Konsep dasar pemodelan dengan bantuan skala model adalah membentuk kembali masalah atau fenomena yang ada di prototipe dalam skala yang lebih kecil, sehingga fenomena yang terjadi di model akan sebangun (mirip) dengan yang ada di prototipe. Kesebangunan yang dimaksud adalah berupa sebangun geometrik, sebangun kinematik dan sebangun dinamik (Nur Yuwono, 1996).
II - 14
Hubungan antara model dan prototipe diturunkan dengan skala, untuk masing-masing parameter mempunyai skala tersendiri dan besarnya tidak sama. Skala dapat disefinisikan sebagai rasio antara nilai yang ada di prototipe dengan nilai parameter tersebut pada model.
1. Sebangun Geometrik
Sebangun geometrik adalah suatu kesebangunan dimana bentuk yang ada di model sama dengan bentuk prototipe tetapi ukuran bisa berbeda. Perbandingan antara semua ukuran panjang antara model dan prototipe adalah sama. Ada dua macam kesebangunan geometrik, yaitu sebangun geometrik sempurna (tanpa distorsi) dan sebangun geometrik dengan distorsi (distorted). Pada sebangun geometrik sempurna skala panjang arah horisontal (skala panjang) dan skala panjang arah vertikal (skala tinggi) adalah sama, sedangkan pada distorted model skala panjang dan skala tinggi tidak sama. Jika memungkinkan sebaiknya skala dibuat tanpa distorsi, namun jika terpaksa, maka skala dapat dibuat distorsi. Sebangun geometrik dapat dinyatakan dalam bentuk :
m p L L L n ... (2.14) m p h h h n ... (2.15) Dengan : nL = skala panjang
II - 15
nh = skala tinggi
Lp = ukuran panjang prototipe
Lm = ukuran panjang model
hp = ukuran tinggi pada prototipe
hm = ukuran tinggi pada model
2. Sebangun Kinematik
Sebangun kinematik adalah kesebangunan yang memenuhi kriteria sebangun geometrik dan perbandingan kecepatan dan percepatan aliran di dua titik pada model dan prototipe pada arah yang sama adalah sama besar. Pada model tanpa distorsi, perbandingan kecepatan dan percepatan pada semua arah arah adalah sama, sedangkan pada model dengan distorsi perbandingan yang sama hanya pada arah tertentu saja, yaitu pada arah vertikal atau horisontal. Oleh sebab itu pada permasalahan yang menyangkut tiga dimensi sebaiknya tidak menggunkan distorted model. Skala kecepatan diberi notasi nu, skala percepatan na, dan skala waktu nT didefinisikan sebagai berikut :
T L m p u n n u u n ... (2.16) 2 T L m p a n n a a n ... (2.17)
II - 16 T L m p Q n n Q Q n 3 ... (2.18) m p T T T n ... (2.19) 3. Sebangun Dinamik
Sebangun dinamik adalah kesebangunan yang memenuhi kriteria sebangun geometrik dan kinematik, serta perbandingan gaya-gaya yang bekerja pada model dan prototipe untuk seluruh pengaliran pada arah yang sama adalah sama besar. Gaya-gaya yang dimaksud adalah gaya inersia, gaya tekanan, gaya berat, gaya gesek, gaya kenyal dan tegangan permukaan.
Beberapa sebangun dinamik yaitu sebangun dinamik Reynold (Reynold number) yang diekspresikan sebagai perbandingan gaya inersia terhadap gaya gesek, sebangun dinamik Froude (Froude number) yaitu perbandingan gaya inersia dan gaya gravitasi, bilangan Cauchy (Cauchy Number) yaitu perbandingan gaya inersia dan gaya elastik serta bilangan Weiber (Weiber Number) yaitu perbandingan antara gaya inersia dan gaya tegangan permukaan.
Untuk penelitian refleksi dan transmisi gelombang terhadap gelombang yang merambat melalui pemecah gelombang terapung banyak dipengaruhi gaya gravitasi sehingga digunakan kesebangunan Froud. Dengan pertimbangan fasilitas yang ada di laboratorium, maka pada penelitian ini, akan menggunakan skala panjang yang sama dengan skala tinggi (undistorted models) dan menggunakan kesebangunan Froude.
