Simulasi Hidraulika Sisa Klorin

7/25/2019 Simulasi Hidraulika Sisa Klorin

1/15

Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air

Bandung, 20 September 2014 157

PENDAYAGUNAAN SUMBER DAYA AIR

SIMULASI HIDRAULIKA SISA KLORIN PADA SISTEM DISTRIBUSI AIR MINUM

(STUDI KASUS: PERUMAHAN PT. PUSRI PALEMBANG)

M. Baitullah Al Amin1*

1Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya*[email protected]

Abstrak

Klorin sebagai desinfektan diperlukan untuk memastikan air minum yang didistribusikan agar tetaphigienis, dimana konsentrasi sisa klorin yang harus dipertahankan dalam sistem distribusi air minumadalah 0,2 - 5,0 mg/L. Konsentrasi sisa klorin ini dapat berkurang yang diakibatkan oleh laju kehilangan

klorin yang dipengaruhi oleh perilaku hidraulika jaringan distribusi. Studi ini bertujuan melakukan simulasihidraulika sisa klorin dengan mengambil studi kasus sistem distribusi air minum pada perumahan PT.Pusri Palembang. Pembangunan model sistem distribusi dilakukan menggunakan perangkat lunakEPANET 2.0, yang kemudian disimulasikan berdasarkan extended period simulation (EPS) selama 24jam. Hasil simulasi hidraulika menunjukkan bahwa kapasitas jaringan distribusi masih sangat memadaiditinjau dari segi penyediaan tekanan sisa. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir di seluruhjaringan distribusi sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak. Hal inimenyebabkan waktu tinggal air menjadi sangat lama, sehingga konsentrasi sisa klorin yang memenuhisyarat tidak dapat terpenuhi. Perbaikan hidraulika dilakukan dengan melakukan pembesaran danpengecilan diameter pipa dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatan aliran dan kehilangantekanan. Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika menunjukkankonsentrasi sisa klorin hampir di setiap node telah memenuhi syarat. Walaupun demikian, diperlukanpenambahan booster klorin untuk menjaga konsentrasi sisa klorin agar tidak kurang dari 0,2 mg/L.

Kata Kunci: Sisa Klorin, Laju Kehilangan Klorin, Hidraulika Pipa, EPANET 2.0

LATAR BELAKANG

Air minum merupakan kebutuhan pokok bagi setiap manusia untuk dapat menjamin kelangsunganhidupnya. Pasal 1 ayat 2 dalam PP No. 16 Tahun 2005 Tentang Pengembangan Sistem Penyediaan AirMinum (SPAM) menyebutkan bahwa air minum adalah air minum rumah tangga yang melalui prosespengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsungdiminum. Salah satu parameter kualitas air yang disyaratkan dalam air minum adalah klorin (chlorine).Konsentrasi sisa klorin sangat diperlukan dalam sistem distribusi air minum dan harus diatur agar tidakmelampaui kisaran yang disyaratkan. Makalah ini memaparkan hasil studi tentang simulasi hidraulika sisaklorin dalam sistem distribusi air minum dengan studi kasus pada perumahan PT. Pusri Palembang.Fokus pemaparan adalah bagaimana mensimulasikan perilaku hidraulika dan sisa klorin, sehingga kriteriadesain hidraulika dan persyaratan air minum dapat terpenuhi. Perangkat lunak EPANET 2.0 dipilih karenakemudahan dalam penggunaannya (Al Amin, 2011).

Klorin sebagai desinfektan diperlukan untuk memastikan air minum yang didistribusikan tetap higienis.Konsentrasi sisa klorin dalam sistem distribusi air minum di Indonesia diatur dalam Permenkes No.492/Menkes/Per/IV/2010 Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. Secara umum sisa klorin juga diaturdalam Guidelines for Drinking-Water Quality oleh WHO. Kadar klorin maksimum yang diperbolehkanadalah 5,0 mg/L, sedangkan kadar klorin minimal yang disyaratkan adalah 0,2 mg/L berdasarkan SurfaceWater Treatment Rule dalam Mays (1999) dan WHO (2011). Kadar klorin yang berlebihan dapatmenyebabkan masalah rasa dan bau pada air, dapat mempercepat korosi pada pipa, dan dapat

menambah produk sampingan dari proses desinfeksi yang mengganggu kesehatan apabila air


2/15



dikonsumsi. Sisa klorin (chlorine residual) minimal 0,2 mg/L diperlukan untuk memastikan bahwaorganisme patogen tertentu telah mati atau dapat juga untuk mencegah hidupnya organisme patogentertentu selama air berada di dalam jaringan pipa (McGhee, 1991).

