Sistem Transmisi

Sistem (atau subsistem) distribusi sudah dibahas di Majalah Air Minum edisi 126, Februari 2006 dengan judul Distribusi, “Pembuluh Darah PDAM”. Edisi kali ini menampilkan satu bagian lain dalam sistem penyediaan air minum, yaitu sistem (subsistem) transmisi. Sebagai sebuah sistem, penyediaan air minum komunal terdiri atas beberapa subsistem, yaitu subsistem sumber air (collection system), subsistem transmisi, subsistem pengolahan (treatment system), subsistem reservoir (storage system), dan subsistem distribusi.

Fungsi transmisi (transmission) adalah mengalirkan air dari sumbernya (collection system) ke awal sistem distribusi. Jarak antara sumber air dan sistem distribusi boleh jadi berkilo-kilometer tetapi bisa juga dekat, hanya satu dua kilometer. Kualitas air yang ditransmisikannya bisa berupa air baku, bisa juga air bersih (olahan, baik setengah diolah maupun sudah selesai diolah). Jenis salurannya dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu saluran terbuka (open channel, free-flow conduit), saluran tertutup (aquiduct, closed conduit), dan pipa. Sepanjang jalurnya disediakan fasilitas bangunan pelengkap seperti jembatan pipa, sifon, terowongan (tunnel), pintu air, beragam jenis valve, dll. Secara fungsi, saluran terbuka selalu digunakan untuk mengalirkan air baku sedangkan saluran tertutup bisa untuk air baku bisa juga untuk air bersih tapi dengan pengamanan. Adapun pipa dapat digunakan untuk menyalurkan air baku dan air bersih.

Ditinjau dari cara pengalirannya transmisi air dapat dilakukan secara gravitasi dengan saluran terbuka, saluran tertutup, dan pipa dan bisa juga dengan pemompaan yang menggunakan pipa atau saluran tertutup bertekanan. Yang patut diperhatikan dalam sistem transmisi ialah kecepatan alirannya agar jangan terlalu tinggi. Caranya dengan menghitung beda ketinggian antara sumber air dan daerah distribusinya. Beda tinggi ini disebut tekanan yang tersedia (potential atau available head). Apabila menggunakan pompa, maka kecepatan air haruslah yang ekonomis dengan mempertimbangkan harga pipa per satuan diameter dan harga pompa per satuan daya. Di antara dua cara tersebut, sistem gravitasi jauh lebih unggul, murah, dan mudah dalam operasi-rawatnya.

Penempatan sistem transmisi, alur pipa atau trace menjadi hal penting selanjutnya. Yang terbaik adalah dengan meletakkan sistem sealur dengan topografi tanah setempat tetapi tetap mempertimbangkan biaya investasi dan kemudahan perawatannya tanpa mengorbankan tekanan air. Umumnya tepi jalan dan sepanjang jalur jalan raya menjadi pilihan utama karena mudah dikontrol dan cepat dapat diperbaiki kalau terjadi kerusakan. Upayakan memilih lokasi yang sedikit memerlukan perlengkapan sistem transmisi dan sedapat mungkin dicarikan lokasi untuk pengurasan pipa di dekat sungai. Semua itu hendaklah mengacu pada biaya investasi yang rendah dengan cara membuat jalur pipa yang sependek-pendeknya.


Bentuk Saluran
Uraian bentuk saluran yang disebut di atas diberikan berikut ini.

Saluran terbuka
Jenis saluran ini hanya untuk menyalurkan air baku yang tekanannya sama dengan tekanan atmosfer dan biasanya untuk mengalirkan air yang besar debitnya. Dibandingkan dengan pipa, saluran terbuka bisa lebih murah karena dapat menggunakan saluran berbahan tanah dengan pengaturan kemiringan saluran (slope) dan dindingnya (talud). Besar kecilnya slope dan talud bergantung pada jenis tanahnya. Saluran ini bisa juga dibuat dari pasangan batu kali, batu bata, atau beton.

