Aplikasi Epanet 2.0 dalam Analisa Jaringan Distribusi Air Bersih

II.5 Aplikasi Epanet 2.0 dalam Analisa Jaringan Distribusi Air Bersih

Pada awalnya, software jaringan distribusi hanya digunakan untuk melakukan desain awal sistem distribusi. Dengan software yang un-user friendly membuat operator enggan untuk menggunakan software-software distribusi tersebut dalam menganalisis kondisi jaringannya. Namun seiring dengan perkembangan teknologi, software distribusi telah berkembang sehingga menjadi lebih mudah digunakan. Dengan software distribusi, operator dapatmensimulasikan berbagai kemungkinan pengoperasian jaringan tanpa harus turun kelapangan dan bahkan tanpa harus mengganggu kesinambungan pelayanan terhadap pelanggan. Jika pada awalnya operator harus turun ke lapangan dan mengumpulkan data sebanyak mungkin untuk mengetahui gambaran jaringannya maka kini operator hanya perlu turun ke Pada awalnya, software jaringan distribusi hanya digunakan untuk melakukan desain awal sistem distribusi. Dengan software yang un-user friendly membuat operator enggan untuk menggunakan software-software distribusi tersebut dalam menganalisis kondisi jaringannya. Namun seiring dengan perkembangan teknologi, software distribusi telah berkembang sehingga menjadi lebih mudah digunakan. Dengan software distribusi, operator dapatmensimulasikan berbagai kemungkinan pengoperasian jaringan tanpa harus turun kelapangan dan bahkan tanpa harus mengganggu kesinambungan pelayanan terhadap pelanggan. Jika pada awalnya operator harus turun ke lapangan dan mengumpulkan data sebanyak mungkin untuk mengetahui gambaran jaringannya maka kini operator hanya perlu turun ke

Epanet adalah salah satu software distribusi yang user friendly dan banyak digunakan untuk menganalisa jaringan sistem distribusi. Epanet 2.0 adalah program komputer yang berbasis windows yang merupakan program simulasi dari perkembangan waktu dari profil hidrolis dan perlakuan kualitas air bersih dalam suatu jaringan pipa distribusi, yang didalamnya terdiri dari titik/node/junction pipa, pompa, valve (asesoris) dan reservoir baik ground reservoar maupun reservoir menara. Output yang dihasilkan dari program Epanet 2.0 ini antara lain debit yang mengalir dalam pipa, tekanan air dari masing masing titik/node/junction yang dapat dipakai sebagai analisa dalam menentukan operasi instalasi, pompa dan reservoir serta besarnya konsentrasi unsur kimia yang terkandung dalam air bersih yang didistribusikan dan dapat digunakan sebagai simulasi penentuan lokasi sumber sebagai arah pengembangan. Epanet 2.0 didesain sebagai alat untuk mengetahui perkembangan dan pergerakan air serta degradasi unsur kimia yang terkandung dalam air di pipa distribusi air bersih, yang dapat digunakan untuk analisa berbagai macam sistem distribusi, detail desain, model kalibrasi hidrolis. Analisa sisa khlor dan beberapa unsur lainnya.

II.5.1 Permodelan dengan Software Epanet 2.0

Epanet 2.0 adalah program komputer yang dapat menampilkan simulasi hidrolis dan kualitas air pada jaringan pipa bertekanan. Jaringan tersebut terdiri dari pipa, node atau junction pipa, pompa, valve, tengki penampungan atau reservoir. Epanet dapat mengidentifikasi aliran air dalam setiap pipa, tekanan pada setiap node, ketinggian air pada tangki, dan konsentrasi senyawa kimia dalam jaringan selama periode simulasi. Epanet didesain untuk membantu analisis sistem distribusi air minum, sehingga dapat digunakan untuk hal-hal berikut ini (Manual Epanet 2.0):

1. Pemilihan sumber pada sistem.

2. Pemilhan pompa beserta jadwal kerjanya.

3. Penentuan treatment tambahan, misalnya re-chlorinisasi.

4. Penentuan pipa yang perlu ditambahkan atau diganti.

Hasil analisis running Epanet dapat berupa peta jaringan dengan kode warna, tabel, grafik time-series, kontur plot dan lain-lain. Kemampuan permodelan hidrolik Epanet adalah sebagai berikut :

1. Jaringan seluas mungkin, tanpa batasan-batasan tertentu.

2. Menghitung friction headloss, dengan menggunakan persamaan Hazen- Williams, Darcy-Weisbach atau Chezzy-Manning.

3. Menghitung minor losses untuk bend, fitting, dll.

4. Menghitung biaya dan energi pompa.

5. Memodelkan berbagai jenis valve.

6. Memungkinkan tangki penampungan dengan segala bentuk.

7. Memperhitungkan berbagai kategori demand pada setiap node dengan pattern dan variasi waktu masing-masing.

8. Memodelkan berbagai emitter. 9. Dapat beroperasi pada sistem yang kompleks dengan berbagai batasan.

II.5.2 Langkah-Langkah Menggunakan Epanet 2.0

Langkah-langkah untuk mulai bekerja menggunakan EPANET 2.0 adalah sebagai berikut :

1) Gambarkan jaringan sistem distribusi yang akan dianalisa, atau import data dasar dari jaringan yang tersimpan dalam text file.

