LOGO

HIDROLIKA 3

ENERGI AIR DAN PERSAMAAN BERNOULLI

Oleh : Gigih Yuli Asmara, ST.

Staf NRW

a.       Energi Air

               Setiap benda / zat mempunyai energi atau dengan kata lain setiap benda mempunyai kemampuan untuk melakukan kerja, begitu juga air mempunyai energi. Energi air merupakan salah satu dasar Hidrolika Perpipaan.

               Untuk memberi gambaran yang mudah mengenai pengertian energi bisa diperhatikan contoh berikut ini :

1.      Sebuah batu kita lempar ke atas sehingga dapat menempuh jarak dengan kecepatan tinggi, yang berarti batu tersebut mempunyai energi kecepatan karena bila mengenai kaca jendela dapat memecahkannya, berarti dapat melakukan kerja.

2.      Setelah batu tersebut menempuh ketinggian tertentu akan kembali jatuh / bergerak turun yang berarti batu tersebut mempunyai energi ketinggian karena bila mengenai kaca yang ada di bawah bisa pecah, berarti dapat melakukan kerja.             

               Sama dengan contoh di atas, maka air juga dapat mempunyai bentuk energi kecepatan dan energi ketinggian.

               Air merupakan zat berbentuk cairan, maka air juga dapat ditekan di dalam pipa, maka air juga mempunyai bentuk energi tekanan, karena bila tekanannya lebih besar dari kekuatan pipa dapat memcahkan pipa, berarti dapat melakukan kerja.

               Dengan begitu air mempunyai 3 ( tiga ) bentuk energi yakni :

i.        Energi kecepatan

ii.      Energi ketinggian

iii.    Energi tekanan

Secara matemetika besarnya energi tersebut dinyatakan sebagai berikut :

                                                               

i.    Energi kecepatan         =      V²   / 2g

                                                           

                                      

ii.   Energi ketinggian          =     h

                                               

iii.  Energi tekanan              =   P / W

                                                             

Dimana   :

V   =    Kecepatan Aliran ( m/dt )

g    =    Percepatan Gravitasi Bumi ( m/dt² )

h    =    Ketinggian ( m )

P    =    Tekanan ( N/m² )

W  =    Berat Jenis Air ( N/m³ )

Dalam system satuan SI semua bentuk energi air dinyatakan dalam satuan meter     ( m ), sehingga energi tekanan dapat juga disebut sebagai tinggi tekan atau ketinggian tekanan atau pressure head.

b.      Persamaan Bernoulli

            Pada dasarnya suatu energi tidak dapat hilang tetapi dapat berubah bentuk misalnya energi kecepatan dapat dirubah bentuk menjadi energi ketinggian dan sebaliknya, energi tekanan dapat berubah bentuk menjadi energi kecepatan dan sebaliknya.

            Untuk membayangkan bagaimana perubahan bentuk energi tersebut bias memperhatikan contoh batu yang dilempat tadi ( pembahasan sebelumnya ).

            Ketiga bentuk energi ini dapat dijumlahkan yang disebut energi total yakni :

Energi Total   =   Energi Kecepatan   +   Energi Tekanan   +   Energi Ketinggian

atau ditulis :

           H =      V² / 2g    +  P / W + h

           

            Adapun teori kekekalan energi dari Bernoulli berbunyi ” Jika tidak ada energi yang masuk atau yang keluar di dalam suatu sistem, kecuali yang melalui potongan 1 – 1 dan 2 – 2  pada bentuk gambar di bawah ini, maka energi totalnya tetap konstan.

                           Kekekalan  energi dari teori Bernoulli ini selanjutnya biasa disebut sebagai Persamaan Bernoulli.

HIDROLIKA 2

Hukum Kontiuitas

Oleh : Gigih Yuli Asmara, ST.

Staf NRW



      Bayangkan bahwa air sedang mengalir terus menerus di dalam pipa yang mempunyai luas penampang A 
     ( m² ), kecepatan aliran air V ( m/dt ), kemudian bayangkan juga sebuah partikel kecil dibawa oleh aliran air tersebut dan pada suatu saat berada pada potongan 1 – 1.

 

      Dengan kecepatan aliran air sebesar V ( m/dt ), maka satu detik kemudian partikel tersebut berada pada potongan 2 – 2 yang berarti semua air yang terdapat diantara potongan 1 – 1 dengan 2 – 2 telah melewati potongan 2 – 2. Aliran / debit ( Q ) di dalam pipa adalah jumlah / kuantitas air yang lewat dalam tiap detik atau sama dengan volume air antara potongan 1 – 1 dengan potongan 2 – 2 maka :

     

     Q     =     A     x      V

      Dimana   :     Q   =    Aliran / debit air ( m³/dt )

                           A   =    Luas penampang pipa ( m² )

                           V   =    Kecepatan aliran ( m/dt )

      Hukum kontinuitas menyatakan bahwa pada suatui aliran air di dalam pipa, jumlah air yang masuk sama dengan jumlah air yang keluar.