Kekurangan atau kelemahan saluran terbuka adalah harus mengikuti garis gradien hidrolis (hydraulic grade line, HGL) yang mempengaruhi kecepatan airnya (dipengaruhi oleh slope-nya). Apabila kecepatan airnya terlalu rendah maka timbul endapan di sepanjang saluran. Untuk menghindari endapan ini disarankan kecepatan minimum air yang berlumpur kurang lebih 0,6 m/d. Kelemahan berikutnya ialah besarnya kehilangan air akibat penguapan, rembesan, atau diambil oleh warga di sekitar saluran. Bahaya lainnya adalah saluran itu digunakan sebagai tempat pembuangan air limbah, sampah, kotoran ternak, ditumbuhi rumput atau pohon berkayu. Bahkan dapat terjadi kebocoran saluran karena digali oleh tikus, cerurut.

Dilihat dari bentuknya, penampang saluran terbuka bisa berupa setengah lingkaran sehingga dapat meminimumkan endapan yang terjadi. Pada debit yang besar saluran terbuka biasanya dibuat berpenampang trapezium meskipun potensi endapannya terjadi di sudut-sudut saluran. Namun pada debit yang relatif kecil saluran bisa berbentuk persegi atau persegi panjang yang lebih hemat lahan sehingga lebih murah per panjang yang sama dengan bentuk penampang lainnya.

Saluran tertutup
Jenis saluran tertutup ini juga untuk debit yang besar dan bisa diperkeras dengan batu kali, batu bata atau beton. Didasarkan pada posisi garis gradien hidrolisnya (HGL), saluran tertutup ini dapat dibedakan menjadi empat jenis. 1. Saluran yang mengikuti permukaan tanah dan HGL-nya tepat pada saluran. 2. Saluran yang berada di bawah HGL sehingga sifatnya menjadi bertekanan dengan air yang memenuhi seluruh penampang saluran. Posisinya bisa berada di atas tanah, bisa juga di bawah tanah. 3. Terowongan (tunnel) yang bertekanan atmosfer sehingga aliran airnya tidak memenuhi saluran. 4. Terowongan yang bertekanan karena posisi salurannya di bawah HGL. Hanya saja, bangunan pelengkap saluran jenis ini lebih mahal daripada saluran pipa.

Pipa
Pipa adalah jenis bahan untuk saluran air yang umum digunakan oleh PDAM, baik untuk air baku, air setengah olahan maupun air bersih. Bahan pipanya bisa bermacam-macam seperti besi/baja, beton, asbes, PVC, dll. Jenis bahan pipa yang dipilih harus dikaitkan dengan kualitas airnya, apakah korosif ataukah tidak. Kekuatan terhadap beban yang berat juga menjadi faktor penting dalam memilih bahan pipa. Besar-kecilnya debit air yang ditransmisikan juga menentukan jenis bahan pipanya. Yang juga penting adalah kemudahan dalam pemasangan pipa dan adanya tenaga kerja yang mampu memasang pipa tersebut.


Perlengkapan Pipa
Agar aliran airnya lancar dan tiada kerusakan yang terjadi, sistem transmisi harus dilengkapi dengan alat-alat yang khusus fungsinya. Skema gambar dan penempatannya dapat dilihat di Gambar 1. Gambar-gambar selanjutnya menerangkan tentang kombinasi saluran terbuka dan tertutup atau pipa, sebaran tekanan pada sistem transmisi gravitasi dan pemompaan.

1. Ventilasi udara (air vent, air valve). Alat ini digunakan sebagai pelepas udara yang ada di dalam pipa transmisi. Udara yang terjebak ini bisa berasal dari udara luar akibat aliran airnya terputus-putus (intermittent) atau karena terjadi turbulensi dan reaksi kimia yang melepaskan gas seperti CO2, H2S, NH3, bergantung pada jenis zat kimia yang ada di dalam air baku. Alat ini juga digunakan untuk memasukkan udara ke dalam pipa agar tidak terjadi vakum yang dapat menyebabkan pipa retak atau pecah. Lokasi pemasangan alat ini di titik-titik tinggi jalur pipa transmisi karena di sinilah terjadi akumulasi udara yang bisa menghambat aliran air.

2. Katup penguras (blow off, wash out, drain valve). Karena fungsinya sebagai penguras endapan (lumpur) di dalam pipa, maka ditempatkan di posisi rendah sistem transmisi dan sebaiknya dekat dengan selokan atau sungai. Endapan (sludge) ini terjadi mungkin karena sistemnya lama tidak digunakan atau karena kecil kecepatan airnya. Alat ini biasa dipasang untuk tansmisi air baku tetapi bisa juga dipasang di pipa transmisi air bersih untuk membuang air, endapan atau kotoran pada saat ada perbaikan pipa. Di sistem distribusi juga perlu dipasang alat ini di tempat-tempat yang tepat.