2) Edit properties dari objek yang membentuk sistem.

3) Gambarkan sistem operasi.

4) Pilih dan atur analisis option. 5) Run analisis hidrolik. 6) Lihat hasil analisis.

II.5.3 Model Jaringan Epanet

Epanet memodelkan sistem distibusi air sebagai kumpulan garis yang menghubungkan node-node. Garis tersebut menggambarkan pipa, pompa dan katup kontrol. Node menggambarkan sambungan, tangki, dan reservoir. Gambar II.7 mengilustrsikan bagaimana node-node dan garis dapat dihubungkan satu dengan lainnya.

Gambar II.7 Hubungan antar komponen fisik dalam Epanet (Manual user software Epanet 2.0)

Komponen-komponen fisik dalam pemodelan sistem distribusi air dengan Epanet antara lain :

1) Sambungan (junction) Sambungan (junction) adalah titik pada jaringan dimana link-link bertemu dan dimana air memasuki atau meninggalkan jaringan. Input dasar yang dibutuhkan bagi sambungan (junction) adalah:  Elevasi pada semua referensi (biasanya rata-rata muka air laut)  Kebutuhan air  Kualitas air saat ini

Hasil komputasi buat sambungan (junction) pada seluruh periode waktu simulasi adalah :  Head Hidrolis (energi internal per satuan berat dari fluida)  Tekanan (pressure)  Kualitas Air

Sambungan (junction) juga dapat :  Mengandung kebutuhan air (demand) yang bervariasi terhadap waktu  Memiliki kategori kebutuhan air secara ganda

 Memiliki harga kebutuhan negatif yang mengindikasikan air memasuki jaringan  Menjadi sumber kualitas air dimana terdapat kandungan yang memasuki jaringan  Memiliki lubang pengeluaran (sprinkler) yang menjadikan laju aliran bergantung kepada pressure.

Berikut Gambar II.8 dapat dilihat tampilan dari input data pada software Epanet

Gambar II.8 Properties editor untuk input data pada junction (Manual user software Epanet 2.0)

2) Reservoir Reservoir adalah node yang menggambarkan sumber eksternal yang terus menerus mengalir ke jaringan. Digunakan untuk menggambarkan seperti danau, sungai, akuifer air tanah, dan koneksi dari sistem lain. Reservoir juga dijadikan titik sumber kualitas air. Input utama untuk reservoir adalah head hidrolis (sebanding dengan elevasi permukaan air jika bukan reservoir bertekanan) dan inisial kualitas air untuk analisa kualitas air. Karena sebuah reservoir adalah sebagai poin pembatas dalam jaringan, tekanan dan kualitas airnya tidak dapat dipengaruhi oleh apa yang terjadi di dalam jaringan. Berikut ditunjukkan properties editor untuk input data pada reservoir pada Gambar II.9.

Gambar II.9. Properties editor untuk input data pada reservoir (Manual user software Epanet 2.0)

3) Tangki Tangki membutuhkan node dengan data kapasitas, dimana volume air yang tersimpan dapat bervariasi berdasar waktu selama semulasi berlangsung. Input data yang dibutuhkan untuk node tank adalah :  Elevation, ketinggian permukaan tanah pada titik node Tank berada.  Initial level, tinggi muka air pada tank pada saat awal simulasi dilakukan.  Minimum level, tinggi muka air minimum yang diizinkan untuk dapat

digunakan pada simulasi.  Maximum level, tinggi muka air maksimum yang diizinkan untuk dapat digunakan pada simulasi.  Diameter, diameter tangki untuk tangki yang berbentuk silindris. Untuk tangki yang berbentuk non silindris penyesuaian bentuk tangki dapat dilakukan dengan mengatur minimum volume, volume curve (dengan menetukan kurva hubungan volume air tank dengan ketinggian muka air).

Data lain yang dapat ditambahkan antara lain adalah :

1) Mixing model, menunujukkan tipe atau model pencampuran yang terjadi didalam tangki. Model pencampuran yang dapat digunakan antara lain : fully mixed (mixed), two compartment mixing (2COMP), first-in-first-out plug flow (FIFO), last-in-first-out plug flow (LIFO).