Konsentrasi sisa klorin dalam sistem distribusi air sangat bergantung pada laju kehilangan klorin (chlorine

decay rate) dan waktu tinggal (water age) yang dipengaruhi oleh kondisi hidraulika dalam jaringan pipa.Laju kehilangan klorin dibedakan menjadi dua, yaitu bulk reactions dan pipe wall reactions(Rossman,2000). Kehilangan klorin akibat bulk reactions dipengaruhi oleh temperatur air dan jumlah zat karbonorganik reaktif yang terdapat dalam air, sedangkan kehilangan klorin akibat pipe wall reactionsdipengaruhi oleh material pipa atau material yang ada di dinding pipa, seperti korosi atau lapisan biologis(biofilm) dan juga umur pipa (Mays, 1999; Rossman, 2000; Al-Jasser, 2011). Rossman (2000)memberikan kisaran nilaipipe wall reactions untuk first order reaction yaitu 0 5 ft/hari (0 1,524 m/hari)tetapi dapat juga diabaikan (untuk pipa beton atau pipa plastik) atau bisa jadi sangat tinggi (khususnyapada lokasi dimana korosi sangat tinggi). Triatmadja, et. al. (2010) memberikan nilai bulk reactions danpipe wall reactions (pipa plastik) masing-masingyaitu -1,68/hari dan -0,25 m/hari berdasarkan studi yangdilakukan pada zona air minum prima (ZAMP) PDAM Tirta Gemilang, Magelang.

METODOLOGI STUDI

Studi ini dilakukan dengan memodelkan dan mensimulasikan sistem distribusi air minum yang ditinjau,yaitu sistem distribusi pada perumahan PT. Pusri Palembang (Gambar 1). Jenis simulasi yang dilakukanadalah extended period simulation (EPS), dimana analisis dilakukan berdasarkan fluktuasi kebutuhan airselama 24 jam. Parameter hidraulika yang disimulasikan antara lain debit dan kecepatan aliran, tinggitekanan air, kehilangan tekanan, sedangkan parameter kualitas air yang disimulasikan adalah sisa klorinberikut laju kehilangannya akibat bulk reactions danpipe wall reactions. Perangkat lunak yang digunakanuntuk membantu analisis adalah EPANET 2.0 yang merupakan perangkat lunak bersifat public domain.

Studi diawali dengan pengumpulan data primer melalui survei dan pengukuran di lapangan sehinggadiperoleh data berupa volume pemakaian air harian pada meteran induk, dan luasan tiap rumah yangdigunakan selanjutnya dalam analisis kebutuhan air. Data sekunder secara umum diperoleh dari Divisi

Utilitas P.III PT. Pusri Palembang, diantaranya berupa peta sistem distribusi, jenis dan diameter pipa,panjang pipa, kapasitas pompa, dosis injeksi klorin, dan sebagainya. Data yang telah diperoleh kemudiandiolah dan dimodelkan ke dalam EPANET 2.0 yang selanjutnya dilakukan simulasi terhadap parameterhidraulika dan kualitas air yang ditinjau.

Gambar 1. Lokasi penelitian (a), dan layout jaringan pipa distribusi (b)

a b

Sumber: http://maps.google.com Sumber: Ramadhan (2014)


3/15



HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN

Layout Sistem Distribusi

Sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakan sistem pompa, dimanapenyediaan tekanan untuk pengaliran air sangat bergantung pada kapasitas pompa. Air minum yang telahdiolah pada unit pengolahan air kemudian ditampung dalam reservoir yang selanjutnya dipompa langsungke dalam jaringan distribusi air. Jaringan distribusi di atas tidak hanya ditujukan untuk penyediaan air bagiperumahan, tetapi juga untuk demin plant, yaitu unit pengolahan mineral. Sebagian besar kebutuhan airdigunakan untuk penyediaan air bagi demin plant. Oleh karena itu, kedua besaran kebutuhan air tersebutdisimulasikan untuk memperoleh gambaran pengaruhnya terhadap tekanan dalam jaringan distribusi diperumahan.

Representasi jaringan distribusi sesungguhnya di lapangan menggunakan EPANET 2.0 ditunjukkan olehkomponen link dan node. Komponen link menunjukkan kumpulan pipa-pipa yang terhubungkan secarabersama-sama pada ujungnya oleh komponen node. Air mengalir di sepanjang pipa dan memasuki ataumeninggalkan sistem distribusi melalui node. Dalam EPANET 2.0, linkjuga merepresentasikan pompadan katup, sedangkan node juga dapat merepresentasikan sambungan pipa (junction), reservoir, dan

tangki (Rossman, 2000; Swamee dan Sharma, 2008).

Jaringan distribusi air minum secara keseluruhan menggunakan pipa HDPE (high density polyethylene)yang memiliki keuntungan karena tahan terhadap korosi, ringan dan memiliki kekuatan yang tinggi, tahanterhadap retak, memiliki permukaan yang licin/halus, dan tahan terhadap kerusakan akibat gempa (Mays,1999). Nilai kekasaran Hazen-Williams CHW untuk pipa HDPE adalah 140 - 150 (ASCE, 1992 dalam Hyde,2005; Lin, 2007), sehingga digunakan nilai kekasaran 145.Diameter pipa yang digunakan bervariasi mulaidari ukuran terkecil yaitu 1 inchi (25,4 mm) sampai dengan yang terbesar yaitu 6 inchi (152,4 mm) sepertiyang ditunjukkan dalam Gambar 2(a), sedangkan panjang pipa ditunjukkan dalam Gambar 2(b).

