BAB III

SUMBER AIR BAKU DAN RANCANGAN BANGUNAN PENGAMBILAN

3.1 Sumber Air Baku dan Karakteristiknya

Air merupakan materi esensial dalam kehidupan, hal ini tampak dari

kebutuhan terhadap air untuk keperluan sehari-hari di lingkungan rumah tangga

ternyata berbeda-beda di setiap tempat, setiap tingkatan kehidupan atau setiap

bangsa dan negara. Semakin tinggi taraf kehidupan seseorang semakin meningkat

pula kebutuhan manusia akan air. Sumber air merupakan salah satu komponen

utama yang ada pada suatu sistem penyediaan air bersih, karena tanpa sumber air

maka suatu sistem penyediaan air bersih tidak akan berfungsi (Sutrisno, 2009).

Macam-macam sumber air yang dapat di manfaatkan sebagai sumber air baku

sebagai berikut :

1. Air laut

Mempunyai sifat asin, karena mengandung garam NaCl, kadar garam NaCl

dalam air laut sebesar 3%.

2. Air Atmosfer

Air yang didapat dari angkasa melalui proses presipitasi dari awan atmosfer.

Air atmosfer umumnya tidak tersedia dalam jumlah yang cukup banyak.

3. Air Permukaan

Adalah air hujan yang mengalir di permukaan bumi. Pada umumnya air

permukaan ini akan mendapat pengotoran selama pengalirannya, misalnya oleh

lumpur, batang-batang, kayu, daun-daun, kotoran industri dan lainnya. Air

permukaan ada dua macam yaitu air sungai dan air rawa. Air sungai digunakan

sebagai air minum, seharusnya melalui pengolahan yang sempurna mengingat

badan air bahwa air sungai ini pada umumnya mempunyai derajat pengotoran

yang tinggi. Debit yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan akan air minum pada

umunya dapat mencukupi. Air rawa kebanyakan berwarna disebabkan oleh

adanya zat-zat organik yang telah membusuk, yang menyebabkan warna kuning

coklat, sehingga untuk pengambilan air sebaiknya dilakukan pada kedalaman

tertentu di tengah-tengah.

21

4. Air Tanah

Air tanah adalah air yang berada di bawah tanah permukaan dalam tanah

dalam zona jenuh dimana tekanan hidrostatiknya sama atau lebih besar dari

tekanan atmosfer (Suyono, 1993:1).

5. Mata Air

Yaitu air tanah yang keluar dengan sendirinya kepermukaan tanah dalam

hampir tidak terpengaruh oleh musim dan kualitas atau kuantitasnya sama dengan

air dalam.

3.2 Sumber Air Baku yang Digunakan Dalam Perencanaan

Rancangan sistem penyediaan air minum di Kota Toshiba akan menggunakan

sumber air dari air sungai Lenovo yang lebarnya ± 20 meter dengan kedalaman

rata-rata 15 meter. memiliki debit 1,4 liter/detik. Debit kebutuhan keselurahan di

tahun 2034 sebesar 103 liter/detik. Karakteristik sungai pada umumnya mudah

tercemar oleh bahan atau zat organik dan anorganik yang dapat mempengaruhi

kesehatan pemakainya, dengan demikian diperlukan perancangan sistem dan

bangunan pengambilan air yang baik dan efisien.

3.3 Bangunan Pengambilan Air (Intake)

Intake adalah jenis bangunan pengambilan air baku yang bersumber dari air

permukaan yaitu danau/ situ/ kolam dan sungai. Untuk dapat memanfaatkan

sungai tersebut, diperlukan bangunan penangkap air/intake untuk dapat

menampung air agar dapat dialirkan melalui pipa distribusi ke daerah pelayanan.

Lokasi intake umumnya di sungai, danau dan air tanah. Dalam perencanaan lokasi

intake ada beberapa persyaratan lokasi yang harus dipertimbangkan agar intake

berfungsi secara efektif. Adapun beberapa persyaratan lokasi intake yang harus

diperhatikan yakni :

1. Mudah dijangkau.

2. Dapat memberikan air dalam jumlah yang spesifik.

3. Dapat diandalkan.

4. Aspek kontruksi : Stabilitas palung, tebing sungai dan lainnya.

5. Jarak ke BPAP/IPA.

6. Kualitas air.

22

7. Sumber pencemaran.

8. Instrusi air asin.

9. Aspek belokan sungai : Bagian sungai yang lurus merupakan pilihan yang

terbaik.