2) Reaction Cefficient, merupakan koefisien reaksi untuk reaksi kimia di dalam tangki. Satuan yang digunakan adalah l/hari. Nilai positif untuk reaksi pertumnuhan dan nilai negatif untuk reaksi pengurangan atau kehilangan.

3) Initial Quality dan Source Quality, merupakan input untuk memodelkan parameter kualitas air msalnya konsentrasi chlorine.

Adapun output dari node tank adalah net inflow (debit neto aliran pada tangki), elevation (tinggi muka air), pressure (tekanan hidrolik air) dan quality (kualitas atau konsentrasi parameter air). Berikut ditunjukkan properties editor untuk

input data pada tangki pada Gambar II.10.

Gambar II.10. Properties editor untuk input data pada tangki

(Manual user software Epanet 2.0)

4) Emitter Emitter adalah junction untuk memodelkan aliran melalui nozzle atau orrifice yang ter-discharge ke atmosfer. Emitter biasa digunakan untuk memodelkan aliran melalui sistem sprinkler dan jaringan irigasi. Bisa juga digunakan untuk simulasi kebocoran pada pipa. Epanet membaca emitter sebagai property dari junction, bukan sebagai komponen jaringan tersendiri.

5) Pipes Pipes atau pipa adalah link yang digunakan untuk mengalirkan air dari suatu node ke node yang lainnya pada suatu sistem jaringan perpipaan. Epanet akan mengasumsikan bahwa pipa akan selalu terisi penuh. Arah aliran adalah dari titik 5) Pipes Pipes atau pipa adalah link yang digunakan untuk mengalirkan air dari suatu node ke node yang lainnya pada suatu sistem jaringan perpipaan. Epanet akan mengasumsikan bahwa pipa akan selalu terisi penuh. Arah aliran adalah dari titik

adalah inci atau milimeter.  Roughness, koefisien kekasaran pipa untuk menghitung head loss.

Input data lain yang dapat ditambahkan sebagai pelengkap adalah :

1) Loss coefficient, koefisien untuk menghitung minor losses karena perlengkapan pipa seperti valve, bends, elbow dan sebagainya.

2) Initial status, status alitan air dalam pipa. Misalnya: open (aliran dua arah), closed (tertutup), dan CV atau check valve (aliran satu arah).

3) Bulk and Wall Coefficient, koefisien reaksi yang terjadi dalam pipa. Biasanya diterapkan untuk aliran yang memiliki parameter kualitas air, seperti konsentrasi klorin.

Data output dari junction pipa adalah :  Flow (debit aliran)  Velocity (kecepatan aliran)  Unit head loss (head loss aliran dalam pipa)  Friction facrot darcy-weisbach  Reaction rate  Quality, kualitas parameter didalam aliran seperti konsentrasi klorin.  Status, status atau keadaan aliran dalam pipa.

Berikut ditunjukkan properties editor input data pipa pada Gambar II.11. Kehilangan tekanan (head loss) akibat gesekan air dengan dinding pipa dapat dihitung menggunakan persamaan Hazen Williams, Darcy-Weisbach atau Chezzy-Manning . Formula Hazen-Williams banyak digunakan di Amerika Serikat. Persamaan ini dapat diterapkan untuk air dengan aliran turbulen.

Gambar II.11 Properties editor untuk input data pada pipa (Manual user software Epanet 2.0)

Secara teoritis, persamaan Darcy-Weisbach adalah yang teerbaik. Persamaan ini dapat diterapkan untuk cairan lain, selain air. Persamaan Chezzy-Manning banyak digunakan untuk aliran pada saluran terbuka. Koefisien resistensi dan nilai eksponensial flow untuk masing-masing persamaan dapat dinyatakan dengan persamaan Chezzy-Manning berikut:

4,66 n 2 LQ 2

HL =

Persamaan II.5

Dimana : HL

= head loss dalam feet Q = debit aliran dalam cfs L = panjang pipa dalam feet

D = diameter pipa dalam feet n = koefisien kekasaran Manning.

