disebut kehilangan energi primer, sedangkan karena perubahan tampang aliran dikenal kehilangan energi skunder. Dengan memperhitungkan kedua kehilangan tersebut, maka persamaan Bernoulli menjadi: Z1 + P1 γ + V12 2g P2 = Z2 + + V22 + hf + he (2.6) γ 2g 2.10 Kehilangan Tinggi Tekanan (Head Losses) 2.10.1 Kehilangan Tinggi Tekanan Mayor (Mayor Losses) Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). Kerugian
25 head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus berikut, yaitu: 1. Persamaan Darcy Weisbach Persamaan Darcy-Weisbach (1845) adalah formula umum yang banyak diaplikasikan dialiran pipa. Aliran fluida yang mengalir melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa. Persamaan Darcy-Weisbach adalah sebagai berikut: hf = f L D V 2 2g (2.7) dimana: h f = kerugian head karena gesekan (m) f = faktor gesekan (diperoleh dari diagram Moody) d = diameter pipa (m) L = panjang pipa (m) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s2) Dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody (Gambar 2.3). Moody menyediakan diagram untuk mendapatkan faktor gesekan dengan menggunakan bilangan Reynold dan kekasaran relatif. Untuk mengaplikasikan diagram Moody, kecepatan aliran dan diameter pipa harus diketahui maka bilangan reynold dapat diketahui. Kemudian tarik garis vertikal sampai batas garis kekasaran relatif (ε/d) sehingga didapatkan koefisien kekasaran(f). Menurut Hagen-Poiseuille untuk aliran laminar (Re<2000), faktor gesekan adalah hanya fungsi bilangan Reynolds saja. Seperti terlihat pada persamaan 2.8 berikut:
26 f = 64 Re (2.8) Dalam tiap ikhwal maka persamaan Darcy-Weisbach, persamaan kontinuitas, dan diagram Moody digunakan untuk mencari besaran yang tidak diketahui. Sebagai ganti diagram Moody, rumus eksplisit untuk f adalah sebagai berikut: f = 1,325 [ln (ε D+5,74 R 0,9 2 (2.9) )] Persamaan 2.9 dapat dipergunakan dengan syarat: 10 6 ε D 10 2 & 5000 R 10
Gambar 2.3 Moody Diagram 27
28 berikut: Nilai kekasaran untuk beberapa jenis pipa dapat disajikan pada tabel 2.4 Tabel 2.4 Nilai Kekerasan Dinding Untuk Berbagai Pipa Komersil Bahan mm Kekasaran (ε) ft Brass 0.0015 0.000005 Concrete -Steel forms, smooth -Good joints,average -Rough, visible form mark 0.18 0.36 0.60 0.0006 0.0012 0.002 Copper 0.0015 0.000005 Corrugated metal (CMP) 45 0.15 Iron -Asphalted lined -Cast -Ductile; DIP-Cement mortar lined -Galvanized -Wrought 0.12 0.26 0.12 0.15 0.045 0.0004 0.00085 0.0004 0.0005 0.00015 Polyvinyl chloride (PVC) 0.0015 0.000005 Polyethylene,high density (HDPE) 0.0015 0.000005 Steel -Enamel coated -Riveted -Seamless -Commercial 0.0048 0.9 ~ 9.0 0.004 0.045 0.000016 0.003-0.03 0.000013 0.00015 2. Persamaan Hazen Williams Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen Williams, yaitu: hf = 10,70 Q1,85 L (2.10) C 1,85 d4,85
29 dimana: hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m3/s) L = panjang pipa (m) C = koefisien kekasaran pipa Hazen Williams d = diameter pipa (m) Koefisien kekasaran pipa untuk formula Hazen-Williams dapat dilihat pada tabel 2.5 berikut: Tabel 2.5 Koefisien Kekasaran Hazen Wiliam, C Material Pipa Koefisien C Brass, copper, aluminium 140 PVC, plastic 150 Cast iron new and old 130 Galvanized iron 100 Asphalted iron 120 Commercial and welded steel 120 Riveted steel 110 Concrete 130 Wood stave 120 2.10.2 Kehilangan Tinggi Tekan Minor (Minor Losses) Kerugian yang kecil akibat gesekan pada jalur pipa yang terjadi pada komponen-komponen tambahan seperti katup, sambungan, belokan, reduser, dan lain-lain disebut dengan kerugian head minor (minor losses). Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa dirumuskan sebagai berikut: hm = k v2 2g (2.11)
