6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. PENGERTIAN EMBUNG

Embung merupakan suatu bangunan yang berfungsi untuk menampung air

hujan dan digunakan pada musim kemarau pada suatu masyarakat kelompok

desa. Setiap akhir musim hujan sangat diharapkan kolam Embung (storage) dapat

terisi penuh dengan air sesuai design kapasitasnya, dimana air ini akan

didistribusikan lewat jaringan pipa secara gravitasi ke bak-bak pelayanan.

Kehadiran Embung dimaksud untuk mengantisipasi masalah kekurangan di

daerah semi kering umumnya dan khususnya di NTT yang dikenal sebagai daerah

kering, yang mana telah dibangun 300 unit Embung kecil tersebar di pulau-pulau kecil dan besar. (Sumber : Laporan Akhir Perencanaan Embung Kecil Di

Pulau Timor Dan Pulau Flores TA. 2003, Proyek PPSA-NTT, PT. Maha Charisma

Consultan).

Adapun manfaat dari embung kecil selain menampung air hujan selama

musim hujan juga sebagai sarana air baku bagi masyarakat di desa pada musim

kemarau dengan tujuan mendekatkan jarak pengambilan air bagi masyarakat

pada jarak 500 m, dibanding jarak pengambilan sebelumnya (2-3) km. Pada setiap Embung biasanya dibentuk Kelompok Pemakai Air (KPA), yang

berfungsi untuk mengatur dan mengelolah penggunaan air Embung sehingga

terpenuhilah setiap keperluan air baik untuk minum, mandi, mencuci, memasak,

menyiram dan memberi minum ternak.

Setiap kelompok pemakai air Embung biasanya berkisar 40 kepala keluarga

(KK) sampai dengan 80 KK, dengan ternak piaraan per-KK lerbih kurang (5 10)

ekor ternak besar dan kecil) dan lahan pekarangan untuk tanaman lebih kurang

0,50 Ha. (Sumber : Laporan Akhir Perencanaan Embung Kecil Di Pulau Timor Dan

Pulau Flores TA. 2003, Proyek PPSA-NTT, PT. Maha Charisma Consultan).

7

Pengambilan air dari embung dengan pengambilan secara grafitasi, dimana

air mengalir dari intake melalui pipa tansmisi dengan ujung pipa yang berada

dalam storage dipasang pelampung. Pipa transmisi tersebut dipasang pada bagian

dasar dari tanggul dan sampai pada kaki tanggul dipasang stop kran, selanjutnya

air didistribusikan ke pipa pipa distribusi dan menuju ke bak bak pelayanan

(bak air minum, bak kebun dan bak hewan). Jenis pipa yang dipakai untuk

embung embung kecil adalah pipa plastik bertekanan tinggi yaitu HDPE (High

Density Poly Ethylene) dan MDPE (Medium Density Poly Ethylene).

Karakteristik pipa HDPE dan MDPE yaitu memiliki sifat elastisitas tingggi,

tahan terhadap panas, tekanan dan penyinaran matahari, bersifat mlentur dan

tidak mudah pecah kecuali di potong. Bila dipasang dalam tanah sebagai jaringan

pipa air maka sangat fleksibel karena mudah dibentuk atau dibengkokan sesuai

topografi yang ada, kecuali bentuk sudut lebih kecil dari 300.

Jenis pipa ini terdiri dari tiga macam SDR (Standard Dimention Ratio) yang

disarankan untuk dipakai dalam pembgangunan Embung Kecil yaitu SDR 17, SDR

21 dan SDR 26 dengan besar diameter 1, 2 dan 2 (Sumber : Pedoman

Kriteria Design Embung Kecil untuk daerah Semi Kering di Indonesia).

B. Kebutuhan air dan tampungan hidup

Penelitian tentang kebutuhan air untuk keperluan penduduk, ternak dan kebun

pada suatu kelompok masyrakat pemakai air Embung oleh puslitbang pengairan

pada tahun 1993/1994 terhadap 5 buah Embung kecil di pulau timor dapat

dijadikan patokan perhitungan kebutuhan air bagi sutu kelompok pemakai air

Embung sebagai berikut :

Kebutuhan air untuk penduduk Qp = 150 L/hari/KK Kebutuhan air untuk ternak Qt = 200 L/hari/KK Kebutuhan air untuk kebun Qk = 450 L/hari/KK Sehingga total kebutuhan air Qtot = 800 L/hari/KK

8

Dengan asumsi 1 (satu) kepala keluarga (KK) dianggap memiliki 20 ekor ternak,dan

1 KK dapat dianggap menggarap kebun poekarangan 200 m2 dimana 1 KK terdiri

dari 5-7 orang.

