Kajian Jarak Efektif Penempatan Bangunan Ukur Debit Tipe Ambang Lebar di Hilir Pintu Sorong (Uji Model Fisik di Laboratorium Hidrolika Saluran Terbuka)
Ir. Dwi Priyantoro, MS, Ir. Heri Suprijanto, MS, Erdiana Novani Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia Email: vaniezt_bonz@yahoo.com
ABSTRAK
Pintu pengatur merupakan salah satu alat yang digunakan untuk membagi air ke lahan-lahan pertanian yang ada di suatu jaringan irigasi. Untuk memudahkan dalam mengeksploitasi pintu maka diperlukan adanya bangunan ukur di hilir pintu. Perletakan yang salah akan menyebabkan keberadaan bangunan ukur tersebut menjadi tidak efisien.
Berdasarkan uraian di atas, dilakukan penelitian untuk mengetahui jarak efektif penempatan bangunan ukur di hilir pintu dengan menggunakan peraga saluran terbuka segi empat, model berupa pintu sorong dan bangunan ukur ambang lebar. Penelitian ini difokuskan pada perubahan apa yang terjadi pada kondisi aliran di pintu sorong pada saat diletakkan bangunan ukur ambang lebar di bagian hilirnya.
Analisa didasarkan atas pendekatan statistik dari hubungan variabel-variabel yang disertakan dalam rancangan penelitian dan disajikan dalam bentuk grafik dan Persamaan. Agar hasil penelitian dapat diterapkan dilapangan maka digunakan analisa dimensi dengan metode matriks Langhaar. Dari hasil penelitian didapatkan grafik perubahan Ho/a’ setelah pemasangan bangunan ukur dengan Ho/a sebelum pemasangan bangunan ukur. Selanjutnya jarak penempatan bangunan ukur (Ls) dapat dicari dengan menggunakan grafik hubungan Ho/a setelah pemasangan bangunan ukur dengan Ls/a. Untuk bilangan Froude 1 – 3,5 pada kondisi aliran sebelum pemasangan bangunan ukur ambang lebar jarak penempatan ambang dapat dicari dengan menggunakan grafik hubungan bilangan Froude dengan Ls/a atau dengan persamaan.
Sebelum pemasangan bangunan ukur kondisi aliran di hilir pintu adalah bebas dengan nilai Froude Fr > 1. Setelah pemasangan kondisi aliran di hilir pintu adalah tenggelam dengan batas H1 < 0,7 Ho dengan nilai Froude Fr < 1.
PENDAHULU AN
Salah satu bangunan yang sering ditemui pada jaringan irigasi adalah pintu pengatur. Pintu pengatur pada jaringan irigasi berfungsi untuk membagi air agar semua daerah irigasi dapat terairi secara merata. Jenis pintu pengatur yang diketa-hui
berupa pintu sorong, pintu radial, skot balok dan pintu sorong
bersegmen. Sebagai langkah awal dalam pe-rencanaan dari suatu pintu sorong yang
kebutuhan tinggi muka air di hulu pintu, ketinggian muka air di hilir, dan bukaan pintu. Dari tinggi bukaan pin-tu dapat diketahui debit yang mengalir di bawah pintu. Untuk
mempermudah
da-lam mengetahui debit yang mengalir ma-ka di hilir pintu dilengkapi dengan ba-ngunan ukur debit.
METODE PENELITIAN 1. Lingkup
Penelitian Sesuai dengan tujuan penelitian ini, maka percobaan dimaksudkan untuk
mengetahui jarak efektif penempatan ba-ngunan ukur ambang lebar. Suatu ba-ngunan ukur dikatakan efektif apabila de-bit yang terukur oleh bangunan
tersebut sama dengan debit yang mengalir di bawah pintu sorong.
Penelitia n ini bersifat eksperimen-tal di laboratorium, dengan demikian pe-makaian alat dalam percobaan tentunya
sebenarnya di la-pangan.
