PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM

(1)

(2)

"

PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN

BUATAN DI SALURAN CURAM

PRESS RELEASE

Oleh:

Yeri Sutopo

07/259267/SMU/282

j

PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSIT AS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2014

(3)

,.

.

PRESS RELEASE

PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM

(SELF AND ARTIFICIAL AIR ENTRAINMENT IN STEEP CHANNEL)

Oleh: Yen Sutopo

LATAR BELAKANG

Pada aliran superkritik, udara dari atmosfir masuk ke dalam aliran. Masuknya udara dalam aliran akan memperbesar volume aliran, yang mana hal ini dapat menyebabkan aliran melimpas di atas dinding samping saluran luncur atau bangunan pelimpah. Di samping itu, pemasukan udara dalam aliran dimungkinkan untuk mencegah atau mengurangi kerusakan yang diakibatkan oleh kavitasi (Chanson, 1993).

Menurut Borman seperti yang dikutip oleh Falvey (1980), reSlm pemasukan udara secara alami di bangunan pelimpah melibatkan tiga wilayah yaitu (1) no air entrainment, (2) developing, dan (3) fully developed. Aliran superkritik yang teIjadi di saluran luncur serta pada wilayah pemasukan udara no

air entrainment dan developing diprediksi dapat menyebabkan erosi dan kavitasi.

Prediksi ini didukung oleh Kramer dan Hager (2005) bahwa erosi teIjadi di wilayah yang mana tekanan rendah serta di wilayah yang mana gelembung udara belum menyentuh dasar saluran atau di wilayah developing.

Pada saat kecepatan aliran meningkat (makin jauh dari crest pelimpah), maka tekanan akan berkurang. Penurunan tekanan ini dapat saja cukup besar, sehingga tekanan aliran tersebut turun mencapai tekanan uapnya (Kramer dan Hager: 2006). Dalam situasi pendidihan teIjadi, gelembung uap terbentuk dan kemudian pecah pada saat aliran bergerak ke daerah tekanan yang lebih tinggi (kecepatan aliran lebih rendah). Pada saat gelembung uap pecah di dekat suatu batas fisik tertentu, misalnya dasar atau dinding samping chute, maka dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan di daerah kavitasi.

Erosi di saluran luncur dapat dikurangi atau dihilangkan dengan cara (1) meningkatkan tinggi tekanan, (2) meningkatkan kehalusan dasar dan dinding

(4)

,

..

saluran luncur, (3) memasang slot aeration, dan (4) memasang aerator (Chanson, 1993). Upaya meningkatkan kehalusan dasar dan dinding saluran dengan cara menggunakan material tertentu merupakan langkah yang mahal. Chanson (1993) menyarankan agar erosi kavitasi dikurangi atau dihilangkan dengan cara memasang slot aeration atau aerator.

Masalah yang timbul adalah pengaruh pemasukan udara baik secara alamiah maupun secara buatan (self and artificial air entrainment) terhadap unjuk kerja (performance) saluran berkemiringan curam. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai permasalahan di atas.

HASIL PENELITIAN

Profil Distribusi Konsentrasi Gelembung Udara pada Kondisi Pemasukan Udara Alamiah pada 0=25°, Q=20,9 Vs, di titik 7,2 m dari inlet flume

Konsentrasi gelembung udara di dasar kedalaman belum mencapai 10%, sehingga masih dimungkinkan terjadinya tekanan rendah atau terjadinya indeks kavitasi yang rendah. Kondisi demikian masih sangat membahayakan bagi struktur saluran curam atau saluran luncur pelimpah bendungan. Oleh karena itu, di titik 7,2 m dari inletflume masih diperlukan aerator (Kramer, 2004).

.h 0

...

O

;~'

... ·· ···

0.. .

'---.

. . ...

, ,

§.. ' ff~'

.8

..,

.o.

fg6

[l

0,0

~1

0,0

o Konsentrasi gelembung udara C (%) eksperimen

----

Konsentrasi gelembung udara C (%) teori

(Straub dan Anderson, 1958)

...

Konsentrasi gelembung udara C (%) teori

(Chanson, 1995)

20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Konsentrasi gelembung udara C (%)

Gambar 1. Profil distribusi pada a=25°, Q=20,9l/s, di titik 7.2 m dari inlet flume

1,0 0,9 = 0,8 e :s 0,7r. ..Q 0,6 (IS 0,5

-= 0,4 = .! 0,3 .-..Q 0,2 If 0,1

(5)

Profil Distribusi konsentrasi gelembung udara C eksperimen (gabungan) di titik 7,2 m dari inletflume 0,9

-.r;; 0,8₌ ~

.§

0,7 "E J 0,6 ~ = './ -: 0,5

i

= :)...: gf 0,4 Iff

~

0,3~

~

02 .. ~

'~?-0,1~

or

o

..,.