Angka diatas dianggap dapat mewakili kebutuhan air di daerah semi kering lainnya

di indonesia.

Dengan demikian total tampungan hidup (Vu) untuk suatu kelompok

pemakai air Embung dapat di hitung dengan persamaan sebagai berikut :

Vu = Jh x JKK x Qu

Dimana :

Vu = total tampungan air yang hidup didalam Embung

Jh = Jumlah hari selama musim kemarau,(untuk propinsi NTT 8 bulan

x 30 hari = 240 hari )

JKK = Jumlah KK perdesa atau perkelompok pemakai air Embung

Qu = total kebutuhan air yang diperlukan untuk penduduk, ternak dan

kebun

Dengan demikian sehingga total tumpangan air yang harus mengisi suatu

kolam embung adalah sebesar :

Vu = 240 x JKK x 800

= 192 x JKK (liter)

= 192 x JKK (m3)

C. Macam-Macam Aliran

Berdasarkan cara pergerakan zat cair dibedakan dua macam aliran :

a. Aliran Laminer

Yaitu aliran yang seakan-akan setiap partikal zat cair yang mengalir bergerak

sendiri-sendiri (misalnya aliran air dalam tanah)

9

b. Aliran Turbulen

Yaitu suatu aliran yang seakan-akan setiap partikel zat cair mengalir saling

bercampur / bertumbukan)

Sedangkan berdasarkan cara pengaliran,dapat digolongkan sebagai berikut :

a. Pengaliran tetap (steadi flow).

Yaitu suatu aliran dimana pada suatu titik tertentu besarnya tekanan dan

kecepatan tidak berubah dengan waktu .

P= f1(X1 y , z) v= f2 (x,y,z )-----dp/dt=0 dv/dt=0

b. Pengaliran tidak tetap (unsteady flow )

Yaitu suatu pengaliran dimana pada suatu titik tertentu besarnya tekanan dan

kecepatan selalu berubah dengan waktu.

P = F1(x,y,z ) V = F2 (x,y,z )

Dp/dt 0 dv/dt 0 Misalnya pengaliran pada sebuah lubang pada didnding bejana dimana volume

air makin lama makin kurang

Pengaliran semacam ini hampir sama dengan pengaliran pada kolam embung

dimana penggunaan air Embung pada saat tertentu akan makin berkurang

sesuai dengan weeaktu pemakaian (menurut Ir. Yuwono Nur, Hidrolika I,

1977).

Ho

Ht

10

Dalam menganalisa lebih jauh tentang Hidrolik jaringan pipa, diperlukan pula

pemahaman tengan kekentalan zat cair (viskositas), angka gesekan pipa,

bilangan Reynold dan grafik Moody.

D. Analisis Hidrolik Jaringan Pipa

Sistem jaringan merupakan komponen utama dari suatu sistem distribusi air

bersih/air minum disuatu tempat/perkotaan. Suatu jaringan pipa yang telah terpasang

lama dan bahkan memakan waktu tertentu, akan memimbulkan kemungkinan-

kemungkinan terjadinya permasalahan misalnya kebocoran, kerusakan pipa

terpotong, sambungan terlepas, sering terjadi kehilangan energi yang besar, bahkan

dapat menyebabkan tingkat layanan penyediaan air bersih menurun secara drastis.

Hal ini akan diperparah apabila terjadi lagi sambungan sambungan baru ke

daerah-daerah pemukiman baru, tanpa memperhatikan kemampuan ketersediaan air

didalam kolam Embung dengan sistem jaringan pipa yang ada. Hal demikian sangat

menuntut perlunya Evaluasi menyangkut aspek hidrolik tingkat layanan terhadap

konsumen, pengembangan dan operasionalnya. Ada dua faktor utama dalam

mendesain dan menganalisa suatu jaringan pipa yaitu kebutuhan air dan besarnya

tinggi tekanan.