Pompa yang digunakan dalam sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakanjenis pompa centrifugal. Kapasitas pompa diberikan dalam kurva pompa yang menunjukkan hubunganantara debit (flow) dengan tinggi tekanan (head) seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Pompa

tersebut mampu mengalirkan air dengan debit 50,47 m3/det dan tekanan 88,09 m.

Gambar 2. Diameter (a), dan panjang pipa (b) jaringan distribusi air minumperumahan PT. Pusri Palembang

Percabangan Demin

Plant - Perumahan

(a) (b)

pipa

node

arah aliran

Keterangan: Keterangan:

pipa

node

arah aliran


4/15



Gambar 3. Kapasitas pompa distribusi

Jumlah dan Pola Kebutuhan Air

Jumlah kebutuhan air total rata-rata di komplek perumahan PT. Pusri Palembang berdasarkan hasilpengukuran aliran keluar di meteran induk selama 17 hari (1 17 April 2014) adalah 378,41 m3/hariseperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Jumlah sambungan rumah yang dilayani adalah sebanyak 274sambungan rumah. Penetapan jumlah kebutuhan air tiap rumah/sambungan rumah ditetapkanberdasarkan metode luasan pekarangan rumah seperti yang dijelaskan dalam Mays (1999). Hal inidisebabkan karena pada tiap sambungan rumah tidak tersedia pencatatan pemakaian air. Besarankebutuhan air untuk perumahan dengan kepadatan sedang (medium-density residential) adalah 2.610galon/hari/acre atau sebesar 2,44 liter/hari/m2. Perhitungan kebutuhan air dilakukan dengan mengalikanbesaran kebutuhan air dengan jumlah sambungan rumah serta memperhatikan luasan pekarangan tiapsambungan rumah. Besaran kebutuhan air total dengan metode luasan adalah sebesar 387,22 m 3/hari,sedangkan kebutuhan air tiap sambungan rumah ditunjukkan pada Gambar 4. Kebutuhan air untuk demin

plantadalah sebesar 55,27 liter/det yang diasumsikan konstan sepanjang waktu.

Tabel 1. Hasil pengamatan aliran keluar dari meteran induk ke perumahan selama 17 hari

No. Tanggal Vol. (m3) No. Tanggal Vol. (m3) No. Tanggal Vol. (m3)

1 1/7/2014 332 7 7/7/2014 565 13 13/7/2014 336

2 2/7/2014 244 8 8/7/2014 408 14 14/7/2014 368

3 3/7/2014 216 9 9//7/2014 328 15 15/7/2014 336

4 4/7/2014 408 10 10/7/2014 360 16 16/7/2014 296

5 5/7/2014 540 11 11/7/2014 396 17 17/7/2014 352

6 6/7/2014 564 12 12/7/2014 384

Volume = 6.433 m3

Vol. rata-rata = 6433/17 = 378,41 m3/hari


5/15



Gambar 4. Jumlah kebutuhan air pada sambungan rumah

Pola kebutuhan air perumahan dibutuhkan untuk mengamati perilaku hidraulika jaringan distribusi akibatvariasi pemakaian air terutama pada saat jam-jam puncak. Pola kebutuhan air ini ditetapkan berdasarkanpola kebutuhan air yang diusulkan oleh Trifunovi (2006) seperti yang diberikan dalam Tabel 2 danGambar 5. Hal ini dilakukan mengingat belum tersedianya pola pemakaian air yang baku khususnya untukperumahan di Indonesia, sehingga digunakan pola pemakaian air tipikal. Pada Gambar 5 tersebut, polakebutuhan air perumahan memiliki dua jam puncak yang ditunjukkan oleh koefisien kebutuhan airtertinggi, yaitu pada jam 9:00 (1,61) dan jam 19:00 (1,40). Kebutuhan air terendah yaitu pada jam 4:00(0,27). Program EPANET 2.0 mensimulasikan kedua jam puncak tersebut menjadi jam 08:00 dan 18:00,sedangkan jam terendah menjadi 03:00, karena awal perhitungannya dimulai pada jam 00:00.

Tabel 2. Koefisien kebutuhan air tiap jam (diadaptasi dari Trifunovi, 2006)

Jam Koefisien Jam Koefisien

1 0,57 13 1,30

2 0,40 14 1,17

3 0,31 15 1,08

4 0,27 16 1,04

5 0,33 17 1,08

6 0,37 18 1,16

7 0,71 19 1,40

8 1,41 20 1,37

9 1,61 21 1,17

10 1,47 22 1,02

11 1,43 23 1,10

12 1,37 24 0,92

Keterangan:

pipa

nodearah aliran


6/15



Gambar 5. Pola kebutuhan air minum perumahan(diadaptasi dari Trifunovi, 2006)

Simulasi Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting

Analisis hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan dengan melakukan simulasi terhadap model yangdibangun menggunakan EPANET 2.0. Jenis simulasi yang dilakukan adalah extended-period simulation(EPS) dengan waktu simulasi selama 24 jam, tahapan perhitungan dan pelaporan hidraulika tiap 1 jam,sedangkan tahapan perhitungan kualitas air tiap 5 menit, serta formula kehilangan tekanan Hazen-Williams (H-W) seperti yang ditunjukkan Gambar 6. Seluruh pipa ditetapkan terbuka penuh (full opened)dan faktor kehilangan tekanan sekunder akibat belokan, katup, sambungan, pelebaran-penyempitan pipa,dan sebagainya diabaikan karena kehilangan tekanan akibat gesekan lebih dominan (Triatmodjo, 2003).

