8.1. DATA SISTEM PENYEDIAAN AIR BAKU Pada jaringan distribusi air bersih pipa merupakan komponen yang paling utama, pipa berfungsi untuk mengalirkan sarana air dari suatu titik simpul ke titik simpul yang lain. Aliran dalam pipa timbul bila terjadi perbedaan tekanan pada dua tempat, yang bisa terjadi karena ada perbedaan elevasi muka air atau karena digunakannya pompa. Penggunaan hidrolika adalah untuk menghitung tekanan dan kecepatan aliran air di dalam jaringan pipa. Air yang terdapat di dalam pipa akan mengalir dari penampang yang memiliki tinggi energi lebih besar menuju penampang yang memiliki tinggi energi lebih kecil. Aliran yang terjadi di dalam pipa memiliki tiga macam, yaitu: 1. Energi kinetik, yaitu energi yang ada pada partikel massa air sehubungan dengan kecepatan 2. Energi tekanan, yaitu energi yang ada pada partikel massa air sehubungan dengan tekanan 3. Energi ketinggian, yaitu energi yang ada pada partikel massa air sehubungan dengan ketinggian terhadap garis referensi (datum). Sistem penyediaan air baku yang direncanakan untuk kecamatan Alas menngunakan sistem eksisting yang sudah ada yaitu dari sungai brang dalap, Posisi Pengambilan (intake) Eksisting sungai Brang Dalap Terletak Pada Koordinat x : 504327 y : 905251, Type intake pengambilan sungai brang dalap saat ini merupakan intake pengambilan bebas pada sungai yang dibendung dengan bronjong. Kondisi bendung tersebut sudah rusak berat akibat banjir tahunan yang terjadi, Material dan Diameter pipa Transmisi dari Intake menuju IPA pada sistem penyediaan air baku Brang Dalap sangat bervariasi, Dari sumber Brang Dalap, air dibawa menuju Bangunan IPA dengan Kapasitas IPA sebesar 50 M 3 kemudian dari bangunan IPA air di tampung pada reservoir dengan Kapasitas 500 M 3 LAPORAN AKHIR VIII - 1
8.2. PERENCANAAN JARINGAN PIPA PENYEDIAAN AIR BAKU Beberapa teori atau persamaan yang berhubungan dengan perhitungan hidraulika aliran air dalam pipa, yaitu: 1. Prinsip Kontinuitas Yang dimaksud dengan prinsip kontinuitas adalah jumlah air yang masuk dalam suatu sistem perpipaan adalah sama dengan jumlah air yang keluar dari sisitem perpipaan tersebut. Q 1 = Q 2 + Q 3 A 1 x V 1 = (A 2 x V 2 ) + (A 3 x V 3 ) Gambar 8.1 Aliran Bercabang Q 2 Q 1 dengan : Q = Debit aliran air (m 3 /dt) A = Luas penampang (m 2 ) V = Kecepatan aliran (m/dt) Q 3 2. Kekekalan Energi Kekekalan energi disini sesuai dengan prinsip bernoulli. Tinggi energi total pada sebuah penampang pada elemen pipa adalah jumlah dari energi kecepatan, energi tekanan dan energi elevasi. Garis yang menghubungkan titik tersebut dinamakan garis energi, yang digambarkan di atas tampak memanjang pipa seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini. LAPORAN AKHIR VIII - 2
Gambar 8.2 Garis Energi dan Garis Tekanan V 1 2 /2g Garis Energi V 2 2 /2g Garis Tekanan P 1 / W 1 P 2 / W h A h 1 2 h A h B Datum Persamaan Bernoulli pada gambar dapat dituliskan sebagai berikut : (Triatmodjo, 1993: 20) 2 2 V1 P1 V2 P2 h1 h2 2g w 2g w h L dengan : 2 V1 2g = tinggi kecepatan di titik 1 (m) 2 V2 2g = tinggi kecepatan di titik 2 (m) P1 w = tinggi tekanan di titik 1 (m) P2 w = tinggi tekanan di titik 2 (m) h 1 = tinggi elevasi di titik 1 (m) h 2 = tinggi elevasi di titik 2 (m) h 1 = kehilangan tinggi tekan pada pipa (m) Pada gambar tampak garis yang menunjukkan besarnya tekanan air pada penampang tinjauan. Garis tekanan ini pada umumnya disebut garis gradien hidrolis atau garis kemiringan hidrolis. Jarak vertikal antara pipa dengan garis gradien hidrolis menunjukan tekanan yang terjadi dalam pipa. Pada gambar tampak perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2 merupakan kehilangan energi (head loss) yang terjadi sepanjang antara penampang 1 dan 2. LAPORAN AKHIR VIII - 3