10. Aspek sungai dan banjir.

3.4 Bangunan Intake dan Jenisnya

Bangunan intake berfungsi sebagai penyadap atau penangkap air baku

yang berasal dari sumbernya, dalam hal ini sungai. Bangunan intake memiliki tipe

yang bermacam-macam, diantaranya adalah :

1. Direct Intake

Digunakan untuk sumber air yang dalam seperti sungai atau danau

dengan kedalaman yang cukup tinggi. Intake jenis ini memungkinkan

terjadinya erosi pada dinding dan pengendapan di bagian dasarnya.

2. Indirect Intake

A. River Intake

Menggunakan pipa penyadap dalam bentuk sumur pengumpul.

Intake ini lebih ekonomis untuk air sungai yang mempunyai

perbedaan level muka air pada musim hujan dan musim kemarau

yang cukup tinggi.

B. Canal Intake

Digunakan untuk air yang berasal dari kanal. Dinding chamber

sebagian terbuka ke arah kanal dan dilengkapi dengan pipa

pengolahan selanjutnya.

C. Reservoir Intake

Digunakan untuk air yang berasal dari dam dan dengan mudah

menggunakan menara intake. Menara intake dengan dam dibuat

terpisah dan diletakkan di bagian hulu. Untuk mengatasi fluktuasi

level muka air, maka inlet dengan beberapa level diletakkan pada

menara.

23

3. Spring Intake

Digunakan untuk air baku dari mata air / air tanah.

4. Intake Tower

Digunakan untuk air permukaan dimana kedalaman air berada diatas

level tertentu.

5. Gate Intake

Berfungsi sebagai screen dan merupakan pintu air pada prasedimentasi.

3.5 Komponen Intake

Beberapa hal dibawah ini merupakan komponen dari suatu intake, yaitu :

1. Bangunan sadap, yang berfungsi untuk mengefektifkan air masuk

menuju sumur pengumpul.

2. Sumur pengumpul (Sump well)

Waktu detensi pada sumur pengumpul setidaknya 20 menit atau luas

area yang cukup untuk pembersihan. Dasar sumur minimal 1 m dibawah

dasar sungai atau tergantung pada kondisi geologis wilayah perencanaan.

Konstruksi sumur disesuaikan dengan kondisi sungai dan setidaknya

terbuat dari beton dengan ketebalan minimal 20 cm atau lebih tebal.

3. Screen

Screen terdapat pada inlet sumur pengumpul, berfungsi untuk menyaring

padatan atau bentuk lainnya yang terkandung dalam air baku. Adapun

dari jenis-jenis screen dibagi menjadi dua tipe berdasarkan perbedaan

bukaan atau jarak antar bar, yaitu :

a. Saringan kasar (coarse screen)

Digunakan untuk menjaga alat-alat dan biasanya digunakan pada

pengolahan pertama. Tipenya secara umum adalah bara rack (bar

screen), coarse weir, screen, dan kominutor.

b. Saringan halus (fine screen)

Bukaan berkisar antara 2,3 – 6 mm, bahkan untuk instalasi

tertentu bisa lebih kecil dari 2,3 mm. Biasanya digunakan untuk

primary treatment atau pre treatment.

24

Pembersihannya dapat dilakukan secara manual untuk coarse

screen dan mekanis untuk fine screen. Berikut ini dapat dilihat faktor-

faktor perencanaan bar screen :

Jumlah batang (n) : n = L screen + 1 …….…...…………………(3.1)

w.batang + 1

Jumlah jarak antar batang (N) :

N = (n + 1) ……………………………………….( 3.2)

Jarak antar tengah batang ( L screen) :

L screen = b + (0,5 x w )x 2 ………………………...(3.3)

Lebar bersih :

Lebar bersih = L – (n x w) ………………………… (3.4)

Jarak bersih antar kisi :

Jarak bersih antar kisi = lebar bersih ……(3.5)

jumlah jarak antar barang

Kecepatan melalui screen (v screen)

v screen = Q …………………..(3.6)

A bukaan bersih

Headloss melalui screen (Hf screen)

Hf screen = β×(w

b )4/3

×h . υ×sin α ………………….(3.7)

dimana :

w = tebal batang (cm)

b = jarak antar batang (cm)

β = faktor bentuk batang

Q = debit (m3/dt)

L = lebar intake, m

25

n = jumlah batang

N = jumlah jarak antar batang

α = sudut bar terhadap horisontal

(Sumber : Fair, Geyer dan Okun, 1968)

Pada tabel berikut dapat dilihat faktor dari masing-masing bentuk batang:

Tabel 3.1 Bentuk Bar dan Faktor Bentuk Bar

Bentuk Bar Faktor Bentuk (β)