Gambar 6. Pilihan simulasi hidraulika dan pengaturan waktu simulasi EPS

Hasil simulasi hidraulika menunjukkan bahwa kapasitas jaringan distribusi mampu menyuplai air dengantekanan minimum yang disyaratkan yaitu minimal 25 meter selama 24 jam seperti yang ditunjukkan dalamGambar 7(a). Pada saat pemakaian air terendah (jam 03.00), tekanan terendah adalah 79,48 m dantekanan tertinggi adalah 80,31 m. Pada saat pemakaian air tertinggi (jam 08.00), tekanan terendah adalah71,70 m dan tekanan tertinggi adalah 73,27 m. Hal ini dapat terjadi karena kehilangan tekanan yangsangat kecil di sepanjang jaringan pipa seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 7(b). Walaupun demikian,tekanan yang terlalu tinggi seharusnya dihindari untuk mencegah potensi kebocoran air yang disebabkansambungan pipa yang lepas atau pipa yang pecah.


7/15



Gambar 7. Tekanan di setiap node pada jam 08.00 (a),dan kehilangan tekanan pada jam 08.00 (b)

Kehilangan tekanan yang sangat kecil tersebut dapat terjadi karena jenis pipa yang digunakan adalahpipa HDPE yang memiliki permukaan halus/licin sehingga faktor gesekan sangat kecil. Disamping itu,diameter pipa relatif besar dibandingkan dengan debit yang dialirkan sehingga secara signifikanmemperkecil laju kehilangan tekanan di sepanjang jaringan distribusi.Kehilangan tekanan tertinggisebelum percabangan demin plant perumahan adalah sebesar 58,51 m/km, sedangkan kehilangantekanan tertinggi setelah percabangan hanya sebesar 0,94 m/km. Hal ini menunjukkan bahwa diameterpipa distribusi terlalu besar (boros) sehingga jaringan distribusi menjadi tidak efisien. Selain itu, diameterpipa yang terlalu besar juga dapat menyebabkan kecepatan aliran terlalu lambat sehingga berpotensimenyebabkan terjadinya aliran laminer yang seharusnya dihindari untuk mencegah terjadinya sedimentasidan waktu tinggal (water age) yang terlalu lama di dalam jaringan. Kecepatan aliran di setiap pipa

seharusnya lebih dari 0,6 m/det. Debit berikut arah aliran dan kecepatan aliran dalam jaringan distribusimasing-masing ditunjukkan dalam Gambar 8(a) dan 8(b). Gambar 8(b) menunjukkan bahwa kecepatanaliran hampir di seluruh jaringan pipa kurang dari 0,30 m/det. Hal ini merupakan kondisi yang tidak idealmengingat kecepatan yang disyaratkan seharusnya lebih dari 0,6 m/det.

Gambar 8. Debit di setiap pipa pada jam 08.00 (a), dan kecepatan aliran pada jam 08.00 (b)

(a) (b)

(a) (b)

Keterangan:

pipa

node

arah aliran

Keterangan:

pipa

node

arah aliran

Keterangan:

pipa

node

arah aliran

pipa

node

arah aliran

Keterangan:


8/15



Perbaikan Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting

Perbaikan hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan berdasarkan kriteria perancangan (designcriteria) jaringan pipa. Beberapa parameter/kriteria perancangan yang umumnya digunakan dalamperancangan jaringan pipa yang efisien dan ekonomis, yaitu kecepatan aliran, tekanan, ukuran pipa,

kehilangan tekanan, masa layan, kebutuhan air rata-rata.

a. Kecepatan aliran

Kecepatan aliran seharusnya tidak kurang dari 0,6 m/det untuk mencegah terjadinya sedimentasidalam jaringan, dan tidak lebih dari 3 m/det untuk mencegah erosi dinding pipa dan kehilangantekanan yang tinggi. Trifunovi (2006) memberikan rentang standar untuk kecepatan aliran sebagaiberikut:

1. 1,0 m/det dalam sistem distribusi

2. 1,5 m/det dalam pipa transport

3. 1 2 m/det dalam stasiun pompa.