30 dimana: g = percepatan gravitasi v = kecepatan aliran fluida dalam pipa k = koefisien kerugian Untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek. Berikut tabel 2.6 yang memperlihatkan nilai koefisien kerugian (k) berdasarkan bentuk dari pipa tersebut. Tabel 2.6 Kehilangan Tinggi Tekanan Pada Katup, Alat Penyesuaian Dan Pipa Yang 1.Katup pintu - Terbuka penuh - ¾ terbuka - ½ terbuka - ¼ terbuka Digunakan Harga K dalam h = K v2 2g 0.19 1.15 5.6 24 2. Katup bola, terbuka 10 3. Katup sudut, terbuka 5 4. Bengkokan 90o, - Jari-jari pendek - Jari-jari pertengahan - Jari-jari panjang 0.9 0.75 0.6 5. Lengkungan pengembalian 180 0 2.2 6. Bengkokan 45 0 0.42 7. Bengkokan 22 ½ 0 (45cm) 0.13 8. Sambungan T 1.25 9. Sambungan pengecil (katup pada ujung yang kecil) 0.25 10. Sambungan Pembesar 0.25 (v1 2 v2 2 ) 2g 11. Sambungan pengecil mulut lonceng 0.10 12. lubang terbuka 1.80
31 2.11 Mekanisme Aliran Dalam Pipa 2.11.1 Pipa Hubungan Seri Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka semua pipa akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa yang dapat dirumuskan sebagai berikut: Q = Q 1 = Q 2 = Q 3 = tetap (2.12) Q = A 1 V 1 = A 2 V 2 = A 3 V 3 (2.13) Σh 1 = h 11 + h 12 + h 13 (2.14) dimana: Q = debit awal pada pipa (m 3 /s) V 1 = kecepatan awal di dalam pipa (m/s) V 2 = kecepatan akhir di dalam pipa (m/s) A 1 = luas penampang saluran pada awal pipa (m 2 ) A 2 = luas penampang saluran pada akhir pipa (m 2 ) h l = headloss pada pipa (m) Gambar 2.4 Pipa Yang Dihubungkan Seri
32 2.11.2 Pipa yang Hubungkan Paralel = arah aliran Gambar 2.5 Pipa Yang Dihubungkan Paralel Pada gambar 2.5, jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara paralel, total laju aliran sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada sebuah cabang sama dengan pada yang lain, dimana dapat dirumuskan sebagai : Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 (2.15) Q = A 1 V 1 = A 2 V 2 = A 3 V 3 (2.16) Δh = Δh 1 = Δh 2 = Δh 3 (2.17) 2.12 Sistem Jaringan Pipa Menurut J.M.K. Dake, Endang P.Tachyan, Sistem jaringan pipa mungkin tidak sesederhana seperti gambar 2.6. Suatu jaringan suplai kota sering rumit dan di desain suatu sistem distribusi air yang efektif untuk seluruh kota diperlukan untuk memperhitungkan tekanan dan debit pada setiap titik di dalam jaringan.
33 Gambar 2.6 Contoh Skema Jaringan Perpipaan Dalam menganalisa sistem jaringan pipa dapat digunakan metode Metode Hardy Cross. Metode Hardy Cross merupakan suatu metode yang lebih efisien dipergunakan untuk menetapkan besarnya debit dan kehilangan tinggi tekanan di masing pipa dalam jaringan yang bersangkutan. Metode Hardy Cross adalah metode yang mencoba arah aliran dan debit aliran pada semua pipa. Jika ternyata persamaan kontinuitas dan energi belum terpenuhi maka percobaan diulang dengan menggunakan harga yang baru yang telah dikoreksi. Metode Hardy Cross disebut sebagai persamaan Loops. Persamaan tersebut terdiri dari persamaan kontinuitas dan persamaan energi Menurut Radianta Triatmadja. 2009: Pada tiap node berlaku Persamaan kontinuitas : Σ Q = q external (2.18) Pada setiap pipa berlaku persamaan energi : Σ KpQ n = 0 (2.19) Suatu jaringan kota dapat dibagi menjadi beberapa putaran atau cincin yang sesuai. Dua kebutuhan teoretis yaitu penurunantinggi tekan netto sekeliling
34 putaran harus nol dan besarnya aliran netto ke arah cabang juga harus nol (0) Andaikan kehilangan tinggi tekan terhadap gesekan dan lain-lainnya pada masing-masing pipa dinyatakan dalam bentuk : hf = Kp. Q n (2.20) dimana Kp dan indeks n diumpamakan tetap dan Q adalah debit yang melalui pipa, kita umpamakan : Q = Q 0 + ΔQ (2.21) dimana Qo adalah debit yang diumpamakan (memenuhi kondisi kesinambungan) yang besarnya di bawah debit yang sebenarnya dengan perbedaan yang kecil seharga ΔQ. Dengan mensubstitusikan (2.20) kedalam (2.21) dan dengan mengembangkannya dengan teori binomial (dengan menghilangkan faktor yang mempunyai (ΔQ)2 dan pangkat yang lebih besar). hf = Kp(Q n 0 + nq n 1 0 ΔQ) (2.22) Dalam gerakan sekeliling putaran, Σhf = 0, sehingga : ΣnKp Q n 1 n 0 ΔQ = ΣKp Q 0 (2.23) Untuk memenuhi kebutuhan kesinambungan pada setiap cabang (untuk aliran masuk dan keluar yang tetap ke dalam putaran tertentu), harga ΔQ harus sama pada setiap pipa. Dengan demikian ΔQ dapat dikeluarkan dari tanda pejumlahan. Sehingga persamaan (2.22) menghasilkan: ΔQ = Σ Kp Q 0 n Σ nkp Q 0 n 1 = Σhf Σn hf Q0 (2.24)