.

"/ ~ /1'

x

+

t(K

l~

x

.

)K.

X

x.:w:

X)KIII+

.

.)K+

..

+C_Eksp_15 derajat_9,4 1/s .C_Eksp_15 derajat_ll,5 1/s C_Eksp_15 derajat_20,91/s XC_Eksp_20 derajat_9,41/s ~C_Eksp_20derajat_ll,51/s C_Eksp_20 derajat_20,91/s C_Eksp_25 derajat_9,41/s C_Eksp_25 derajat_ll,5 1/s C_Eksp_25 derajat_20,9 1/s 10 20 80 100

, 30_{Konsentrasi gelembung udara C (%)}40 50 60 70

Gambar 2. C di titik 7,2 m dari inletflume; Q=9,4l/s, 11,5 1/s,dan 20,91/s; serta a= 15°,20°, dan 25° 90

Berdasarkan Gambar 2 di atas, dapat disintesiskan bahwa gelembung udara di titik 7,2 m dari inletflume sudah mencapai dasar saluran yang besarnya 3%, dengan demikian dapat dikatakan bahwa wilayah ini termasuk dalam kategorifully aeratedflow.

.

. .

(6)

..

.

Rancangan Aerator untuk Meningkatkan Konsentrasi Gelembung Udara

Bilangan Froude pada titik 7,2 m di a=25° dan debit=20,9 l/s adalah 6,8. Konsentrasi gelembung udara di dasar saluran adaJah 2,9%. Berdasarkan pendapat ahli mengenai bilangan Froude minimal 6 (Pettersson, 2012) atau 7 sampai 8 (Chanson, 199?) serta konsentrasi gelembung udara di dasar saluran <10%, maka aerator dapat dipasang di penggal 7,2 m di hilir inlet flume. Pada penggal yang lain tidak diperlukan pemasangan aerator, namun hanya diperlukan penghalusan pennukaan dasar salurannya.

25/1/11) ? //1// . 1(, <11111'I

Gambar 3. Dimensi aerator hasil rancangan penelitian

Profil Distribusi Konsentrasi Gelembung Udara pada Kondisi Pemasukan Udara Buatan (ArlijicialAir Entrainment) pada «=25°, Q=20,9I/s

Di bawah ini disajikan Gambar 4 tentang Profil distribusi konsentrasi gelembung udara setelah dipasang aerator.

(7)

..

.

..

...~.,)

J

..

-

",.

,,:-: .'. . . .' . --8-- KonsentrasigelembungudaraC (%)

.J.. .

eksperimen di wilayah ftee surface

1-.. ... aeration

" " · . . . . e Ko~ntrasigelembungudaraC(%)

'. _" _{... ..}

_..

teon_surface(Chanson,_aeration1995)diwilayahftee

--

_{- -}

_.

..

_..

"-.-.'

.

...

_-.

-- ,.

--....

....

_....

0,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Konsentrasi gelembung udara C (%)

Gambar 5. Profil distribusi (1=25°,Q=20,91/s di titik 7,2 m dari inletflume di

free surface aeration tepat di x/l=0,54

KESIMPULAN

Pertama, pada Q=20,9 1/sdan kemiringan dasar aliran (1=25°aerator dapat dipasang di penggal 7,2 m di hilir inletflume penelitian, karena (1) besar bilangan Froudenya adalah 6,8, serta (2) konsentrasi gelembung udara di dasar aliran belurn mencapai 10%; sedangkan pada penggal yang lain tidak diperlukan pemasangan aerator, namun hanya diperlukan penghalusan permukaan dasar saja;

Kedua, dimensi aerator hasil rancangan penelitian adalah do

=

7mm

(tinggi deflektor), panjang deflektor=30mm, kedalaman offsets D

=

20mm ,

panjang offsets =80 mm, diameter lubang ventilasi 10 mm, dan kemiringan dasar saluran (1=25°;

Ketiga, persamaan yang dikemukakan oleh Chanson (1995) bahwa distribusi konsentrasi gelembung udara C (%) di wilayah free surface aeration di hilir aerator mempunyai distribusi normal atau Gaussian didukung hasil penelitian, sehingga persamaan ini tidak perlu dimodifikasi;

... 5 ] ,0 :=- 0,9II.) = 0,8 e ;a_"'" _0,7 ,Q 0,6 t.s 0.,5 ... = :m 0,4 = .! 0,3 :s 0,2 If 'N 0,]

(8)

.