Shape edge rectangular 2,42

Rectangular with semicircular up stream

face circular1,83

Circular 1,79

Rectangular with semicircular up stream

and down stream face 1,67

Tear shape 0,76

(Sumber : Qosim, 1985)

4. Pompa intake (dengan Bell Mouth Strainer, pipa suction, discharge,

valve, dan aksesoris lainnya)

a. Strainer

Untuk menyaring benda-benda yang terkandung dalam air baku,

perlu direncanakan strainer pada ujung pipa suction pompa

intake.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu :

Kecepatan melalui lubang strainer = 0,15 – 0,3 m/dt, dan

dianjurkan untuk berada pada batas rendah untuk mencegah

masuknya padatan dari dasar badan air.

Bukaan pada lubang strainer antara 6 – 12 mm.

Luas area strainer adalah 2 kali dari luas total lubang.

26

Berikut ini dapat dilihat faktor-faktor perencanaan dari strainer :

Diameter strainer (D) :

D = 1,5 – 2 x Dsuction …………………………. (3.8)

Jarak strainer dari dasar intake (s) :

s = ½ Dstrainer ………………………………. (3.9)

Jarak ujung strainer ke permukaan air (S) :

S = 1,5 x Dstrainer ………………………………(3.10)

Jarak strainer ke dinding intake (x) :

x = ¼ Dstrainer ………………………………(3.11)

(Sumber : Prosser, 1980)

b. Pipa Suction dan Discharge

Kecepatan pada pipa suction antara 1 – 1,5 m/dt.

c. Valve

Valve harus dipasang pada perpipaan pompa agar mudah dalam

pengontrolan aliran, penggantian, perbaikan, dan perawatannya.

3.6 Pompa intake

Dalam perencanaan pompa intake, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah :

Fluktuasi level permukaan air sungai

Kandungan padatan di sungai

Besarnya arus sungai

Kondisi fisik sungai

Adapun alternatif pemilihan jenis pompa intake adalah :

1. Pompa Sentrifugal (tidak terendam air)

Beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah :

- NPSH yang tersedia pada sistem. Hal ini berhubungan dengan

level air. Pada saat level air maksimum, maka NPSH sistem yang

tersedia cukup besar daripada saat level air minimum. Hal ini

27

mempengaruhi penempatan pompa karena static suction head

system harus lebih kecil dari static head maksimum hasil

perhitungan NPSH.

- Static suction head yang berubah-ubah akibat adanya perubahan

permukaan air sungai akan mempengaruhi karakteristik sistem

yang ada. Hal ini mempengaruhi kapasitas yang dialirkan.

- Rumah pompa yang kedap air diperlukan terutama untuk daerah

yang rawan banjir, karena motor akan terbakar jika terendam air.

2. Pompa Sentrifugal Submersible

Beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah :

- NPSH tidak terlalu menjadi masalah, karena pompa dan motor

terendam air.

- Pompa submersible harus terendam air hingga ketinggian tertentu

dari level air sungai minimum. Hal ini dilakukan untuk

mencegah terjadinya pusaran air pada permukaan air sungai jika

ketinggiannya melebihi batas yang diisyaratkan. Pusaran air

dapat menyebabkan masuknya udara ke dalam pompa dan terjadi

kavitasi. Jika pompa tidak terendam air, maka pompa bisa

terbakar.

- Level air yang berubah-ubah menyebabkan perubahan pada

karakteristik pompa.

- Harga pompa submersible lebih mahal daripada pompa

sentrifugal biasa.

3. Pompa Non Clogging

Digunakan jika kandungan padatan tersuspensi air sungai sangat

tinggi dan harus diperhatikan bahwa harga pompa jenis ini mahal.

3.7 Kriteria Desain

1. Bell Mouth Strainer

Kecepatan melalui lubang strainer 0,15 – 0,3 m/dt

Diameter lubang strainer 6 – 12 mm

28

Luas total permukaan strainer = 2 x luas efektif

2. Cylindrical Strainer

Kriteria desain sama dengan bell mouth strainer.

Harus digunakan pada saat head air cukup tinggi di atas strainer.

Strainer sebaiknya terletak 0,6 – 1 m dibawah level air terendah (jika

tidak mempunyai lubang di bagian atas), sedangkan untuk strainer

yang memiliki lubang sebaiknya 1 m dibawah level air terendah.

3. Pipa gravitasi air baku

Kecepatan aliran 0,6 – 1,5 m/dt untuk mencegah erosi dan

sedimentasi.

Ukuran pipa disesuaikan agar V pada LWL > 0,6 m/dt dan pada

HWL < 1,5 m/dt. Dengan mengetahui head dan kecepatan maka

diameter pipa dapat ditentukan.