3. Kehilangan Tinggi Tekan Pada Aliran Air Di Dalam Pipa Dalam perencanaan jaringan distribusi air minum tidak mungkin dapat dihindari adanya kehilangan tinggi tekan selama air mengalir melaluhi pipa, besarnya kehilangan tinggi energi terdiri dari kehilangan tinggi mayor (major losses) dan kehilangan tinggi minor (minor losses) Pada perencanaan jaringan distribusi air bersih, aliran yang terjadi dalam pipa direncanakan dalam kondisi aliran turbulen yang diidentifikasi dengan bilangan Reynold yang secara umum dapat disajikan dalam bentuk persamaan berikut (Priyanto, 2001: 3) : N R = D. V v dengan : N R = bilangan reynold tak berdimensi D V ν = diameter pipa (m) = kecepatan rerata aliran (m/dt), dan = kekentalan kinematik (m2/dt) (tabel) Nilai batas Reynold untuk kondisi aliran pada saluran tertutup (pipa) adalah sebagai berikut : N R < 2000 Aliran Laminer N R > 4000 Aliran Turbulen 2000 < N R < 4000 Aliran Transisi 4. Kehilangan Tinggi Mayor (Major Losses) Pada zat cair yang mengalir di dalam pipa akan terjadi tegangan geser dan gradien kecepatan pada seluruh medan aliran karena adanya kekentalan kinematik. Tegangan geser tersebut akan menyebabkan terjadinya kehilangan energi selama pengaliran (Triatmojo, 1993: 20). Tegangan geser yang terjadi pada dinding pipa dan jenis pipa merupakan penyebab utama menurunnya garis energi pada suatu aliran (major losses) tetapi tidak dipengaruhi oleh tekanan air. Ada beberapa teori dan formula untuk menghitung besarnya kehilangan tinggi tekan mayor (h f ) diantaranya yaitu Hanzen-Williams, Darcy-Weisbach, Manning, Chezy, Colebrook-White, dan Swamme-Jain (Haestad, 2001: 278). Persamaan yang paling disukai dalam menentukan h f adalah persamaan Hanzen-Williams. Persamaannya ditulis dalam bentuk (Webber, 1971, 121): V k i 0,63 0,54 0,354 ChwD S 10,67 L C D 1,85 hw 4,87 LAPORAN AKHIR VIII - 4
h f k Q i 1,85 dengan : V = kecepatan aliran pada pipa (m/dt) C hw = koefisien kekasaran Hanzen-William (tabel) D = diameter pipa (m) S = kemiringan garis energi Q = debit aliran pada pipa (m 3 /dt) L = panjang pipa (m) h f = kehilangan tinggi tekan mayor (m) 5. Kehilangan Tinggi Minor Kehilangan tinggi minor yang terjadi pada suatu sistem perpipaan yang penting untuk diketahui diantaranya adalah (Priyantoro, 2001: 26) : - Kehilangan tinggi akibat pengecilan - Kehilangan tinggi akibat pembesaran - Kehilangan tinggi akibat belokan, dan - Kehilangan tinggi melalui katup Pada pipa-pipa yang panjang, kehilangan minor ini sering diabaikan tanpa kesalahan yang berarti, tetapi cukup penting pada pipa yang pendek. Kehilangan minor pada umumnya akan lebih besar bila terjadi perlambatan kecepatan aliran di dalam pipa dibandingkan peningkatan kecepatan akibat terjadi pusaran arus yang ditimbulkan oleh pemisahan aliran dari bidang batas pipa (Linsley, 1989: 273). Kehilangan tinggi minor dihitung dengan persamaan berikut (Linsley, 1989: 274) : 2 V h Lm K 2g dengan : h Lm = kehilangan tinggi minor (m) V = kecepatan rata-rata dalam pipa (m/dt) g = percepatan grafitasi (m/dt 2 ) K = koefisien kehilangan tinggi tekan minor (tabel) Untuk pipa-pipa yang penjang atau L/D >>1000, kehilangan tinggi minor dapat diabaikan (Priyantoro, 2001: 37) LAPORAN AKHIR VIII - 5