Nilai kecepatan aliran dalam jaringan distribusi umumnya diambil 1 1,5 m/det.

b. Tekanan

Tekanan air dalam sistem distribusi air minum perkotaan berkisar antara 150 kPa 300 kPa untukpemukiman/perumahan dengan bangunan berlantai empat atau kurang, dan 400 500 kPa untukwilayah komersial. Untuk pemadaman kebakaran, tekanan air seharusnya tidak kurang dari 150 kPa(15 m). Secara umum untuk setiap titik dalam jaringan distribusi seharusnya tidak kurang dari 25 mdan tidak lebih dari 70 m.

c. Ukuran Pipa

Ukuran pipa untuk jaringan penyediaan air bersih domestik dapat menggunakan pipa berdiameter 4inchi, sedangkan untuk penyediaan air komunitas kecil dapat menggunakan pipa berdiameter 2 3

inchi. Diameter pipa utama untuk jaringan distribusi umumnya tidak kurang dari 6 inchi.

d. Kehilangan Tekanan

Besaran kehilangan tekanan yang menjadi kriteria perancangan sistem distribusi adalah (Trifunovi,2006):

1. 5 10 m/km, untuk diameter pipa kecil

2. 2 5 m/km, untuk diameter pipa menengah

3. 1 2 m/km, untuk pipa berukuran besar.

Nilai optimum kehilangan tekanan berkisar 1 4 m/km, dan tidak lebih dari 10 m/km.

Perancangan perbaikan hidraulika jaringan pipa untuk memperoleh jaringan distribusi yang efisienditetapkan dengan usaha penggantian diameter pipa eksisting dengan diameter pipa yang baru (Al Amin,2012a; Al Amin, 2012b). Penetapan ukuran diameter pipa yang digunakan adalah berdasarkan kriteriakecepatan aliran optimum, kehilangan tekanan maksimal yang diijinkan, tekanan yang disyaratkan, danketersediaan pipa komersial. Walaupun demikian, tidak semua diameter pipa diperlukan penggantiandiameter, terutama pada pipa utama/induk dengan pertimbangan penyediaan tekanan yang cukup apabilaterjadi penambahan kebutuhan di masa yang akan datang.

Rancangan penggantian pipa baru dilakukan secara trial and error, dimana ukuran pipa yang digantiadalah pipa dalam jaringan setelah percabangan melalui skenario dan hasil simulasi pada jam 08.00seperti yang diberikan dalam Tabel 3 berikut.


9/15



Tabel 3. Rancangan penggantian diameter pipa setelah percabangan dan hasilnya

Trial Skenario Hasil Perbaikan Hidraulika pada Jam 08.00

1 - 6 inchi 4 inchi

- 4 inchi 3 inchi

- 2,5 inchi 1,5 inchi

- Kecepatan aliran maks = 0,9 m/det

Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*

- Kehilangan tekanan maks = 7,9 m/kmKehilangan tekanan min = 0,00 m/km*

- Tekanan maks = 71,25 mTekanan min = 65,93 m

Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namunkriteria perancangan belum terpenuhi, sehingga perluperbaikan kembali.

2 - 6 inchi 3 inchi

- 4 inchi 2 inchi

- 2,5 inchi 1 inchi

- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/detKecepatan aliran min = 0,00 m/det*

-Kehilangan tekanan maks = 32,45 m/kmKehilangan tekanan min = 0,00 m/km*


Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteriaperancangan belum terpenuhi, sehingga perluperbaikan kembali. Sebagian pipa induk memilikikehilangan tekanan yang cukup besar.

3 - 6 inchi 3 inchi (sebagiankecil) dan 2 inchi (sebagian

besar)- 4 inchi 2 inchi (sebagian

kecil) dan 1,5 inchi (sebagianbesar)

- 2,5 inchi3/4 inchi

- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/detKecepatan aliran min = 0,00 m/det*

-Kehilangan tekanan maks = 131,15 m/kmKehilangan tekanan min = 0,00 m/km*


Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteriaperancangan (kecepatan aliran) sebagian besar telahterpenuhi, namun dengan konsekuensi terjadikehilangan tekanan yang cukup besar. Jaringan perludilakukan perbaikan kembali.

Skenario penggantian pipa seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 3 menunjukkan bahwa sampai dengan

skenario 3, telah terjadi perubahan yang sangat signifikan terhadap kecepatan aliran di sebagian besarpipa dalam jaringan distribusi. Walaupun demikian, pengecilan diameter pipa berimplikasi terhadapmembesarnya kehilangan tekanan. Penggantian pipa tersebut dengan yang lebih kecil hanya akanmemperbesar laju kehilangan tekanan di dalam jaringan pipa. Kehilangan tekanan yang terlalu besardapat menyebabkan penggunaan pompa yang tidak efisien dari segi penyediaan tekanan (Al Amin,2012b). Oleh karena itu, tinjauan perbaikan hidraulika harus dilakukan terhadap lingkup jaringan yanglebih kecil, sehingga jaringan distribusi memerlukan pembagian wilayah (zonasi) untuk memudahkanevaluasi jaringan.Pada studi ini, jaringan distribusi perumahan PT. Pusri Palembang dibagi menjadi 4(empat) zona seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9. Dasar pembagian zona dilakukan denganmemperhatikan jalur pipa yang menyusun suatu kelompok jaringan pipa.


