Mengatasi Kehilangan Energi Primer yang Berlebihan pada Jaringan Pipa Distribusi Air Menggunakan Model Komputer WaterGEMS

 ABSTRAK

Kehilangan energi yang berlebihan (terlalu besar) mengakibatkan penurunan energi tekanan pada air yang mengalir di sepanjang pipa secara drastis sehingga energi tekanan sisa di hilir saluran menjadi sangat kecil dan bahkan dapat menjadi negatif. Hal ini dapat menyebabkan sistem jaringan pipa tidak mampu mendistribusikan air ke semua titik dengan tekanan yang cukup. Makalah ini membahas cara untuk mengatasi kehilangan energi primer yang berlebihan pada jaringan pipa distribusi air melalui pemodelan komputer. Program yang digunakan adalah WaterGEMS v8i. Hasil simulasi menunjukkan bahwa tekanan negatif di setiap node sangat dipengaruhi oleh besarnya kehilangan energi primer. Pembesaran diameter pipa secara tepat dapat memperbaiki kapasitas sistem jaringan pipa sehingga kehilangan energi primer menjadi relatif kecil serta tekanan di setiap node menjadi positif.

Kata Kunci : Jaringan pipa, kehilangan energi, sistem distribusi, WaterGEMS

Selengkapnya di Repository Universitas Sriwijaya: http://eprints.unsri.ac.id/1470/

Tutorial EPANET 2.0 (Dasar)

Permasalahan klasik aliran dalam jaringan pipa menyebutkan bahwa debit aliran dan energi tekanan titik dalam jaringan pipa merupakan parameter yang hendak diketahui. Dua persamaan dibutuhkan untuk menyelesaikan permasalahan ini. Persamaan pertama mensyaratkan konservasi debit (kontinuitas) terpenuhi di setiap node pipa (junction). Persamaan kedua merupakan hubungan nonlinier antara debit dan kehilangan energi di
setiap pipa, seperti persamaan Darcy-Weisbach dan Hazen – Williams. Kapan pun sebuah jaringan terdiri dari loop, persamaan-persamaan tersebut membentuk pasangan persamaan
nonlinier. Persamaan ini hanya dapat diselesaikan menggunakan metode iterasi, yang bahkan untuk sebuah jaringan yang kecil membutuhkan bantuan komputer. Karena umumnya jaringan pipa terdiri dari loop, program komputer menjadi suatu kebutuhan
untuk menganalisis perilaku hidraulika jaringan pipa tersebut.

Tutorial ini akan membahas penggunaan program komputer EPANET untuk analisis jaringan pipa sederhana (dasar). Klik tautan berikut: Tutorial EPANET 2.0 (Dasar)

Consultation Meeting for Preparing Establishment of Study Center on Integrated Energy and Environment in South East Asia

Universitas Sriwijaya (Unsri) melalui Fakultas Teknik (FT) semakin memantapkan langkah untuk membangun Pusat Studi Bidang Energi dan Lingkungan di Asia Tenggara. Hal ini ditunjukkan dengan telah dilakukannya acara Rapat Konsultasi pada Rabu, 28 Desember 2011. Rapat Konsultasi yang bertemakan¬† “Let’s Handle Energy Crisis and Global Warming – Climate Change Together” tersebut mengundang beberapa perwakilan dari negara tetangga di Asia Tenggara, diantaranya yang hadir adalah Malaysia dan Filipina. Selain itu, turut hadir juga beberapa perwakilan dari perguruan tinggi di Indonesia, diantaranya adalah UGM, Undip, ITS, dsb.

