V. HASIL DAN PEMBAHASAN
5.4. Kalibrasi Pintu Air Rancangan
Untuk meningkatkan fungsi utama saluran irigasi untuk memberikan air secara tepat, akurat, dan fleksible seperti yang diungkapkan oleh Burt (1987) dalam Schuurmans et al. (1999). Pemberian harus tepat dan akurat, berarti irigasi diberikan harus tepat pada waktunya (saat dibutuhkan) dan akurat jumlah yang diberikan. Fleksibel, berarti dapat menyesuaikan dengan kebutuhan pengguna. Semua ini tentu bukanlah perkara yang mudah dikerjakan jika dilakukan secara manual. Oleh karena itu perlu masukan teknologi untuk melakukan pembagian air secara otomatis.
Otomatisasi irigasi di daerah irigasi teknis memerlukan prasarana pintu air dalam kondisi baik. Pintu air yang hanya berfungsi sebagai regulator, tentu sulit untuk menentukan besarnya air irigasi yang harus diberikan. Oleh karena itu perlu pintu air yang mampu mengatur sekaligus mengukur air (regulator and measurement).
Pada sub-bab ini coba dibahas mengenai study kalibrasi pintu air hasil rancangan, yaitu pintu air GFRP. Pintu ini dipilih dalam uji kalibrasi hidrolika aliran karena sifatnya yang lebih ringan bila dibandingkan dengan pintu hasil rancangan GFRC, sehingga apabila dilakukan otomatisasi ke depan akan memperingan kerja motor penggerak pintu tersebut. Selain itu, pintu GFRP sudah dilengkapi dengan tonjolan berupa ½ lingkaran yang diharapkan akan meningkatkan nilai koefisien pengaliran (Cd) dan koefisien kontraksi (Cc)
mendekati nilai 1. sehingga tingkat akurasi pengukuran menjadi lebih baik. Untuk mencapai hal tersebut, maka dilakukan pengujian hidrolika aliran air pada bawah pintu (undershot) menggunakan formula klasik yang dikembangkan oleh Rajaratnam dan Subramanya (1967) dan Swamee (1992).
Namun bedanya, pada penelitian sebelumnya mereka menggunakan pintu persegi (datar) dengan bahan terbuat dari besi.
Berdasarkan hasil pengujian menggunakan persamaan 6, 7, 8, dan 9 diperoleh hasil sebagai berikut :
Tabel 7. Kalibrasi Pintu Air GFRP Bentang 50 cm
w (mm)
Depth of Water (h) Cd Q (l/det)
hulu (mm) hilir (mm) 1 2 1 2 3 10 97 25 0,891 0,422 6,143 2,746 6,011 10 87 15 0,886 0,403 5,789 2,464 6,233 10 99 27 0,891 0,426 6,212 2,802 6,011 15 48 25 0,833 0,309 6,063 1,830 5,901 15 52 25 0,838 0,321 6,350 2,014 6,121 15 44 27 0,827 0,297 5,764 1,644 6,011 20 32 25 0,773 0,256 6,121 1,152 6,121 20 32 24 0,773 0,256 6,121 1,152 6,233 50 120 80 0,812 0,462 31,154 13,110 31,269 70 220 125 0,832 0,583 60,489 34,282 60,610 70 215 130 0,830 0,578 59,686 33,407 60,610 70 210 125 0,829 0,573 58,873 32,525 60,610 90 175 140 0,794 0,536 66,185 29,705 60,610 90 175 145 0,794 0,536 66,185 29,705 60,610 110 165 145 0,764 0,524 75,614 27,288 60,610 110 165 145 0,764 0,524 75,614 27,288 60,610
Keterangan : 1 ) Swamee Method (1992)
2 ) Rajaratnam and Subramanya Method (1967)
3 ) Kalibrator menggunakan ISO Standart Rehbock Weir
Pada Tabel 7 menunjukkan bahwa perhitungan nilai Cd dan prediksi debit
dengan persamaan yang dikembangkan Swamee (1992) diperoleh nilai Cd sebesar
0,761 – 0,891 (rata-rata sebesar 0,82) untuk bukaan pintu 1 – 11 cm. Hasil ini merupakan nilai yang sudah dioptimasi dengan nilai konstanta k0 = 15,00; k1 =
0,06; dan Cc = 0,95. Sedangkan pehitungan yang dilakukan dengan pendekatan
rumus yang dikembangkan oleh Rajaratnam dan Subramanya (1967) diperoleh nilai Cd yang lebih rendah (maksimum 0,580) dengan nilai Cc sebesar 1,08.