Keempat, distribusi konsentrasi gelembung udara C (%) di wilayah down

stream flow region tidak homogen. Di dasar aliran, konsentrasi gelembung

udaranya lebih kecil dibanding di bagian tengah dan permukaan aliran. Distribusi konsentrasi gelembung udara C (%) di wilayah ini cenderung trapesium;

Kelima, pada kemiringan dasar saluran curam a=25°, serta Q=9,4 US, Q=II,5 USclan Q=20,9 US,di titik 7,2 m dari inletflume pada kondisi pemasukan udara buatan (artificial air entrainment) di wilayah down stream flow region setelah aerator yang pertama terpasang tidak diperlukan aerator barn. Di samping itu, pemasangan aerator di lokasi 7,2 m di hilir inletflume bermanfaat mencegah teIjadinya kavitasi, karena konsentrasi gelembung udara di dasar aliran mencapai besaran 33, I% sampai dengan 59,41% yang lebih besar dari 10%.

SARAN

Pertama, berdasarkan kesimpulan penelitian diketahui bahwa pada kondisi pemasukan udara alamiah (self air entrainment) di saluran curam misalnya chute

spillway yang memiliki kemiringan dasar a=25°, persamaan distribusi konsentrasi

gelembung udara C (%) yang dikemukakan oleh Straub dan Anderson 1958 (Falvey, 1980) memiliki prediksi cukup akurat. Dengan demikian, secara praktis dapat disarankan, jika terdapat chute spillway yang memiliki kemiringan dasar a=25°, maka perhitungan distribusi konsentrasi gelembung udara dapat dilakukan menggunakan persamaan Straub dan Anderson 1958 (Falvey, 1980);

Kedua, dibutuhkan penelitian lanjutan yang memanfaatkan metode analisis data gelembung udara yang berbeda misalnya menerapkan Image processing

method secara khusus adalah stereomatching method, dengan demikian dapat

digunakan sebagai pengayakan hasil penelitian ini, yang selanjutnya dapat disusun persamaan empirik tentang distribusi konsentrasi gelembung udara arab vertikal yang validitas dan reliabilitasnya sangat tinggi;

(9)

.

..

MANF AAT PENELITIAN

Manfaat untuk untuk pembangunan negara

a. Kondisi eksisting saluran luncur pelimpah bendungan di Indonesia tidak banyak yang memanfaatkan teknik artificial air entrainment terutama aerator untuk mencegah terjadinya kavitasi. Berdasarkan data, di pulau Jawa hanya pelimpah bendungan Wadas Lintang yang menerapkan teknik ini. Padahal kerusakan yang diakibatkan oleh fenomena kavitasi sangat berbahaya yaitu dapat meruntuhkan pelimpah bendungan sekaligus bendungan itu sendiri, karena struktur ini merupakan pelindung utama bendungan. Oleh karena itu, hasil penelitian ini mempunyai sumbangan bagi perancang bendungan agar merubah pola tikir lama yaitu tidak menerapkan teknik artificial air

entrainment terutama aerator sebagai struktur utama di dalam pembangunan

saluran luncur bendungan menjadi menerapkan dalam pembangunan pelimpah bendungan;

b. Jumlah gelembung udara yang tinggi di dalam aliran terutama di hilir saluran luncur pelimpah bendungan menyebabkan kecukupan kebutuhan oksigen bagi biotika di dalam sungai sehingga mendukung kegiatan konservasi lingkungan yang bersifat green technology, sehingga dapat menjaga jenis dan jumlah biotika di dasar sungai yang merupakankekayaan alam bangsa Indonesia.

Manfaat untuk pengembangan iImu pengetahuan dan teknologi

a. Secara teoritik hasil penelitian ini dapat mendukung teori distribusi konsentrasi gelembung udara seperti yang dikemukakan oleh Chanson (1997) serta Straub dan Anderson (1958) khususnya di wilayah developing di dasar saluran curam atau di dasar saluran luncur pelimpah bendungan;

b. Secara praktis hasil penelitian ini dapat digunakan untuk. memprediksi distribusi konsentrasi gelembung udara di wilayah developing pada kondisi pemasukan udara alamiah (selfair entrainment) yang berhubungan dengan

pencegahan tetjadinya kavitasi di dasar saluran curam atau di dasar saluran luncur pelimpah bendungan.