2. Persiapan Penelitian
Penelitian ini menggunakan fasilitas Laboratorium Hidrolika Dasar Jurusan
Pengairan
Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Adapun
peralatan yang digu-nakan dalam penelitian ini adalah: 1. Peraga saluran sisinya (n Manning = 0,010) - Panjang
9 meter - Lebar
0,078 meter - Kedalam
an
maksimal 0,22 meter - Kemiring
an 0,0001
2. Tandon kendali debit konstan - Panjang
0,5 m - Lebar 0,6
m - Tinggi
0,31 m 4. Tabung pitot 5. Arloji ukur
(stopwatch) 6. Satu set
model pintu sorong (sluice gate) 7. Model
ambang lebar yang terdiri dari: - Balok
ambang dengan panjang 30 cm - Tinggi
Gambar 1. Sketsa alat percobaan Keterangan: 1. Flume
tenggorok panjang 2. Alat ukur
tinggi muka air
3. Pintu sorong 4. Penjalaran
gelombang 5. Saluran
percobaan 6. Pompa air 7. Bak
penampung bawah 8. Kran
pengatur
3. Kalibrasi dan Verifikasi
Kalibrasi adalah suatu tahap yang dilakukan untuk mencocokkan parameter yang akan digunakan dalam penelitian, sedangkan verifikasi adalah tahapan pem-buktian
kebenaran parameter
dengan per-lakuan fisik pada model. Kedua tahapan tersebut secara terperinci mengikuti uraian berikut:
A. Kalibrasi alat ukur
kecepatan aliran (pitot tube)
Kalibrasi pada pitot dimaksudkan pitot serta untuk menda-patkan persamaan kecepatan yang baru sesuai dengan angka koreksi.
Langkah-langkah yang dilakukan dalam kalibrasi pitot ini adalah sebagai berikut: diambil 3,0 m.
b. Dilakukan penakaran waktu yang diperlukan
, dimana: upt pitot (m) c. Langkah
(1) ∆h pitot. d. Selanjutny
penggam-baran diagram pencar di atas, dide-kati dengan kurva ini dilaksanakan untuk
mendapatkan koefisien
kontraksi dari pintu yang digunakan dalam penelitian serta koefisien
debitnya, dan selanjut-nya akan digunakan dala perhitungan bilang-an Froude lebih lanjut.
Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut: a. Koefisien
kontraksi - Langkah
awal adalah satu besaran debit (Q) - Menetapkan
tinggi bukaan pintu (a) dari yang terkecil - Setelah
aliran
sebanyak 10 kali.
- Percobaan diulangi lagi dari langkah (a) sampai variasi nilai Cc untuk
nilai a/H0.
b. Koefisien debit (Cd) berdasarkan nilai Cc dan H0 yang
telah dihitung.
4. Penelitian Pemasangan Ambang Lebar
Urutan/ tahapan
penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: - Debit
tertentu dan kondisi di hilir saluran peraga bebas (tidak ada ambang lebar)
- Dicatat kondisi - Dipasang ambang - Diukur
- Letak ambang dirubah dengan arah menuju hulu dengan di hilir pintu sorong. - Selanjutnya
diulang tahapan no.3 dengan tinggi - Dicatat hasil
yang terjadi
5. Rancangan Perlakuan
Untuk memudahkan percobaan dan hasil yang terjadi maka rancangan perlakuan yang dikerjakan dalam pene-litian ini dapat disajikan dalam tabel be--rikut:
Tabel 1. Rancangan
Perlakuan
Dalam rancangan perlakuan ini ditetap-kan bahwa perlakuan yang sama akan
di-lakukan pada beberapa jarak penempatan bangunan ukur (Ls).