Besarnya nilai koefisien K sangat beragam, tergantung dari bentuk fisik pengecilan, pembesaran, belokan dan katup. Namun, nilai K ini masih berupa pendekatan kerena dipengaruhi oleh bahan, kehalusan sambungan dan umur sambungan. 6. Fluktuasi Kebutuhan Air Besarnya pemakaian air oleh masyarakat pada sisitem jaringan distribusi air bersih tidaklah berlangsung konstan, namun terjadi fluktuasi antara satu jam dengan jam yang lain, begitu pula antara satu hari dengan hari yang lainnya. Fluktuasi yang terjadi tergantung pada aktivitas penggunaan air. Pada saat-saat tertentu terjadi peningkatan aktifitas yang memerlukan pemenuhan kebutuhan air yang lebih banyak dari kondisi normal, sementara pada saat-saat tertentu juga terjadi aktivitas yang tidak memerlukan banyak air. Secara umum tingkat kebutuhan air masyarakat dibagi menjadi tiga, yaitu : 1. Kebutuhan air rata-rata, 2. Kebutuhan harian maksimum, 3. Kebutuhan air pada jam puncak, yaitu pemakaian air tertinggi pada jam-jam tertentu selama periode 1 hari, tiap-tiap kota berbeda yang tergantung pada pola konsumsi masyarakatnya. Kebutuhan air maksimum dan jam puncak sangat diperlukan dalam perhitungan besar kebutuhan air bersih, karena hal ini menyangkut kebutuhan pada hari-hari tertentu dan pada jam puncak pelayanan. Untuk itu penting memperhitungkan suatu koefisien untuk keperluan tersebut` Sumber: Grafik fluktuasi pemakaian air bersih oleh Ditjen Cipta Karya Departemen PU, Anonim 1994: 24 LAPORAN AKHIR VIII - 6
8.3. Analisan hidrolika jaringan pipa (Transmisi Utama). Analisa Hidrolika system penyediaan air baku sungai Brang Dalap dihitung berdasarkan Kondisi rehabilitasi dan peningkatan sistem yang direncanakan. Analisis Hidrolika jaringan pipa penyediaan air baku untuk beberapa lokasi kegiatan dianalisis dengan menggunakan program WaterCad V.8. Dengan program WaterCad V.8 akan diperoleh output dimensi pipa di seluruh jaringan, tekanan air, kehilangan tinggi energi dan beberapa parameter hidrolika lainnya. Data input dari program ini terdiri dari Elevasi Sumber air, Reservoir dan daerah layanan, debit kebutuhan air di semua wilayah dan lain-lain. WaterCad V.8 memiliki fitur untuk menampilkan background dari pengukuran topografi real dilapangan untuk membantu dan memudahkan proses digitasi jaringan pipa berikut asesorisnya dengan akurat sesuai dengan data yang bisa dipertanggungjawabkan. Format data yang telah berbasis GIS (Geographic Information System) yang akan digunakan sebagai background images, menggunakan sistem koordinat UTM (Universal Tranverse Mecator) karena menggunakan satuan X,Y dan Z dalam Meter dan Datum WGS 1984. 8.3.1. Analisa hidrolika jaringan sesuai rencana rehabilitasi dan peningkatan. Perhitungan/simulasi hidrolika jaringan perpipaan kondisi eksisting mengacu kepada system penyediaan air baku dengan kondisi system yang telah survey. Berikut ini adalah hasil analisa hidrolika pipa eksisting sungai Berang Dalap kecamatan alas: Sumber air baku sungai Brang dalap terletak di Desa Marente kecamatan Alas Kabupaten Sumbawa. Posisi Pengambilan (intake) Eksisting sungai Brang Dalap Terletak Pada Koordinat x : 504327 y : 9052513. Sumber air baku sungai Brang Dalap Merupakan Sumber Air Baku Andalan bagi masyarakat Kecamatan Alas Adapun hasil perhitungan simulasi hidrolika pipa air baku eksisting yang digunakan oleh masyarakat kecamatan alas menggunakan program WaterCad V.8 adalah sebagai berikut LAPORAN AKHIR VIII - 7
Gambar 8.3 Layout posisi intake eksisting pada software Watercad v.8 Gambar 8.4 Layout posisi IPA eksisting pada software Watercad v.8 LAPORAN AKHIR VIII - 8
Tabel. 8.1 Hasil Running Hidrolika Pada Junction Eksisting LAPORAN AKHIR VIII - 9
Tabel. 8.2 Hasil Running Hidrolika Pipa Eksisting DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 10
Tabel. 8.3. Hasil Running Hidrolika Pipa Eksisting (lanjutan) DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 11