Tingkat akurasi pengukuran debit pintu GFRP dengan menggunakan pendekatan Metode Swamee lebih rasional, karena nilai prediksi debit aliran hampir mendekati dengan nilai kalibrator. Hal ini diperkuat dengan nilai indeks performansi, yaitu berupa perhitungan Root Mean Square Error (RMSE) dan
Tabel 8. Indeks Perfor Indeks MAPE RMSE Keterangan : *) RS : Raja Tabel 8 menunj 5,44% jauh lebih keci nilai porsentase relat
dengan bias error pe (2003), nilai error pen umum sebesar + 5%, lebih dari 50%. Oleh lebar 50 cm untuk kondi
Untuk memuda keperluan otomatisas rasio tinggi aliran di pengalirannya (Cd).
eksperimen untuk pint dengan Henry’s Nomogr
untuk jenis aliran free
Gam
formansi Masing-masing Metode
Formula Swamee Method
∑
= − N i i i i Y Y Y N 1 ~ 100∑
= − N i i i Y Y N 1 2 ~ 1 5,44% 5,68 l/det 174,16% 20,65 lajaratnam and Subramanya
nunjukkan bahwa nilai MAPE untuk metode S kecil dibandingkan dengan metode RS. Ini menunj
elative error Swamee lebih baik dibandingka pengukuran sebesar 5,68 l/det. Menurut C pengukuran debit dalam kondisi aliran bebas (f
, sedangkan untuk kondisi submerged flow (te leh karena itu, maka hasil kalibrasi dan penguj uk kondisi aliran free flow dapat diterima dan masuk a
udahkan pengukuran dan pengaturan di tingka asi pintu irigasi, maka perlu dibuatkan kurva hubun n di hulu pintu (h1) dan bukaan pintu (w) de
. Pada Gambar 26 terlihat bahwa kurva yang pintu GFRP tersebut memiliki karakteristik pol
omogram yang dibuat oleh Henry (1950) dalam
ree flow.
ambar 26. Grafik Hubungan (h /w) dengan C
RS* Method 174,16%
20,65 l/det
ode Swamee sebesar enunjukkan bahwa ngkan dengan RS, Clemmens et al.
free flow) secara (tergenang) adalah ujian pintu GFRP asuk akal.
ngkat lapangan dan va hubungan antara dengan koefisien ng dihasilkan dari k pola yang sama m Toepfer (2007).
Berdasarkan hasil study kalibrasi pintu GFRP semakin memperkuat metode Swamee (1992) yang mengembangkan formulasi perhitungan debit aliran bawah pintu dari persamaan klasik yang diperfomansi menggunakan regresi non linier pada Nomogram Henry. Dan yang mengejutkan lagi adalah bahwa nilai konstanta k0 dan k1 yang ditetapkan Swamee hampir dikatakan bersesuaian
dengan nilai k0 dan k1 hasil eksperimen pada pintu GFRP, yaitu pada Swame
diperoleh nilai k0=15 dan k1=0,072. sedangkan hasil eksperimen pintu GFRP
menunjukkan hasil k0=15 dan k1=0.062.
Perbedaannya adalah bahwa temuan baru dari penelitian ini dengan menggunakan jenis pintu GFRP dengan tambahan tonjolan ½ lingkaran pada bagian bawah pintu mampu meningkatkan nilai Cd hampir mendekati nilai 1
dengan nilai Cc = 0,951, sedangkan Henry (1950), Rajaratnam dan Subramanya
(1967) dan Swamee (1992) mendekati nilai konstan pada nilai 0,611 dan nilai Cc
sebesar 0,61. Hal ini berbeda akibat jenis pintu, baik bahan pintu, bentuk desain pintu yang digunakan berbeda. Ini sesuai dengan pendapat yang dikemukakan oleh Lin et al., (2002), yang menyatakan bahwa nilai Cc akan bervariasi
tergantung dari besaran bukaan pintu, bentuk daun pintu yang digunakan, kedalaman aliran air di hulu dan jenis aliran.
Sehingga dengan dapat ditingkatkannya nilai koefisien Cd dan Cc hampir
mendekati nilai 1, maka pintu air GFRP memiliki tingkat akurasi pengukuran/prediksi debit yang baik. Maka pintu ini layak digunakan untuk pengaturan dan pengukuran air di dalam saluran. Dengan peningkatan akurasi pengukuran debit ini diharapkan jalan menuju otomatisasi pintu air irigasi dapat tewujud. Maka langkah selanjutnya adalah bagaimana agar pemberian air itu bisa tepat waktu dan fleksibel. Hal ini hanya mungkin dilakukan menggunakan otomatisasi. Pada sub-bab di bawah ini akan dibahas mengenai simulasi pengendalian muka air secara otomatis menggunakan teknik kendali fuzzy