35 Persamaan 2.24 memberikan koreksi yang akan digunakan untuk debit yang diumpamakan Qo untuk membuat harga tersebut sangat mendekati harga debit yang nyata Q. Harga n adalah eksponen dalam persamaan Hazen Williams bila digunakan untuk menghitung hf dan besarnya adalah 1 0,54 = 1,85 dan n menyatakan suku-suku yang terdapat dalam persamaan yang menggunakan satuan British, yaitu : n = 4,73L (2.25) C 1,85 d4,85 Cara lain yang dapat digunakan adalah dengan persamaan Darcy Weisbach dengan n = 2 dan Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa faktor gesekan selalu berubah untuk setiap iterasi. n = Tabel 2.7 Harga Kp Untuk Pipa 8f L gπ 2 d 5 (2.26) Metode Satuan Snit Kp Hazen Wiliam Darcy Weisbach Q,cfs ; L,ft ; d,ft ; hf,ft Q,gpm ; L,ft ; d,inc ; hf,ft Q,m3/s ; L,m ; d,m ; hf,m Q,cfs ; L,ft ; d,ft ; hf,ft Q,gpm ; L,ft ; d,inc ; hf,ft Q,m3/s ; L,m ; d,m ; hf,m 4,73 L C 1,85 d 4,87 10,44 L C 1,85 d 4,87 10,70 L C 1,85 d 4,87 f L 39,70 d 5 f L 32,15 d 5 f L 12,10 d 5
36 2.13 Pengenalan EPANET 2.0 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, katub, dan tangki air atau reservoir. EPANET dikembangkan oleh Water Supply and Water Resources Divission USEPA S National Risk Management Research Laboratory dan pertama kali diperkenalkan pada tahun 1993 dan versi yang baru diterbitkan pada tahun 1999. EPANET didisain sebagai alat untuk mencapai dan mewujudkan pemahaman tentang pergerakan dan karakteristik kandungan air minum dalam jaringan distribusi. Juga dapat digunakan untuk berbagai analisa berbagai aplikasi jaringan distribusi. Sebagai contoh untuk pembuatan design, kalibrasi model hidrolis, analisa sisa khlor, dan analisa pelanggan. EPANET dapat membantu dalam me - manage strategi untuk merealisasikan kualitas air dalam suatu sistem. Semua itu mencakup: Alternatif penggunaan sumber dalam berbagai sumber dalam suatu sistem. Alternatif pemompaan dalam penjadwalan pengisian atau pengosongan tangki. Penggunaan treatment, misal chlorinisasi pada tangki. Penargetan pembersihan pipa dan penggantiannya. Dijalankan dalam lingkungan windows, EPANET dapat terintegrasi untuk melakukan editing dalam pemasukan data, running simulasi dan melihat hasil running dalam berbagai bentuk (format), Sudah pula termasuk kode-kode yang berwarna pada peta, tabel data-data, grafik, serta citra kontur.
37 Hasil yang didapat dari simulasi hidrolik dan performansi jaringan menggunakan EPANET yaitu keseimbangan jaringan, arah aliran, head yang terjadi. Selain itu, analisa sebuah jaringan pipa dengan menggunakan EPANET dapat membantu kita untuk memecahkan beberapa masalah diantaranya: Analisa terhadap jaringan baru Analisa terhadap energi dan biaya Optimalisasi dari penggunaan air, kualitas air dan tekanan Setiap formula menggunakan persamaan untuk menghitung kehilangan tekan diantara permulaan dan akhir pada sebuah pipa, yaitu: hl = Aq B (2.27) dimana : hl = headloss (dlm satuan panjang), q = laju aliran (Volume/waktu), A = Koefisien resistan, dan B = Faktor eksponen aliran. Gambar 2.7 Tampilan EPANET 2.0
38 Untuk menjalankan program ini diperlukan input data yang mendukung, sehingga dihasilkan output yang menunjukkan performansi jaringan tersebut. Input yang diperlukan pada program ini yaitu: 1. Input komponen yang mendukung sebuah sistem jaringan pipa yang meliputi pipa, pompa dan reservoir. 2. Input berupa node yang menghubungkan masing-masing pipa sehingga membentuk sebuah sistem jaringan pipa. 3. Input berupa nomor masing-masing komponen baik pipa, node, pompa, dan reservoir. 4. Input yang menunjukkan karakteristik masing-masing komponen yang meliputi diameter, panjang, kekasaran bahan pipa dan karakteristik pompa. 5. Input persamaan yang akan digunakan yang merupakan karakteristik dari hidrolik. Dengan menggunakan data yang berupa input seperti diatas maka analisa hidrolik dapat dilakukan. Adapun nilai koreksi epanet dapat dihitung pada masing-masing pipa dengan menggunakan rumus: Persen ralat = H eh D H e (2.28) dimana : HD = Head dengan rumus Darcy Weisbach (m) He = Head perangkat lunak EPANET (m) Setelah dihitung persen ralat masing-masing pipa maka persen ralat rata-rata dihitung menggunakan rumus: Persen ralat rata rata = Jumlah persen ralat Jumlah pipa (2.29)