(10)

.

DAFTAR RIW A Y A T HIDUP

12. Pendidikan Formal:

Tingkat Nama dan Tempat Lembaga Pendidikan

Keahlian _{Tahun Ijazah}

Sekolah Dasar SD Taman Siswa Surakarta

1975

1. Nama _{Drs. Yeri} _Sutopo, _{M.Pd., M.T.}

2. _Tempat _{dan Tanggal Lahir} _{Surakarta,30 Juli1963} 3. NIP _{196307301987021001} 4. _{PangkatiGolongan} PembinaIIV a 5. Jabatan Akademik _{Lektor Kepala}

6. _{Unit Kerja} FakultasTeknik UNNES 7. Alamat Kantor _{UniversitasNegeri Semarang}

FakultasTeknik, Jurusan Teknik Sipil

Gedung E3-E4 Kampus Sekaran Gunungpati Semarang 50229 Telp/Fax 024-8508102

8. Alamat Rumah J1.Taman Kradenan Asri G-3/G-4 Semarang (024) 8502419/08164884232 9. Email _{[email protected]@yahoo.com} 10. Nama Istri _{Dra. ElyRudyatmi,}_M.Si.

11. NamaAnak _{1. Rifky Ruriardi}

2.

ShaniRuri Efendi

(11)

r

.

13. Pengalaman Jabatanlpenghargaan: No. Namadan Tempat

Lembaga Kursus I. Fakultas Teknik UGM

Yogyakarta

2. PPB UGM Yogyakarta 3. DP2M DIKTI Depdiknas

Nama Kursus Tahoo

Pra Pascasarjana (pra S-2) 1997

TOEFL 2009

Pelatihan Pemanfaatan Hasil 2011 Penelitian, Pengabdian Masyarakat

yang Berpotensi Paten

14. Publikasi Ilmiah yang Berkaitan dengan Disertasi

No. Nama Seminar atau

Conference

ludul Makalah _Tempatffahun

l. Seminar Nasional PeneHtianDisertasi Doktor

Pemasukan Udara Alamiah (self air

entrainment) Di Saluran

Curam

Yogyakarta, 14 Juli 2011

9 Menengah ST Negeri 4 Surakarta Teknik 1979

Pertama _Bangunan

Menengah Atas STM Negeri 1 Surakarta Teknik 1982 Bangunan

Satjana (S-I) Drs. IKIP Yogyakarta Teknik 1986 Bangunan

.

Pascasatjana IKIP Jakarta Pendidikan 1992

Pendidikan _Kejuruan

Pra Pascasarjana Fakultas Teknik UGM Teknik Sipil 1997 (pra S-2) Yogyakarta (Lulusan

Terbaik)

Pascasatjana/S- 2 Program PascasaIjana Teknik Sipil 2002 (M.T.) UGM Yogyakarta

S-3 Teknik Sipil Program PascasaIjana FT Teknik Sipil 2014 Fakultas Teknik _{UGM Yogyakarta}

(12)

..

2. The in ASEAN Civil _{Data Acquisition System} _{Yogyakarta, 22-23} Engineering Conftrence of Air Bubbles in Steep November 20II

and The 4th Channel Flow

Environmental

Engineering Conftrence

3. Konferensi Nasional Distribusi Konsentrasi _Bandung,20 Pascasarjana Teknik Sipil dan kecepatan Desember 20II 20tI _{Gelembung Udara pada}

Kondisi Pemasukan Udara Alamiah (self air

entrainment) Di Saluran

Curam

4. Pertemuan Ilmiah Sistem Akuisisi Data _{Bandung, 10} Tahunan HATHI XXIX, Tekanan Oi Saluran Oktober 2012

Bandung Curam (Pemakalah

Terbaik)

5. Konferensi Nasional _{Indeks Kavitasi pada} _{ITB Bandung, 15} Pascasarjana Teknik Sipil Aliran Superkritik Oi Oesember 2012

2012 Saluran Curam

6. _{Engineering International} _{Aerator Performance in} Pandanaran Hotel

Conftrence, 2013 Reducing Phenomenon Semarang, 8

of Cavitation in Januari 2013 Supercritical Flow in

Steep Channel Bed

7. _{Engineering International} Self Air Entrainment in Pandanaran Hotel

Conference, 2013 Supercritical Flow in Semarang, 21 Steep Channels November 2013