Persamaan Darcy-Weisbach, menurut Kodoatie (2002) :

H f Lv = f Persamaan II.6

Dimana : Hf = head loss (satuan panjang) Dimana : Hf = head loss (satuan panjang)

d = diameter pipa (satuan panjang) v = kecepatan aliran (satuan panjang/satuan waktu)

f = faktor gesekan (tanpa satuan)

Persamaan Hazen-Williams, menurut Kodoatie (2002) : HL = 4,727 L Q 1,852 4,871 Persamaan II.7

C 1,852 D

Dimana : HL = headloss dalam feet Q = debit aliran dalam cfs L = panjang pipa dalam feet

D = diameter pipa dalam feet

C = koefisien kekasaran (faktor Hazen-Williams)

Setiap persamaan memiliki koefisien kekasaran masing-masing. Koefisien kekasaran untuk berbagai jenis pipa berdasarkan umur materialnya dapat dilihat dalam Tabel II.7 berikut :

Tabel II.7 Koefisien kekasaran untuk berbagai jenis pipa

(Manual user software Epanet 2.0)

Hazen-Williams Darcy-Weisbach Material

Manning‘s

C (unitless) e (milifeet) n (unitless) Cast iron

0.85 0.012-0.015 Concrete or concrete lined

130-140

1.0-10 0.012-0.017 Galvanized iron

120-140

0.5 0.015-0.017 Plastic

0.005 0.011-0.015 Steel

140-150

0.15 0.015-0.017 Vitrified clay

Losses Minor Head Losses , disebut juga local losses, atau dalam Epanet 2.0 sebagai loss coefficient, disebabkan oleh kehilangan tekanan pada pipa karena perlengkapan perpipaan seperti belokan-belokan, valve dan berbagai fitting lainnya. Epanet 2.0 akan menghitung minor losses dengan cara menambahkan Losses Minor Head Losses , disebut juga local losses, atau dalam Epanet 2.0 sebagai loss coefficient, disebabkan oleh kehilangan tekanan pada pipa karena perlengkapan perpipaan seperti belokan-belokan, valve dan berbagai fitting lainnya. Epanet 2.0 akan menghitung minor losses dengan cara menambahkan

losses untuk beberapa tipe fitting Epanet 2.0 dapat dilihat dalam Tabel II.8:

Tabel II.8 Nilai koefisien minor losses untuk beberapa tipe fitting Epanet

(Manual user software Epanet 2.0)

Fitting Loss Coefficient Globe valve, fully open

10 Angle valve, fully open

5 Swing check valve, fully open

2,5 Gate valve, fully open

0,2 Short radius elbow

0,9 Medium radius elbow

0,8 Long radius elbow

0,6

45 degree elbow 0,4 Closed return elbow

2,2 Standard tee – flow through run

0,6 Standard tee – flow through branch

1,8 Square entrance

0,5 Exit

6) Pumps Pumps atau Pompa adalah link yang memberi tenaga ke fluida untuk menaikkan head hidrolis nya. Input parameternya adalah node awal dan akhir, dan kurva

pompa (kombinasi dari head dan aliran dimana pompa harus memproduksinya). Parameter output yang prinsip adalah aliran dan pencapaian head. Berikut ditunjukkan properties editor untuk input data pompa pada Gambar II.12.

Gambar II.12 Properties editor untuk input data pada pompa (Manual user software Epanet 2.0)

Pompa dengan kecepatan variabel dapat juga mengikuti pengaturan kecepatan, dan dapat diubah pada kondisi yang sama. Didefinisikan kurva pompa asli pengaturan kecepatan relatif adalah 1. Jika kecepatan pompa ganda, pengaturannya haruslah 2; jika berjalan dengan kecepatan setengahnya, pengaturan relatif adalah 0,5 dan begitulah seterusnya. Mengubah kecepatan pompa dan posisi serta bentuk dari pompa kurva (lihat bagian dari Pump Curve dibawah). Pompa juga dapat diatur hidup dan mati dalam pengaturan waktu atau dalam kondisi yang pasti muncul dalam jaringan. Operasional pompa dapat juga dijelaskan dengan menetapkannya dalam pola waktu atau relatif terhadap pengaturan kecepatan.Setiap pompa dapat ditetapkan dengan kurva efisiensi dan skedul harga energi. Jika tidak disuplai, maka pengaturan energi global dapat digunakan. Aliran melalui pompa adalah tidak langsung. Jika pengkondisian sistem membutuhkan lebih banyak head daripada yang dihasilkan pompa, Epanet mematikan pompa. Jika kebutuhannya melebihi meksimum aliran, Epanet mengekstarpolasi kurva pompa kepada aliran yang dibutuhkan, jika tidak akan menghasilkan head negatif.

7) Valves

Valve adalah link yang membatasi pressure atau flow pada nilai tertentu dalam sebuah jaringan. Input yang penting dimasukkan adalah:  Start dan end node, untuk menentukan orientasi arah aliran air dalam pipa  Diameter valve  Tipe valve  Setting valve

Input lainnya adalah loss coefficient. Output link valve adalah flowrate, velocity, headloss, quality dan status link. Berbagai tipe link valve dalam Epanet 2.0 adalah Pressure Reducing Valve (PRV), Pressure Sustaining Valve (PSV), Pressure Breaker Valve (PBV), Flow Control Valve (FCV), Throttle Control Valve (TCV), dan General Purpose Valve (GPV).