6. Analisa Hubungan Parameter dan
Variabel Kajian dalam hasil penelitian ini me-nyertakan beberapa
parameter dan vari-abel yang berpengaruh. Dengan adanya beberapa
variabel dan parameter
hidrolis yang ada pada kajian ini, maka perlu di-ketahui faktor dominan mana yang akan menjadi dasar matematis untuk memper-oleh suatu hubungan persamaan antar va-riabel
maupun parameter
hidrolis tersebut. Untuk itulah perlunya
dilakukan
analisa dimensi agar dapat hubungan
variabel-variabel dan parameter tersebut. Para-meter dan variabel hidrolis yang berpe-ngaruh dalam
kajian ini terlebih dahulu dikelompokkan sebagai berikut: - Parameter
adalah tidak pernah berubah, da-lam hal ini parameter hidrolis ada-lah bentuk dan dimensi saluran (sa-luran yang digunakan - Variabel
merupakan faktor yang da-pat dipengaruhi dan nilainya dapat
a h1 h2
Ls Lh2 Ho
kajian ini dapat
dikelompok kan lagi sebaai berikut: a. Variabel
tergantung/ti dak tetap, yaitu:
- Kedalaman air awal loncatan (h1)
- Kecepatan dibawah pintu sorong (u1)
- Kedalaman air di hilir loncatan/ ke-dalaman konjugasi (h2)
- Jarak antara loncatan hidrolis dengan pintu (Lh2)
b. Variabel yang diatur, yaitu: - Tinggi
bukaan pintu sorong (a)
- Kedalaman air di hulu pintu (Ho)
- Jarak horizontal penempatan ambang lebar terhadap pintu (Ls) c. Variabel
yang lain, yaitu:
- Percepatan gravitasi (g); dan - Rapat massa
(ρ)
Gambar 2. Sketsa Perlakuan
Penelitian
k9
= 0 k1 + k2 + k3 + k4 +
k5 + k6 + k7 + k8 –
3k9 = 0
- k2 – 2 k8
= 0 eliminasi k5, k8
menghasilkan : k8 = - 0,5 k2
k5 = - k1 – 0,5k2
– k3 – k4 – k6 –
k7 + 3k9
Selanjutnya untuk menentukan produk bilangan tak berdimensi, digunakan ban-tuan matrik Langhaar pada tabel berikut:
Dari ketujuh bilangan tak berdimensi tersebut selanjutnya dapat difungsikan untuk membentuk bilangan tak berdimen-si lainnya. Dalam kaitan ini bilangan tak berdimensi yang dapat dibentuk adalah:
Dari tujuh bilangan tidak berdimensi dia-tas dapat kita tinjau bahwa π2
adalah bila-ngan Froude apabila a = h1.
HASIL DAN PEMBAHASA N
1. Kondisi Sebelum Pemasangan Ba-ngunan Ukur Debit Pada saluran yang digunakan dalam penelitian ini terlebih dahulu
dilakukan
perlakuan awal, yaitu dimana dialirkan debit tertentu dengan tinggi bukaan dan tinggi muka air hulu tertentu. Kemudian diamati dan dicatat variabel-variabel yang terjadi.
a. Kalibrasi Koefisien Kontraksi (Cc) dan Koefisien Debit (Cd) Untuk
memudahkan kontrol aliran dan ketelitian dalam
pengukuran data, maka perlu dilakukan
sebagai
pembentuk nilai bilangan Froude. Dalam hal ini nilai Cd, diperoleh dari nilai Ho dan Cc yang di-hitung dengan
menggunakan persamaan:
Gambar 3. Grafik hubungan
koefisien kontraksi (Cc)
dengan a/Ho b. Hubungan
Variabel-variabel yang terjadi - Hubungan
a/Ho dengan bilangan Froude (Fr) Dari
pengamatan variabel-variabel tersebut, pertama dapat kita lihat hu-bungan antara tinggi bukaan pintu (a) dan tinggi muka air hulu pintu (Ho) dengan bilangan Froude yang dihasilkan. Hu-bungan
antara a/Ho dengan Fr dapat dibuat grafik atau kurva hubungannya. Dari kurva ini diharapkan dapat diten-tukan berapa besarnya tinggi bukaan pin-tu untuk dapat
menghasilkan bilangan Froude dengan tinggi muka air hulu yang sudah ditentukan.
Gambar 4 Hubungan a/Ho
dengan bilangan Froude - Hubungan
h2/a dengan
bilangan Froude Setelah itu dibuat tabel dan kurva hubungan
antara h2/a
dengan bilangan Froude. Dari tabel dan kurva diharapkan untuk kemudian dapat diketahui besarnya h2 yang
terjadi pada kondisi bilangan Froude dan bukaan pintu yang sama pada kondisi
sebelumnya.
Gambar 5. Hubungan h2/a
dengan bilangan Froude - Hubungan
h1/h2 dengan
bilangan Froude Dari hubungan antara tinggi muka air di awal loncatan (h1) dan
tinggi muka air di akhir loncatan (h2) dengan
bilangan Froude dari hasil pengamatan dapat dibuat kurva hubungan antara variabel h1/h2 dengan
bilangan Froude (Fr). Dari kurva
dapat ditentukan berapa besar nilai h1 dengan
kondisi Froude dan h2 tertentu.
Gambar 6 Hubungan h1/h2
dengan bilangan Froude - Hubungan
Lh2/a dengan
bilangan Froude Tahapan selanjutnya adalah mencari hu-bungan kondisi muka air tenang dari pin-tu (Lh2) dan
tinggi bukaan pintu (a) de-ngan bilangan Froude yang terbentuk. Dari hasil pengamatan ini kemudian di-buat
kurva/grafik hubungan antara
ditentukan letak ter-capainya aliran tenang (sub kritis) dari pintu dengan perlakuan seperti di atas.