II - 17 gL U gL L U L Fr 2 3 2 3 ) / )( ( ... (2.20)
Dengan demikian bila gaya gravitasi memegang peranan penting dalam permasalahan, maka perbandingan gaya inersia dan gaya gravitasi pada model dan prototipe harus sama.
5 , 0 L U F n n n r ... (2.21) 1 m p r r r F F F n ... (2.22)
Oleh karena digunakan model tanpa distorsi, maka skala panjang gelombang nL, skala panjang struktur nB, skala kedalaman nd dan skala sarat ns adalah sama seperti berikut :
s d H B L n n n n n ... (2.23)
Sedangkan skala waktu nT dan skala gravitasi ditulis seperti berikut:
nT = nL1/2 ... ... (2.24)
II - 18 E. Mengukur Kecepatan Aliran
Pada prinsipnya kecepatan aliran dapat diukur dengan tiga metode, yaitu: 1. Metode Apung
2. Metode Tabung Pitot
3. Metode current-meter/flow-meter
1. Pengukuran Kecepatan dengan Metode Apung
Prinsipnya pengukuran kecepatan metode apung adalah:
a. Kecepatan aliran (U) ditetapkan berdasarkan kecepatan pelampung (U) b. Dengan U =Up *k
Dimana: Up = kecepatan pelampung (m/dtk) K = koefisien pelampung
Berikut ini disajikan gambar jenis-jenis pelampung: K=1-0,116((√1−∝) − 0.1)
Dimana: kedalaman tangkai (h) per kedalaman air (d), yaitu kedalaman bagian pelampung yang tenggelam dibagi kedalaman air
II - 19 2. Pengukuran Kecepatan dengan Menggunakan Tabung Pitot
Alat ukur kecepatan lainnya adalah menggunakan tabung pitot, atau menggunakan penggaris penahan tinggi tekanan. Tinggi kenaikan muka air pada tabung pitot atau pada penggaris adalah tinggi tekanan akibat kecepatan.
Sehingga kecepatan adalah:
V = √2𝑔ℎ………(2.26)
Dimana: v = kecepatan (ft/det atau 𝑚3/det)
g = percepatan gravitasi (m/𝑑𝑒𝑡2)
h = tinggi tekan akibat kecepatan (m)
3. Pengukuran Kecepatan dengan Menggunakan Current meter/Flow meter
Ada dua tipe current-meter yaitu tipe baling-baling (propeller type) dan tipe canting (cup type). Oleh karena distribusi kecepatan aliran di sungai tidak sama baik arah vertical maupun horizontal, maka pengukuran kecepatan aliran dengan alat ini tidak cukup pada satu titik.
Luas penampang basah dihitung dari ukuran lebar permukaan sungai dan kedalaman air. Bila dasar sungai tidak rata atau sangat lebar sehingga kemungkinan bahwa kecepatan air tidak sama, maka lebar sungai dapat dibagi-bagi menjadi banyak pias-pias. Masing-masing pias diukur luasnya, dan setiap pias diukur kecepatannya.
Pengukuran kecepatan aliran akan di ukur dengan menggunakan metode currentmeter/flowmeter. Prinsip pengukuran kecepatan pada metode ini yaitu,
II - 20
currentmeter/flowmeter diturunkan kedalam aliran air dengan kecepatan penurunan yang konstan dari permukaan dan setelah mencapai dasar sungai diangkat lagi ke atas dengan kecepatan yang sama. Ada 4 cara pengukuran kecepatan aliran yang disajikan dalam tabel 2.3 berikut:
Tabel 2.1 Cara pengukuran kecepatan aliran
Keterangan: - Us di ukur 0,3 m dari permukan air - Ub di ukur 0,3 m di atas dasar sungai
Kecepatan aliran dihitung berdasarkan jumlah putaran baling-baling per waktu putarannya. Dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
U = a𝑁
𝑡 +b
Dimana: N = jumlah putaran baling-baling T = waktu putaran baling-baling
III - 1 ya
BAB III