Tabel 8.4. Hasil Sistem Penyediaan Air Baku Kondisi Eksisting 1. Sumber Air a. Nama b. Lokasi Desa Marente kecamatan Alas. c. Posisi x : 504327 y : 9052513 d. Elevasi + 179.34 dpl e. Debit 50.00 l/dt (dari base flow l/dt) 2 Jaringan Pipa Pembawa a. Intake R2 Gate Valve Pipa GI d=300 mm (12 ) = 669,82 m b. R2 Gate Valve R5 Air Valve Pipa PVC d=250 mm (10 ) = 142.88 m c. R5 Air Valve R11 Wash Out Pipa GI d=300 mm (12 ) = 213,74 m d. R11 Wash Out R15 Air Valve Pipa PVC d=250 mm (10 ) = 123,1 m e. R15 Air Valve R28 Air Valve Pipa GI d=250 mm (10 ) = 498,93 m f. R28 Air Valve R38 IPA Pipa PVC d=250 mm (10 ) = 419 m 3. Bangunan Utama a. Intake Elev. +179.34, b. IPA Elev. +151,16, kapasitas 50 m 3 Qout= 50 l/dt c. Reservoir (eksisting) Elev. +151,16, kapasitas 500 m 3 Adapun hasil perhitungan simulasi hidrolika pipa air baku setelah Rehabilitasi menggunakan program WaterCad V.8 adalah sebagai berikut: Gambar 8.5 Posisi Intake/ bangunan Bendung Brang Dalap DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 12
Gambar 8.6 Posisi Gate valve Pada Patok R-02 Gambar 8.7 Posisi Air Valve Pada Patok R-05 DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 13
Gambar 8.8 Posisi Air Valve Pada Patok R-15 dan Washout Pada patok R-11 Gambar 8.9 Posisi Air Valve Pada Patok R-28 DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 14
Gambar 8.10 Posisi Bangunan IPA Kapasitas 50 lt/dt Pada Patok R-38 DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 15
Tabel 8.5. Hasil Running Hidrolika Pada Pipa Kondisi Rehabilitasi DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 16
Tabel 8.6. Hasil Running Hidrolika Pada Pipa Kondisi Rehabilitasi (Lanjutan) DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 17
Tabel 8.7. Hasil Running Hidrolika Pada Junction Kondisi rehabilitasi DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 18
Tabel 8.8. Hasil Running Hidrolika Pada Junction Kondisi Rehabilitasi (Lanjutan) DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 19
Tabel 8.9 Posisi Accesorices, Diameter Pipa dan Tekanan Sisa Jaringan Pipa Kondisi Rehabilitasi Tabel 8.10. Hasil Desain Rehabilitasi Sistem Penyediaan Air Baku 1. Sumber Air a. Nama b. Lokasi Desa Marente kecamatan Alas. c. Posisi x : 504327 y : 9052513 d. Elevasi + 179.34 dpl e. Debit 50.00 l/dt 2 Jaringan Pipa Pembawa a. Intake R2 Gate Valve Pipa GI d=300 mm (12 ) = 604,13 m b. R2 Gate Valve R5 Air Valve Pipa GI d=250 mm (10 ) = 238.33 m c. R5 Air Valve R11 Wash Out Pipa GI d=300 mm (12 ) = 235,02 m d. R11 Wash Out R15 Air Valve Pipa GI d=250 mm (10 ) = 158,32 m e. R15 Air Valve R28 Air Valve Pipa GI d=250 mm (10 ) = 420,8 m f. R28 Air Valve R38 IPA Pipa GI d=250 mm (10 ) = 367,25 m Total Panjang Pipa = 2023,85 m 3. Bangunan Utama a. Intake Elev. +179.34, b. IPA Elev. +151,16, kapasitas 50 m 3 Qout= 50 l/dt c. Reservoir (eksisting) Elev. +151,16, kapasitas 500 m 3 8.4. Pergeseran pipa pada daerah rawan banjir pada Sistem jaringan air baku Sungai Brang dalap di Kecamatan Alas. Posisi pergeseran pipa eksisting sangat perlu dilakukan karena kondisi jalur pipa eksisting tersebut berada pada sungai sehingga sering terganggu karena banjir. Begitu juga dengan proteksi pipa pada daerah-daerah rawan longsoran. Untuk Posisi Pergesaran jaringan pipa dan Proteksi Pipa dapat dilihat pada tabel 8.11. berikut ini. DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 20
Tabel 8.11. Posisi Pergesaran jaringan pipa dan Proteksi Pipa pada daerah rawan longsoran pada Sistem Penyediaan Air Baku Sungai Brang dalap. DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 21
Tabel 8.12. Rehabilitasi Box Air Valve Box air valve eksisting akan dibongkar dan direhabilitasi dengan membuar box air valve baru sebanyak 3 unit box DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 22
DRAFT LAPORAN AKHIR VIII - 23 Desain Rehabilitasi Air Baku