4. Suction Well (Intake Well)

Untuk mempermudah pemeliharaan sebaiknya sumuran ada 2 atau

lebih.

Waktu detensi sekitar 20 menit atau sebaiknya sumuran cukup besar

guna menjaga kebersihan air.

Dasar sumuran ± 1 m dibawah dasr sungai atau 1,5 m dibawah LWL.

Sumuran berkonstruksi beton dengan tebal dinding 20 – 30 cm dan

bersifat rapat air.

5. Pipa Suction untuk pemompaan

V pipa berkisar antara 1 – 1,5 m/dt

Perbedaan LWL dengan pompa tidak boleh lebih dari 3,7 m

Jika permukaan pompa lebih tinggi dari LWL maka jarak suction

sebaiknya kurang dari 4 m.

3.8 Rumus Perhitungan

Rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan intake, yaitu :

Rumus umum kecepatan (V)

V = Q / A .................................................................................(3.12)

29

dimana : V = kecepatan (m/dt)

Q = debit (m3/dt)

A = luas penampang (m2)

Headloss akibat kecepatan (Hv)

Hv = V2 / 2g..........................................................................(3.13)

dimana : Hv = minor losses (m)

V = kecepatan (m/dt)

g = pecepatan gravitasi (m2/dt)

Minnor Losses (Hm)

Hm = k. (V 2

2g ).......................................................................(3.14)

dimana : Hm = minor losses (m)

k = koefisien kehilangan tinggi energi

V = kecepatan (m/dt)

g = pecepatan gravitasi (m2/dt)

Tabel 3.2 Nilai k untuk Macam-macam Sambungan

Jenis Sambungan Nilai k

Standard Elbow 0,9

Standard Tee 1,8

Standard Valve 2,5

Standard Valve 0,19

Sambungan antara pipa dan reservoir 0,01 - 1

30

Mayor Losses dalam pipa menurut Hazen-William (Hf)

Hf =

L. Q1,85

(0 , 0015 .C . D2 ,63)1,85

............................................................(3.15)

dimana : Hf = mayor losses (m)

L = panjang pipa (m)

Q = debit (L/dt)

C = koefisien kekasaran pipa (C = 130 untuk pipa baru)

D = diameter pipa (cm)

Luas penampang pipa (A)

A = ¼ . π . d2 ..........................................................................(3.16)

dimana : A = luas penampang pipa (m2)

d = diameter pipa (m)

3.9 Perencanaan Intake

Sumber air baku untuk perencanaan ini berasal dari sungai dan untuk

pengambilan airnya digunakan bantuan pompa. Jenis intake yang digunakan

adalah river intake (Shore intake), dimana air baku dari sungai disadap ke area

bak pengumpul melalui net dan dapat menyesuaikan dengan fluktuasi muka air,

lalu disedot dengan pompa sentrifugal dengan pipa penghisap (suction) yang

dilengkapi dengan strainer di mulut pipa yang berguna untuk mencegah partikel

berukuran besar masuk dan menghambat kinerja pompa. Selanjutnya air disedot

dengan pompa melalui pipa penghisap (suction) menuju sejauh 100 m ke

bangunan IPA.

31

Gambar 3.1 Rencana Desain Intake

3.9.1 Perhitungan Dimensi Intake

Panjang pipa transmisi dapat dihitung dengan melihat dari intake ke

instalasi pengolahan air, sedangkan diameter pipa dapat ditentukan berdasarkan

debit pemakaian jam puncak. Dalam menentukan diameter pipa dapat ditentukan

dengan persamaan Hazen Willian sebagai berikut :

Q=0,2785× C × D 2,63× S0,54.....................................................................(3.17)

Dimana:

Q = Debit Harian Maksimum (m3/detikC = Koefisien kekasaran pipaD = Kiameter pipa (m)S = Kemiringan

Ketentuan yang direncanakan pada bangunan pengambil air (intake) yang akan

dibuat yaitu :

- Kapasitas pengolahan : 113 L/detik = 0,113 m3/detik

- Kecepatan aliran pada pipa (vpipa) = 1,5 m/detik

Sehingga, luas penampang pipa (A) pada intake dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan kontinuitas, sebagai berikut :

Q=A . v............................................................................................................(3.18)

Maka, luas penampang pipa dan diameternya yaitu :

Luas penampang pipa

32

A=Qv

¿ 0,1131

¿0,113 m2

Diameter Pipa

d2= A × 4π

¿ 0,113× 43,14

¿0,14 m2

d=0,3741≈ 0,37 m 14,56 inch

Pada perhitungan ini nilai diameter pipa transmisi sebesar 0,37 m dan

dipakai adalah pipa transmisi dengan ukuran 0,32 m (ukuran pasaran). Jenis pipa

yang dipakai adalah pipa besi cast iron. Pipa jenis ini tergolong kuat karena tebal

sehingga tidak mudah retak dan bocor serta tahan terhadap korosi baik bagian

internal maupun eksternal.