Kebutuhan air tergantung pada ukuran dan type sistem distribusi (125

Ltr/org), sedangkan tekanan menjadi lebih penting karena apabila tekanan rendah

menyebabkan masalah terhadap distribusi jaringan pipa sebaliknya apabila

tekanannya tinggi/besar akan memperbesar kehilangan energi.

Dalam perhitungan dan atau analisis hidrolik pada jaringan pipa tersebut,

awalnya perlu kita ketahui tentang berbagai bentuk pengaliran pada saluran dan

pipa. Ada dua macam pengaliran yang dapat ditinjau aspek hidrolisnya yaitu

pengaliran pada saluran terbuka dan pengaluran pada saluran pipa. Perbedaan

mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan pada saluran pipa yaitu pada

saluran terbuka selalu ada pemakaian yang bebas berupa udara sedangkan pada

saluran pipa selamanya tidak ada, bila aliran dalam pipa tidak penuh diameter pipa,

11

maka sifat dan karakteristiknya sama dengan saluran terbuka. Atau pada saluran

terbuka mempunyai kedalaman air Y, sedangkan pada saluran pipa kedalaman air

ditranformasikan berupa P/. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.1

EGL

HGL HGL

Dasar Saluran

La Lb

Gambar 2.1. Garis Sistem Pengaliran Saluran Terbuka Dan Saluran Tertutup

Dimana :

EGL = Energi Grade Line

HGL = Hydrolic Grade Line

Y = Kedalaman = P/ Z = Ketinggian dasar saluran (saluran terbuka)

O = Titik berat pipa (saluran pipa)

Total energi untuk masing-masing saluran dapat dituliskan sebagai berikut :

Untuk saluran terbuka : H = (V2/2g) + Y = z Untuk saluran pipa : H = (V2/2g) + P/ = z Yang perlu dilakukan analisis dalam hal ini adalah pengaliran dalm pipa plastik

bertekanan tinggi (HDPE).

Z2

P2/

v2/2g

V1/2g

P1/

Z1

H

a. Saluran Terbuka

Z2

v2/2g

V1/2g

P1/

Z1

H

b. Saluran Tertutup

EGL

12

E. Macam-Macam Kehilangan Energi

Faktor yang paling dominan untuk diperhatikan ,pada aliran didalam pipa yaitu

besarnya tinggi kehilangan tenaga.

Ada dua kelompok kehilangan enegri yaitu :

a. Mayor Losses yaitu kehilangan enegri sebagai akibat dari gesekan aliran dengan

dinding pipa.

b. Minnor Losses yaitu kehilangan energi sebagai akibat dari sambungan-sambungan,

belokan-belokan, volve dan accesoris lainnya

1. Kehilangan energi akibat accesoris pipa (Minor Losser)

a. Akibat penyempitan

(pipa berdiameter besar ke pipa berdiameter kecil)

b. Akibat pelebaran tiba tiba

Oleh borda dioreksi menjadi

V2 V1

A1 A2

Rumus Blenger gVVhf

2

22

21 =

V2 V1

A2

A1

gVxhf.2

50,02

1=

gV

gVVhf

.291

2

21

22

21

+=

13

c. Pada ujung pipa yang berakhir kolam

d. Pada lubang pemasukan pipa

e. Pada belokan

20 0 400 600 800 900 K = 0,04 0,14 0,36 0,74 0,98

V1 V2 = 0 gVhf

.2

21=

V1 = 0 V2 = 0

=

gVhf

.250,0

22

=

gVkhf.2

.2

14

2. Kehilangan Energi Akibat Gesekan (Mayor Losses)

Dapat dihitung dengan persamaan Darcy-Weisbach

Hf = f. (L/D).(V2/2g)

Dimana :

hf = Tinggi Kehilangan Energi Akibat Gesekan (Friction).

f = Faktor Gesekan (Friction Factor)

L = Panjang Pipa (Length)

D = Diameter Pipa

V = Kecepatan Aliran

g = Percepatan Gravitasi (Gravitation)

Faktor gesek (f) dapat ditentukan menurut persamaan Colebrook White :

Dimana :

k = Kekerasan Efektif

D = Diameter Pipa

Re = Bilangan Reynold

= Kekentalan Kinematik Cairan

variabel f terdapat pada ruas kiri dan ruas kanan dari persamaan siatas yang cukup

implisif. Untuk memudahkan perhitungan, biasanya menggunakan grafik Moody

(1944).