Gambar 7. Hubungan Lh2/a
dengan bilangan Froude 2. Kondisi Setelah Pemasangan Bangunan Ukur Ambang Lebar di Hilir Pintu
Pada kondisi
perlakuan yang sa-ma dengan sebelumnya, dilakukan kemu-dian adalah pemasangan bangunan ukur ambang lebar dengan kondisi variabel yang sama. Bangunan ukur tersebut juga
diperlakukan bervariasi
terhadap jarak penempatan dari
pintu sorong (Ls).
Setelah dilakukan pengamatan pada kondisi aliran di pintu sebelum pe-masangan
bangunan ukur ambang lebar dengan sesudah pemasangan bangunan ukur didapatkan perbandingan tinggi mu-ka air di hulu (Ho) dan tinggi bukaan pin-tu (a) dengan debit yang sama sebelum
pemasangan ambang dan sesudah pema-sangan
bangunan ukur. Dari hubungan tersebut dapat dibuat kurva hubungan Ho/a (sebelum
pemasangan bangunan ukur dengan Ho/a’ (setelah
pemasangan bangunan ukur) yang dapat digunakan untuk menentukan tinggi bukaan pintu (a) setelah dipasang
bangunan ukur di hilir pintu.
Gambar 8. Grafik Hubungan Ho/a
dan Ho/a’ Selanjutn
ya dari
penelitian ini di-dapat hubungan antara tinggi muka air (Ho) dan tinggi bukaan pintu setelah pe-masangan
ambang (a’) dengan jarak pe-nempatan
ambang (Ls). Dari tabel dapat dibuat grafik hubungan Ho/a’ dan Ls/a’ yang selanjutnya grafik tersebut dapat di-gunakan untuk menentukan jarak penem-patan bangunan ukur debit ambang lebar.
Gambar 9. Grafik hubungan
Ho/a’ dan Ls/a’ Selain dengan grafik hubungan Ho/a’ de-ngan Ls/a’, jarak perletakan ambang da-pat dicari dari grafik hubungan
bilangan Froude (Fr) sebelum pemasangan ambang dengan Ls/a’. Hanya saja grafik tersebut hanya terbatas pada bilangan Froude 1 – 3,5.
Gambar 10. Grafik Hubungan bilangan Froude
dengan Ls/a’ KESIMPULAN DAN SARAN
Setelah melakukan penelitian di laboratorium dan melakukan analisa hasil penelitian, maka dapat
1. Aliran di kisaran nilai Froude Fr <1 dan dalam ukur ambang lebar dapat ambang yang dapat dicari Ls/a’= 18,51. (Ho/a’)1,162. ambang (Ls). Untuk suatu saluran tersier de-ukur ambang le-bar adalah 14 m dari pintu sorong. Sedangka n saran yang bisa di-berikan, berdasarkan penelitian yang su-dah dilakukan serta beberapa kesimpulan yang sudah diambil, dan karena pene-litian dilakukan pada saluran peraga segi empat yang mempunyai lebar dasar sa-luran relatif sempit maka
perlu dilakukan pengujian pada saluran peraga yang lebih besar atau dengan lebar saluran yang me-madai. Disamping itu perlu dipertim-bangkan
pemilihan bentuk
penampang yang lain, misalnya trapesium.
Dengan demikian
diharapkan ha-sil penelitian yang disajikan dalam ben-tuk grafis maupun analitis dapat dipakai untuk perencanaan bangunan sejenis de-ngan
beberapa faktor yang mewakili kea-daan
dilapangan yang sesungguhnya, ser-ta
mempunyai tingkat
Hydraulics Structures. Oxford and IBH
Publishing, New Delhi. Hager, Willi, H.
1992. Energy Dissipator
s and
Hydraulic Jump. London. Kluwer Academic Publisher. Ranga, Raju, K.
G., 1981. Aliran Melalui Saluran Terbuka. Jakarta. Erlangga Soewarno. 1995.
Hidrologi Aplikasi Metode Statistik untuk Analisa Data (Jilid2). Bandung. Nova Subramanya, K.
1986. Flow In Open Channels. New Delhi. Tata Mc Graw – Hill
Publishing. Triatmodjo,
Bambang . 1993. Hidrauli ka II.
Yogyakar ta. Beta Offset Yitnosumarto, Suntoyo. 1990. Dasar-dasar Statistik.
Jakarta. PT. Raja Grafindo