10/15



Gambar 9. Zonasi jaringan distribusi perumahan PT. Pusri Palembang

Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona 1 berdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesardiameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,25 inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangantekanan terbesar adalah 10,89 m/km dan kecepatan aliran tertinggi 0,51 m/det. Pada Zona 2, perbaikanhidraulikaberdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 1,5 inchi dengandiameter 2 inchi, diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi, dan diameter pipa 3 inchi dengan diameter 4inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 12,54 m/km dengankecepatan aliran tertinggi 0,95 m/det. Untuk Zona 3, perbaikan hidraulika berdasarkan skenario 3 juga

dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,5 inchi, diameter pipa 1,5inchi dengan diameter 2 inchi, dan diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi. Kehilangan tekanan terbesaradalah 13,88 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi 0,78 m/det. Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona4 berdasarkan skenario 3 dilakukan dengan memperkecil diameter pipa 2 inchi dengan diameter 1,5 inchidan 1 inchi, dan diameter pipa 1,5 inchi dengan diameter 1 inchi dan 3/4 inchi. Hasil simulasimenunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 16,73 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi0,56 m/det. Perbaikan hidraulika terakhir dilakukan terhadap pipa induk sebelum percabangan, dimanakehilangan tekanan yang terjadi cukup besar, yaitu 59,62 m/km. Oleh karena itu, diperlukan penggantianpipa dengan diameter yang lebih besar. Diameter pipa 6 inchi kemudian diganti dengan diameter 8 inchi,sehingga kehilangan tekanan yang terjadi adalah sebesar 14,68 m/km. Hasil perbaikan hidraulikaditunjukkan dalam Gambar 10 dan 11. Pada Gambar 11(a) ditunjukkan bahwa kecepatan aliran disebagian jaringan pipa masih belum memenuhi kriteria perancangan, sedangkan Gambar 11 (b)menunjukkan bahwa kehilangan tekanan di sebagian besar jaringan pipa telah memenuhi kriteria.Meskipun demikian, kondisi ini dianggap sudah cukup baik mengingat proses optimasi yang harusdilakukan secara manual.

Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Eksisting

Konsentrasi sisa klorin yang disyaratkan dalam sistem distribusi air minum adalah 0,2 5,0 mg/L.Kekurangan sisa klorin menyebabkan tidak terjaminnya kualitas air minum dari kontaminasi oleh bakteripatogen, sedangkan kelebihan sisa klorin dapat memberikan efek samping terhadap kualitas air minumyang dikonsumsi, diantaranya seperti air minum yang bau bahkan perasaan mual, muntah, dan gangguanpencernaan bagi yang mengonsumsinya. Dampak lain dari kelebihan sisa klorin adalah potensi senyawahasil sampingan yang disebut Trihalomethane (THM) yang bersifat karsinogenik (pemicu kanker). Olehkarena itu, penetapan dosis klorin yang diberikan dalam sistem distribusi memperhatikan konsentrasi sisaklorin yang diijinkan.

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Zona 4


11/15



Gambar 10. Diameter pipa (a), dan debit aliran (b) hasil perbaikan akhir hidraulika jaringan distribusi

Gambar 11. Kecepatan aliran (a), dan kehilangan tekanan (b) hasil perbaikan akhir hidraulikajaringan distribusi

Kehilangan klorin (chlorine decay) sangat dipengaruhi oleh reaksi klorin dengan zat-zat yang terdapat didalam air yang disebut sebagai bulk reactions, reaksinya dengan dinding (material) pipa yang disebutsebagaipipe wall reactions, dan waktu tinggal air di dalam jaringan pipa (water age). Waktu tinggal air didalam jaringan pipa sangat bergantung pada kecepatan aliran. Semakin cepat kecepatan aliran, makawaktu tinggal menjadi semakin singkat, sebaliknya semakin lambat kecepatan aliran, maka waktu tinggalmenjadi semakin lama.

Hasil simulasi hidraulika jaringan distribusi eksisting menunjukkan bahwa kecepatan aliran dalam jaringanpipa sangat lambat dan tidak memenuhi kriteria perancangan. Oleh karena itu, waktu tinggal air dalamjaringan pipa menjadi sangat lama. Jika waktu tinggal sangat lama, maka dosis optimum yang diberikan distasiun injeksi klorin (misalnya di reservoir) menjadi tidak efektif sehingga membutuhkan stasiun injeksiklorin lagi yang disebut sebagai booster klorin (chlorine booster) di beberapa lokasi dalam jaringan

distribusi. Walaupun demikian, karena waktu tinggal yang terlampau lama, maka jumlah booster klorin

(a) (b)

(a) (b)

pipa

node

arah aliran

Keterangan:

pipa

node

arah aliran

Keterangan:

Keterangan:pipa

node

arah aliran

Keterangan:pipa

node

arah aliran


12/15



yang dibutuhkan akan sangat banyak yang berakibat pembubuhan klorin yang tidak efisien dan biayaoperasional yang terlalu mahal. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dilakukan didalam studi ini. Simulasi tersebut hanya akan dilakukan pada jaringan distribusi yang telah diperbaikiperilaku hidraulikanya.

Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Setelah Perbaikan Hidraulika

Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika dilakukan dengan terlebih dahulumenetapkan dosis klorin yang diberikan pada titik yang paling hulu, yaitu pada reservoir. Dosis klorinmaksimal yang diberikan adalah 5,0 mg/L. Koefisien laju kehilangan klorin akibat bulk reactions danpipewall reactions digunakan berdasarkan nilai yang diberikan oleh Triatmadja, et. al. (2010). Konsentrasi sisaklorin dalam jaringan distribusi setelah pembubuhan klorin sebesar 5,0 mg/L di reservoir ditunjukkandalam Gambar 12(a). Konsentrasi sisa klorin yang tidak memenuhi syarat (kurang dari 0,2 mg/L) dapatdiamati menggunakan fasilitas Queryyang tersedia dan hasilnya ditunjukkan dalam Gambar 12(b).

Gambar 12(b) menunjukkan bahwa konsentrasi sisa klorin pada sebagian besar node di Zona 4 adalahkurang dari 0,2 mg/L. Hal ini disebabkan karena lokasi Zona 4 yang relatif jauh dibandingkan dengannode pada zona lainnya. Selain itu, waktu tinggal yang juga cukup lama menyebabkan laju kehilangan

klorin yang cukup besar di Zona 4 tersebut. Waktu tinggal terlama yaitu 10,81 jam. Gambar 13(a) dan13(b) masing-masing menunjukkan waktu tinggal dan laju kehilangan klorin dalam jaringan distribusi.Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi syarat juga terlihat pada beberapa node di zona lainnya. Hal inidisebabkan karena node tersebut berupa titik ujung dari pipa (dead end), sehingga tidak memiliki nilaikebutuhan air. Oleh karena itu, EPANET 2.0 mensimulasikan pipa ke node tersebut dengan menganggaptidak terjadi aliran yang menyebabkan tidak tersedianya konsentrasi sisa klorin (0,0 mg/L).

Perbaikan konsentrasi sisa klorin pada Zona 4 dapat dilakukan dengan menempatkan booster klorin(chlorine booster) yang berfungsi sebagai titik injeksi tambahan sehingga konsentrasi sisa klorin padazona tersebut dapat memenuhi syarat.

Sisa klorin < 0,2 mg/L

(a) (b)

Keterangan:pipa

nodearah aliran

Keterangan:pipa

nodearah aliran


13/15



Gambar 12. Konsentrasi sisa klorin di tiap node (a), dan node yang sisa klorinnya kurang dari 0,2 mg/L

Gambar 13. Waktu tinggal (a), dan laju kehilangan klorin (b) dalam jaringan distribusi

Simulasi Sisa Klorin dengan Penambahan Booster Klorin

Penempatan booster klorin dilakukan dengan meninjau konsentrasi sisa klorin di setiap node dan arahaliran pipa pada Zona 4. Pemberian dosis klorin direncanakan untuk dilakukan secara konstan. Hal inibertujuan untuk memudahkan dalam hal pengoperasian booster klorin. Walaupun demikian, penggunaanklorin dapat menjadi boros dan tidak efisien jika pada suatu waktu dosis yang dibutuhkan tidak sebanyak

pada saat pemakaian puncak. Penetapan dosis yang diberikan dilakukan secara trial and error sampaidiperoleh konsentrasi sisa klorin telah memenuhi syarat. Gambar 14 menunjukkan penempatan boosterklorin pada node J-205 dan dosis yang diberikan sebesar 2,5 mg/L secara konstan sehingga konsentrasisisa klorin pada Zona 4 telah memenuhi syarat 0,2 mg/L.

Gambar 14. Penempatan booster klorin dan dosis pembubuhannya pada Zona 4

(a) (b)

Keterangan:pipa

node

arah aliran

Keterangan:pipa

node

arah aliran

Keterangan:pipa

node

arah aliran


14/15



KESIMPULAN DAN REKOMENDASI

Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Kapasitas sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang masih sangat memenuhidari segi penyediaan tekanan sisa dalam jaringan. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir diseluruh jaringan pipa sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak.

2. Perbaikan hidraulika jaringan pipa dilakukan dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatanaliran dan kehilangan tekanan dalam jaringan pipa dilakukan melalui pembesaran maupun pengecilandiameter pipa eksisting.

3. Optimasi parameter hidraulika, diantaranya tinggi tekanan, kecepatan aliran, kehilangan tinggi tekanandalam EPANET 2.0 harus dilakukan secara manual dengan metode trial and errorsehingga menjadikesulitan tersendiri bagi user. Hal ini disebabkan karena EPANET 2.0 tidak menyediakan fasilitasoptimasi dalam analisisnya.

4. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dapat dilakukan dengan pertimbanganwater age yang terlalu lama, sehingga menyebabkan penggunaan booster klorin menjadi tidak efisiendan terlampau boros.

5. Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi persyaratan dilakukan dengan pemberian dosis sebesar 5,0mg/L pada reservoir dan penambahan booster klorin pada Zona 4. Dosis pembubuhan pada klorinbooster tersebut adalah 2,5 mg/L yang diberikan secara konstan.