                     Untuk memudahkan pengertian dari hukum kontinuitas bisa lihat pada contoh berikut ini :

1.      Pipa Tunggal Diameter Tetap   

Tidak ada air yang masuk atau keluar dari sistem kecuali melalui potongan 1 – 1 dan  2 – 2, maka berlaku hukum kontinuitas :

         Q₁              =             Q₂

         A₁V₁          =             A₂V₂

         A₁              =             A₂    ( Diameter pipa sama )

maka                   :

         V₁              =             V₂    

2.   Pipa Tunggal Diameter Berubah     

    Tidak ada air yang masuk atau keluar dari sistem kecuali melalui potongan 1 – 1 dan  2 – 2, maka berlaku hukum kontinuitas :

         Q₁              =             Q₂

         A₁V₁          =             A₂V₂

         A₁ tidak sama dengan A₂

         V₁ tidak sama dengan V₂   

                                       A₂      V₂

         V₁              =            

                                            A₁  

                                       A₁      V₁

         V₂              =            

                                            A₂  

      3.   Pipa Bercabang Dua

            Tidak ada air yang masuk atau keluar dari sistem kecuali melalui potongan 1 – 1, 2 – 2 dan 3 – 3, maka berlaku hukum kontinuitas :      

                     Q₁              =             Q₂     +    Q₃

            A₁  V₁           =          A₂  V₂    +   A₃  V₃                 

HIDROLIKA 1

Komponen Dasar dari Aliran Air

oleh : Gigih Yuli Asamara ST.

Staf NRW



1.      Aliran Air

               Sebuah batu dilepas pada ketinggian tertentu maka batu tersebut akan jatuh ke bumi atau dengan kata lain batu tersebut berpindah tempat. Perpindahan dengan sendirinya dari tempat yang relatif tinggi ke tempat yang relatif rendah ini disebabkan oleh adanya gravitasi ( gaya tarik bumi ).

               Demikian juga air secara alamiah akan berpindah dari tempat yang tinggi ketempat yang lebih rendah. Sekarang sebuah batu kita lempar ke atas maka batu tersebut akan bergerak dari bawah ke atas karena kita memberi tekanan yang berasal dari tenaga kita.

               Demikian juga air dapat dialirkan dari tempat yang rendah ketempat yang tinggi, asalkan kita memberi tekanan pada air tersebut, misalnya dengan pompa.

               Perpindahan air ini disebut : Aliran Air atau bisa disebut Debit Air.

2.      Kecepatan Air

               Perpindahan dari satu tempat ke tempat lain membutuhkan waktu, lama waktu yang dibutuhkan tergantung dari kecepatan bergerak. Kita sudah mengetahui bahwa air juga dapat mengalir dari satu tempat ke tempat lain, untuk mencapai  ketempat tujuan air harus mempunyai kecepatan yang biasa disebut Kecepatan Aliran Air.

               Dengan demikian kecepatan aliran air adalah jarak yang ditempuh persatuan waktu, dan untuk air yang tidak bergerak maka kecepatan aliran airnya sama dengan nol.

3.   Tekanan Air

               Air mempunyai tekanan dan tekanan ini di salurkan sama besar ke semua arah, contoh yang paling mudah untuk menyatakan adanya tekanan air bias diperagakan sebuah balon diisi air, balon akan membesar akibat adanya tekanan air tersebut.

logo

Reducing Non-Revenue Water

Reducing Non-Revenue Water
The benefits of reducing NRW include:
• need for less water to be produced, treated, and pumped, translating into the postponement of the expansion of capacity—producing less water also translates immediately into cost savings on O&M, due to savings in energy and treatment costs;
• reduction in apparent losses, which will result in more water being billed and more revenue for utilities—it has also been shown that water metering and adequate rates reduce wasteful consumption, which will likely decrease total consumption;
• adequate understanding of consumption patterns, which will allow utilities to optimize distribution systems;
• better knowledge of real consumption, which will improve demand projections; and
• reduced sewage flows and pollution.
These benefits depend on adequate pricing of water resources and services. Subsidies for water extraction, discharge of wastewater, capital investment, and operation of water supply systems lower
the cost of water as perceived by utilities and thus remove an incentive to reduce physical losses. Low water rates for consumers do not encourage utilities to meter their water consumption and detect and deter unauthorized water use. Moreover, low rates fail to provide consumers with an incentive to deal with leaks and wastage beyond their meters. It is often said that there is no point in reducing

NRW below about 20% of production, because the costs outweigh the benefits.