3. Bak pelepas tekanan (BPT, Break Pressure Tank). Bak ini digunakan sebagai pelepas tekanan air yang terlalu tinggi di dalam pipa menjadi sama dengan tekanan atmosfer. Gejolak air di bak ini bisa banyak memasukkan udara ke dalam pipa transmisi. Dimensi bak ini bergantung pada waktu detensi yang diinginkan dan harus dikaitkan juga dengan fungsi tambahannya, apakah alat ukur debit dan/atau aerator. Kalau diinginkan menjadi alat ukur, maka bisa dipasang V-notch atau Thomson tetapi jangan asal pasang. Posisi alat ukur harus memperhatikan jarak minimumnya (lihat MAM, edisi 159, Desember 2008: Thompson, Triangular Weir)

Masih ada beberapa perlengkapan lainnya seperti jembatan pipa yang diterapkan apabila pipa melewati sungai atau rel kereta api, sifon, check valve, dll.

Sebagai contoh, berikut ini disebutkan karakteristik sistem transmisi air baku di PDAM Kota Bandung. Bersumber dari Sungai Cisangkuy, air olahan bak prasedimentasi dialirkan secara gravitasi sepanjang 32 km ke IPAM di Jln. Badaksinga, Kota Bandung. Peralatan yang tersedia di sistem transmisinya ialah pressure relief valve, wash out, air valve, nonreturn valve, dan manometer. Selain itu dipasang juga enam titik interkoneksi antara sistem transmisi lama dan yang baru agar aliran airnya dapat dialihkan (bypass), semacam titik darurat (emergency point/channel) apabila ada perbaikan pipa tanpa mengurangi debit airnya secara signifikan. Pipa transmisi lama dipasang tahun 1959 dengan kapasitas 1000 l/d, berdiameter 800 mm – 900 mm, berbahan cast iron pipe. Pipa transmisi baru dipasang tahun 1992 berkapasitas 800 l/d, berdiameter 850 mm, berjenis besi (steel) yang dilapisi semen (cement lining). (Sumber: PDAM Kota Bandung).

Agak berbeda dengan sistem distribusi yang dianalisis dengan Hardy Cross atau software Epanet misalnya (MAM edisi 146, November 2007, Epanet di PDAM Kab. Tangerang), dalam sistem transmisi formula hidrolikanya relatif sederhana karena tidak bercabang atau hanya dua tiga cabang. Sistem transmisi biasanya diformulasikan dalam Hazen-William. Begitu juga Hardy Cross dan Epanet bisa diformulasikan dalam Hazen-William, selain formula yang lain. Pada saluran terbuka dan saluran tertutup bisa diterapkan formula seperti Chezy dan Manning.


Q = debit air, m3/d
C = koefisien Hazen-William
d = diameter pipa, m
S = (h/l) = kemiringan hidrolis
hl = headloss, m
l = panjang pipa, m

Gambar 1. Pada gambar ini diperlihatkan lokasi katup udara (air valve) di “puncak” tanah dan katup penguras (drain valve) di bagian rendah sistem transmisi. Tampak juga HGL yang miring menuju BPT (break pressure tank) dan dari BPT ini ada HGL dan static head baru. Bergantung pada beda tinggi antara daerah distribusi dan sumber airnya, jumlah BPT bisa lebih dari satu.

Gambar 2. Tampak sistem transmisi gabungan antara saluran terbuka (open channel, free-flow conduit) dan saluran tertutup bertekanan atau pipa (pressure conduit). Bagian saluran yang bertekanan berupa sifon karena melintasi sungai dengan posisi HGL seperti pada gambar.

Gambar 3. Inilah distribusi tekanan yang terjadi pada pipa transmisi secara gravitasi. Reservoir (waduk) sebagai sumber air. Tekanan statis dimulai di permukaan air waduk dan harus diketahui tekanan maksimumnya di dalam pipa dalam kondisi air yang tidak mengalir (diam). Ini berkaitan dengan kekuatan pipa menerima tekanan terbesar dari air yang diasumsikan terjadi pada jarak 2,8 km dari sumber air.

Gambar 4. Apabila sistem transmisinya menggunakan pompa maka skema sebaran tekanannya seperti gambar ini. Pemompaan dilaksanaan dua tahap sehingga masing-masing memiliki karakteristik HGL yang khas. *