+=

fDk

f Re51,2

70,3log21

f

15

F. Perhitungan Tinggi Tekanan Air (HGL) dan Tinggi Tenaga (EGL)

Dalam analisis jaringan pipa ini digunakan pendekatan analisis menurut Hukum

Kekekalan Energi dengan tetap memperhatikan komponen-komponen yang perting

dalam analisis perpipaan, dalam hal ini Persamaan Energi dan Persamaan

Kontinuitas.

a. Persamaan Energi

Hal ini dapat dilakukan analisis dengan menggunakan persamaan energi seperti

gambar berikut :

Dimana :

( 0l/R) = Kehilangan energi akibat gesekan = HL R = jari-jari hidrolik = a/p=(1/4D2) (D) =1/4 D L = panjang pipa dari titik 1 titik 2 D = diameter pipa

0RL

ZP

g2V

Zpg2

V 02

122

11

21 =

++

++

ZPg

VH ++= 1

21

21

ZPg

VH ++= 1

22

21

16

Dimana : v = kecepatan geser C* = koefisien geser = 15-35 (steffler 1991)

V = kecepatan rata-rata

f = faktor gesekan darcy weisbach

= 0,01- 0,10

= 0,02 ( steffler 1991 )

atau dapat ditulis

H1 = H2+Hf

= H2 +f .

atau

H2 = H1 Hf

Untuk menentukan tinggi Hidrolik Grade Line (HGL) pada jringan pipa Embung

Oelomin dibutuhkan penurunan rumus diatas hingga memperolehtinggi

tekanan air pada masing-masing bak pelayanan,atau dengana persamaan

tinggi hidrolik pada tiap bak sebesar :

HGL = H2 - (untuk tiap bak)

b. Persamaan kotinuitas

Kecepatan aliran V dan Debit aliran Q menurut Hazen Williams (Robertson

dkk,1998) yang sering digunakan di Amerika Serikat adalah persamaan berikut:

V = 1,318 ch. R0,63 .S0,54

***.. 2

cvVV

DLHL ===

gv

DLfHf

fC

28*

2

==

gV

DL

2.

2

gV2

22

17

Dimana :

V = Kecepatan rata-rata (ft/det)

Ch = Koefisien geseran Hazen Williams (lihat tabel kekasaran pipa)

R = Jari-jari hidrolik (ft)

S = Hl/L (kemiringan geser/garis energi)

L = Jarak yang di tinjau

Besarnya kehilangan energi dapat dihitung dalam persamaan :

Hl = 3,02. LD-1,167 .(v/ch)1,85

Atau dapat dicari dengan metode seperti pada gambar berikut :

Untuk pengaliran pada pipa yang berhubungan 2 buah kolam, disini Embung

dianggap sebagai kolam c dan bak air sebagai kolamd c H1 d B H2

A C

Kehilngan tenaga yang terjadi di A,B dan C

Kehilangan tenaga di A hf

Kehilangan tenaga di B

Kehilangan tenaga di C

Besar kehilangan tenaga :

Hf = hfA + hfB + hfC

H

gVxhf2

5.02

=

gVx

DLxhf

25.0

2

=

gVhf2

2

=

gV

gV

DLf

gV

22.

25,0

222

++=

gV

DLf

gV

2.

25,0

22

+=

18

Persamaan Bernoulli untuk titik c dan d

Untuk pipa pendek : f.(L/D) diabaikan Untuk pipa panjang : 1,50 diabaikan Debit Q

Q = A.V

(Persamaan Debit Q yang mengalir dalam pipa)

hfg

VPZg

VPZ ++=++22

1 2222

2

1

gDvLf

gVAHAH

225,100

22

21 ++++=+

gDvLf

gVHH

225,1

22

21 +=

+=DLf

gVH 50,12

2

gDvLf

gVH

2205,1

22

+=

+=DLfvgH 50,12 2

+=

DLf

gHxAQ50,1

2

+=

DLf

gHxDQ50,1

24/1 2