STEP TEST

Step test merupakan suatu metode yang diterapkan sebagai langkah penapisan (scoping) jaringan dalam upaya mempersempit wilayah/area aliran air untuk memperkirakan lokasi dan besarnya kebocoran air.

Step test dilakukan mulai dari wilayah terkecil yakni sub zona. Step test diperlukan untuk menentukan prioritas pengawasan jaringan terhadap kebocoran.

            Prinsip step test adalah sebagai berikut ;

1. Penutupan valve secara bertahap mulai dari valve terjauh secara berurutan menuju valve yang terdekat dengan distrik meter.
2. Bagian demi bagian semakin tertutup terhadap water meter sehingga aliran air menjadi nol.
3. Kemudian bagian demi bagian dibuka kembali mulai dari valve terdekat dengan distrik meter hingga valve terjauh, sebagai faktor pembanding debit pada tahap penutupan.
4. Perubahan (selisih) dan aliran air (Q) air tiap tahapan merupakan indikator adanya kebocoran secara KUALITATIF.

MANAJEMEN TEKANAN

Tekanan berhubungan dengan kebocoran, semakin tinggi tekanan, semakin tinggi kebocoran. Menurunkan tekanan berdampak langsung dengan penurunan kebocoran. Pengelolaan tekanan merupakan salah satu cara penurunan kebocoran yang paling murah dan efektif. Pengelolaan tekanan bisa mengurangi frekuensi pipa pecah, karena fluktuasi tekanan yang ektrim, dan bisa memperpanjang umur pipa.

Tingkat kehilangan air berubah-ubah sesuai dengan perubahan tekanan. Secara sederhana kebocoran pipa merupakan aliran dari dalam pipa melalui lubang kecil, yang rumus umumnya adalah;

Q = Cd x A x V                              …… a

Apabila, V =  (2gh)^0.5 , maka;

Q = Cd x A x (2gh)^0.5                           …….. b

dimana:

Q    = volume air yang keluar (m³/dt)

A    = luas lubang (m²)

V    = kecepatan (m/dt)

Cd = koefisien kontraksi

g    = gravitasi

h    = tekanan (m)

               Memahami hubungan tekanan dan kebocoran dalam sistem jaringan distribusi merupakan kunci untuk mengendalikan tingkat kehilangan air. Dengan mengurangi tekanan, secara signifikan volume kebocoran air bisa diturunkan Hubungan tekanan dan kebocoran dalam sistem jaringan pipa sangat kompleks. Bentuk lubang yang tidak teratur, pola-pola lubang yang bermacam-macam. Bentuk dan ukuran lubang mengikuti material pipa, tekanan dan gaya-gaya eksternal yang bekerja pada pipa.

            Tekanan maximum dan variasi tekanan (untuk jam pelayanan “intermittent”), sangat erat hubungannya dengan pipa pecah, oleh karena itu, menstabilkan tekanan atau pengendalian tekanan sangat penting dalam sistem dengan tekanan rendah.  

WATER BALANCE

Standard Water Balance

The major challenge facing water utilities and municipalities

is how to deal with high levels of Non-Revenue Water (NRW).

NRW is the gap between the amount of water put into the

distribution system and the amount of water for which

customers are actually billed.

High levels of NRW reflect huge volumes of water being

lost through leaks (real/physical losses), water not being

invoiced or not being accurately measured (apparent/

commercial losses) or both.

A water balance audit details how much of each type of loss

is occurring and how much it is costing the water utility. The

key concept behind this approach is that water should not

be “unaccounted-for”.

In conducting a water balance audit, a quantity is determined

for the major components of water consumption and water

loss, and a price is placed on each component in order to

assess its financial impact on the water utility. A detailed and

accurate water balance forms the basis for an effective NRW

management strategy.

WATER BALANCE

International Water Association Water Balance

The following are definitions of principal components of IWA water balance.
• System Input Volume is the annual volume put into the part of a water supply system that relates to
water balance calculation.
• Authorized Consumption is the annual volume of metered and/or non-metered water taken by
registered customers, water suppliers, and others who are implicitly or explicitly authorized to do so
for residential, commercial, and industrial purposes. It includes water that is exported.
• Water Losses can be identified by calculating the difference between system input volume and
authorized consumption. They consist of apparent losses and real losses.
• Apparent Losses result from unauthorized consumption and all types of inaccuracies associated
with metering.
• Real Losses result from losses at mains, service reservoirs, and service connections (up to the
point of customer metering). The annual volume lost through all types of leaks, bursts, and overflows
depends on their individual frequencies, flow rates, and duration.
• Non-Revenue Water is the difference between system input volume and billed authorized
consumption, and it consists of the following:
• Unbilled Authorized Consumption (usually a minor component of water balance),
• Apparent Losses, and
• Real Losses.