Presentasi oleh Dekan FT Unsri, Prof. Dr. Ir. H. M. Taufik Toha, DEA

Acara yang bertempat di Hotel Aston Palembang tersebut dibuka oleh Rektor Unsri yang disambung dengan presentasi dan pemaparan oleh Dekan FT Unsri mengenai gambaran dan deskripsi terkini kondisi FT Unsri. Kesimpulan presentasi tersebut adalah menunjukkan “Mengapa Unsri Dapat Menjadi Pusat Studi Bidang Energi dan Lingkungan di Asia Tenggara?”. Pada saat ini, FT Unsri telah dan tengah membangun beberapa gedung yang khusus digunakan sebagai pusat studi, diantaranya adalah Grha Pertamina sebagai Pusat Studi Minyak, Gas, dan CBM (selesai, 2 lantai); Grha PTBA (selesai 2 lantai), Pusat Kajian Batubara (proses, 6 lantai), dan Gedung Integrated Energy and Environment (proses, 12 lantai). Tidak hanya sebagai pusat studi, FT Unsri juga berencana mendirikan program doktor bidang energi dan lingkungan yang merupakan pertama dan satu-satunya di Indonesia.

Rapat konsultasi tersebut pada intinya membahas mengenai program dan cakupan dari pusat studi energi dan lingkungan yang akan didirikan, program doktor bidang energi dan lingkungan, serta konferensi internasional tahunan bidang energi dan lingkungan di Asia Tenggara. Hasil dari rapat konsultasi tersebut akan ditindaklanjuti dengan penyelesaian secepatnya gedung pusat studi, pembuatan draft kurikulum, silabus, program, dan dosen untuk pendirian program doktor, serta rencana konferensi internasional pertama yang akan diselenggarakan di Unsri pada Mei 2013, dimana deklarasi akan dimulai pada April 2012. Dekan FT Unsri sendiri yakin dan menyatakan sanggup untuk mendanai kegiatan tersebut melalui sponsor berikut akomodasi 2 orang perwakilan dari setiap negara Asia Tenggara. Hal ini dapat dimaklumi mengingat FT Unsri memiliki dukungan dari berbagai stakeholders melalui alumni, diantaranya perusahaan besar seperti PT. Freeport Indonesia, PT. Pertamina, PT. Bukit Asam, PT. Medco Energy, serta dari pemerintah Kota Palembang.

Hal di atas tentunya akan membawa manfaat dan keuntungan besar bagi Sumatera Selatan sebagai lumbung energi dan pangan nasional khususnya dan Indonesia serta negara-negara di Asia Tenggara pada umumnya. Bagi Unsri sendiri, kerjasama tersebut akan meningkatkan citra Unsri di mata dunia yang sesuai dengan tujuan Unsri menuju World Class University. Semoga segera tercapai.

Mengapa Kita Merasa Lebih Sulit Meminum Air Kemasan Menggunakan Sedotan yang Berdiameter Kecil?

Ada satu hal yang membuat saya agak kesulitan dalam menjelaskan prinsip aliran dalam saluran tertutup (pipa) kepada mahasiswa, yaitu masalah kehilangan energi. Biasanya penjelasan akan lebih mudah dipahami apabila disertai ilustrasi yang lebih mudah untuk dimengerti. Mungkin analogi masalah tersebut dapat saya jelaskan dari fenomena umum, kecil, sederhana, dan bahkan sering kita alami sehari-hari, yaitu meminum air kemasan menggunakan sedotan.

Demonstrasi sederhana untuk memahami kehilangan energi dapat kita lakukan sebagai berikut.

  1. Ambil dua buah air minum kemasan, bisa berupa botol atau gelas (cup).
  2. Kemudian ambil dua buah sedotan yang memiliki diameter berbeda. Salah satu sedotan memiliki diameter yang lebih besar dibandingkan dengan sedotan lainnya.
  3. Ambil satu sedotan yang berdiameter lebih kecil, kemudian gunakan untuk minum dari salah satu air minum kemasan tadi. Habiskan.
  4. Selanjutnya sedotan yang kedua (berdiameter lebih besar) gunakan juga untuk meminum air kemasan lainnya. Habiskan.
  5. Rasakan perbedaannya.

Seharusnya kita akan merasakan lebih sulit menghabiskan air minum kemasan tersebut apabila menggunakan sedotan yang berdiameter lebih kecil. Sebaliknya, akan lebih mudah apabila menggunakan sedotan yang berdiameter lebih besar. Pada sedotan berdiameter kecil, kita memerlukan usaha yang lebih (hisapan yang lebih kuat) dibandingkan dengan apabila menggunakan sedotan yang berdiameter lebih besar. Mengapa demikian? Jawabannya adalah karena kehilangan energi yang terjadi selama air mengalir dalam sedotan. Kehilangan energi sangat dipengaruhi oleh diameter sedotan tadi.