Rekomendasi

Beberapa saran yang dapat penulis usulkan diantaranya adalah:

1. Perlu adanya studi khusus mengenai pola pemakaian air untuk perumahan.

2. Perlu dilakukan kalibrasi parameter hidraulika sebelum simulasi sisa klorin. Disamping itu, kalibrasi

sisa klorin juga diperlukan untuk mengetahui laju kehilangan klorin yang berlaku pada suatu sistemdistribusi air minum.

3. Penggunaan perangkat lunak lain yang sejenis, namun berbayar (misalnya WaterGEMS) dapatdigunakan untuk optimasi parameter hidraulika yang tidak disediakan oleh EPANET 2.0.

UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih kepada Lembaga Penelitian UniversitasSriwijaya yang telah mendanai studi ini, dan kepada segenap pimpinan serta staf PT. Pusri Palembangyang telah mengijinkan dan membantu dalam perolehan data.

REFERENSI

Al Amin, M.B., 2011.Komputasi Analisis Hidraulika Jaringan Pipa Air Minum, disajikan pada SeminarNasional Kebumian 2011, 8 9 Desember 2011, Yogyakarta.

Al Amin, M.B., 2012a.Analisis Perbaikan Hidraulika Jaringan Pipa PDAM Lematang Enim untukPeningkatan Pelayanan Distribusi Air Bersih di Kota Muara Enim , Jurnal Rekayasa Sriwijaya, Vol.21(3): 6 13 ISSN 0852-5366.

Al Amin, M.B., 2012b.Mengatasi Kehilangan Energi Primer yang Berlebihan pada Jaringan Pipa DistribusiAir Menggunakan Model Komputer WaterGEMS, disajikan pada Seminar Nasional AVoER ke-4, 28 29 November 2012, Palembang.

Al-Jasser, A.O., 2011. Pipe Service Age Effect on Chlorine Decay in Drinking-Water Transmission andDistribution Systems, CLEAN Soil, Air, Water, Vol. 39(9): 827 832.


15/15



Anonim, 2005. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 16 Tahun 2005 Tentang PengembanganSistem Penyediaan Air Minum, Jakarta.

Anonim, 2010.Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum, Jakarta.

Castro, P. dan Neves, M., 2003.Chlorine Decay in Water Distribution Systems Case Study LousadaNetwork,Electric Journal of Environmental, Agricultural, and Food Chemistry (EJEAFChe), Vol. 2(2):261-266, ISSN 1579-4377.

Hyde, N., 2005. Computer Modeling of Water Distribution Systems, Manual of Water Supply Practices M32, Second Edition,American Water Works Association, Denver.

Lin, S.H., 2007.Water and Wastewater Calculations Manual, Second Edition, McGrawHill Book Co., NewYork.

Mays, L.W., 1999.Water Distribution Systems Handbook, McGraw-Hill Book Co., New York.

McGhee, T.J., 1991.Water Supply and Sewerage, Sixth Edition, McGrawHill Book Co., New York.

Mutoti, G., et. al., 2007.Combined Chlorine Dissipation: Pipe Material, Water Quality, and Hydraulic Effect,American Water Works Journal: 96 106.

Ramadhan, A., 2014.Analisis Hidrolika Sistem Jaringan Distribusi Air Minum di Komplek Perumahan PT.Pusri Palembang Menggunakan EPANET 2.0, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik,Universitas Sriwijaya, Palembang (tidak dipublikasikan).

Rossman, L.A., 2000.EPANET 2User Manual, EPA/600/R-00/057, National Risk Management ResearchLaboratory, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH.

Sarbatly, R.HJ. dan Krishnaiah, D., 2007.Free Chlorine Residual Content within the Drinking WaterDistribution System, International Journal of Physical Sciences,Vol. 2(8): 196-201.

Swamee, P.K., dan Sharma, A.K., 2008.Design of Water Supply Pipe Networks, John Wiley & Sons, Inc.,

New Jersey.

The American Water Works Association, Inc., 1971.Water Quality and Treatment, A Handbook of PublicWater Supplies, Third Edition, McGraw-Hill Book Co., New York.

Triatmadja, R., Al Amin, M.B., Kamulyan, B., 2010.Numerical Simulation of Water Quality in A PipeNetwork, disajikan pada The First Makassar International Conference on Civil Engineering(MICCE2010), 9 10 Maret 2010, Makassar.

Triatmodjo, B., 2003.Hidraulika II, Edisi Ketiga, Beta Offset, Yogyakarta.

Trifunovi, N., 2006. Introduction to Urban Water Distribution, UNESCO-IHE Lecture Note Series, Taylorand Francis, London.

Walski, T.M., et. al.,Advance Water Distribution Modeling and Management, Bentley Institute Press.World Health Organization, 2011. Guidelines for Drinking-Water Quality, Fourth Edition, WHO Press,

Malta.

Simulasi Hidraulika Sisa Klorin

Documents

Transcript of Simulasi Hidraulika Sisa Klorin