Sehingga, kecepatan aliran air didalam pipa dapat dihitung dengan :

Luas permukaan pipa

A=14

π D2

¿ 14

(3,14 )¿

¿0,08 m2

Kecepatan aliran air didalam pipa, yaitu :

v=QA

¿ 0,1130,08

¿1,41 m /s

33

Kecepatan aliran yang didapat sebesar 1,41 m/s dengan diameter pipa 0,32

meter (12,59 inchi) dan koefisien pipa cast iron c = 0,25 dengan panjang pipa

transmisi 100m.

3.9.2 Menghitung Daya Pompa dari Intake ke IPA

Untuk keperluan mengalirkan air dari rumah pompa ke IPA maka

diperlukan pompa. Perencanaan pompa harus mampu memberikan debit aliran air

dan tekanan yang memadai. Pompa sebaiknya tidak bekerja secara terus-menerus

lebih dari 22 jam per hari. Oleh karena itu perlu pompa cadangan yang diparalel

dengan pompa utama sehingga bekerja bergantian. Peralatan yang harus ada

seperti Gate Valve, Check Valve, Water Meter, dan alat kontrol listrik. Gate

Valve dipasang dibelakang pompa pada pelepasan samping. Jika pompa berada di

bawah permukaan air (pompa Sumersible) maka gate valve dipasang pada pipa

hisap utama ke arah pompa. Check valve dipasang diantara gate valve dan pompa

untuk menjaga arus balik.

Faktor yang perlu untuk diperhatikan menghitung daya pompa yaitu berat

jenis air, kekuatan dorong, besarnya pipa hisap dan dorong, hambatan karena

fitting. Untuk menghitung daya pompa menggunakan rumus seperti berikut :

HP= ρ . g . h .Qη

..................................................................................

(3.19)

Dimana: HP : Daya pompa (kw)

ρ: Massa jenis fluida (ton/ m3)

η: Efisiensi pompa

h: Head total (m)

g: Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

Pada rumus tersebut, besarnya head dap[at dihitung menggunakan rumus di

bawah : h = hs + hp + hf

Dimana : hs : head section (sama dengan ketinggian dari pipa penghisap)

hp : head pressure (sama dengan ketinggian dan pipa pendorong setelah

34

pompa)

hf : head friction (sama dengan total hilang tinggi tekan yang terjadi

pada pipa)

Berikut perhitungan jumlah head yang dihasilkan pada sistem :

Q = 0,113m3/det

Panjang Horizontal LH = 100 m

Elevasi muka tanah di Rumah Pompa = + 35 m

Elevasi muka tanah di IPA = + 32,5 m

∆ H = Elevasi (Rmh Pompa – PAM)

= 2,5 m

Hf = C × L

12× 1× D 5Q2

= 0,25 ×100

12× 1× 0,650,112

= 0,32 m

Hp = ∆ H = 2,5 m

Hs = 7 meter

H = Hf + Hp + Hs

= 0,32 + 2,5 + 7

= 9, 82 ≈ 10 meter

Untuk jumlah H total dari perhitungan Hf, Hf, dan Hs didapat total head

sebesar 10 meter. Akan tetapi terdapat beberapa pertimbangan untuk nilai

kehilangan energi tekan dengan yang diakibatkan aksesoris pipa (saringan,

sambungan, dan siku ) sebesar 20% dari total Head yang didapat adalah 2 meter.

Kehilangan tekan akibat belokan pipa sebesar 20% dari total Head yang didapat

adalah 2 meter serta kehilangan tekan yang terjadi saat air masuk kedalam pompa

sekitar 10% dari total dari total head yang didapat adalah 1 meter. Kehilangan

tekan yang dihasilkan dari tinggi bak koagulasi yaitu 6 meter, maka

memperkirakan jumlah H yang diperbesar menjadi 21 meter. Maka daya pompa

35

dapat dihitung dengan cara sebagai berikut yang diketahui efisiensi pompa sebesar

75% :

HP= ρ . g . h .Qμ

=1 ×9,8 × 21× 0,1130,75

=31 HP

1 HP = 0,746 KW

HP = 31 x 0,746

= 23,12 KW ≈ 24 KW

36