Prinsip kehilangan energi akibat gesekan (friksi) dalam saluran pipa dapat dijelaskan pada persamaan Darcy-Weisbach berikut.

dimana:
hf = kehilangan energi
f = faktor gesekan, yang tergantung dari angka Reynolds, diameter, dan kekasaran pipa
L = panjang pipa
Q = debit aliran
D = diameter pipa
g = gaya gravitasi

Perhatikan bahwa kehilangan energi berbanding lurus dengan debit aliran (hf : Q^2), dan kehilangan energi berbanding terbalik dengan diameter pipa (hf : 1/D^5). Semakin besar debit aliran dalam pipa, semakin besar juga kehilangan energi. Semakin kecil diameter pipa, maka semakin besar kehilangan energi. Artinya, dengan debit aliran yang sama, dengan diameter pipa yang semakin kecil, kehilangan energi akan menjadi semakin besar. Pengaruh diameter tersebut sangat signifikan dimana kehilangan energi fungsi lima kalinya diameter pipa.

Jika nilai kehilangan energi tersebut kita masukkan ke dalam persamaan Bernoulli (lihat Prinsip Dasar Aliran Melalui Pipa) untuk sebuah pipa dengan dua penampang pada ujung-ujung pipa tersebut, maka persamaan energi (mengabaikan kehilangan energi sekunder) dapat ditulis sebagai berikut:

z1 + h1 + (V1^2/2g) = z2 + h2 + (V2^2/2g) + hf

z1 = elevasi titik 1
h1 = tinggi tekanan hidraulik di titik 1
v1 = kecepatan aliran di titik 1
z1 = elevasi titik 2
h2 = tinggi tekanan hidraulik di titik 2
v2 = kecepatan aliran di titik 2

Untuk kasus meminum air kemasan di atas, kita anggap bahwa titik 1 (hulu) merupakan penampang pipa di dalam air (kemasan). Sedangkan titik 2 (hilir) merupakan penampang pipa di dalam mulut. Air mengalir dari dalam kemasan ke mulut (hulu ke hilir).

Semakin besar kehilangan energi (hf), membuat tekanan hidraulik di titik 1 (h1) menjadi semakin besar pula. Tekanan tersebut dihasilkan oleh daya hisap yang diberikan oleh mulut. Semakin besar daya hidap, semakin besar pula tekanan hidraulik di titik 1. Oleh karena itu, agar air dapat mengalir dari kemasan ke mulut dengan lancar, maka dibutuhkan daya hisap yang cukup untuk memberikan tekanan dalam kemasan. Dengan demikian, apabila diameter sedotan terlalu kecil, maka dibutuhkan daya hidap yang lebih besar untuk menghasilkan tekanan yang lebih besar pula dibandingkan dengan apabila menggunakan diameter yang lebih besar.

Kajian Sistem Drainase Perkotaan Menggunakan SWMM

Pada tulisan kali ini, saya akan memberikan satu bagian dari modul “Drainase Perkotaan” yang saya tulis sendiri, yaitu tentang kajian sistem drainase perkotaan menggunakan software SWMM. Bab ini pada dasarnya memberikan penjelasan dasar (tutorial) penggunaan SWMM dalam memodelkan suatu sistem drainase yang sederhana. Modul ini sebelumnya telah saya sampaikan untuk mata kuliah Drainase Perkotaan di Jurusan Teknik Sipil FT UNSRI. Dengan bekal keinginan untuk berbagi pengetahuan, memperoleh masukan, dan bahkan koreksi dari pembaca yang tentu akan membantu saya dalam meningkatkan kualitas pengajaran di bidang drainase perkotaan.

Materi kajian sistem drainase perkotaan menggunakan SWMM dapat diunduh disini : Tutorial SWMM 5 (Dasar).

1 2 3 4