SKRIPSI ANALISIS ENERGI SPESIFIK AKIBAT PERUBAHAN DASAR SALURAN PADA SALURAN TERBUKA

(1)

SALURAN PADA SALURAN TERBUKA”

Disusun dan diajuakan oleh:

ABDILLAH SALAM NUR ROSMAWATI

105 81 1021 09 105 81 979 09

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2014

(2)

(3)

(4)

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena rahmat dan hidayah-Nyalah sehingga penulis dapat menyusun Makalah Ujian Seminar Hasil ini, dan dapat kami selesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan akademik yang harus ditempuh dalam rangka menyelesaikan Program Studi pada Jurusan Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun Judul tugas akhir kami adalah: “ANALISIS ENERGI SPESIFIK AKIBAT PERUBAHAN DASAR SALURAN PADA SALURAN TERBUKA“

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa di dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan-kekurangan, hal ini disebabkan penulis sebagai manusia biasa tidak lepas dari kesalahan dan kekurangan baik itu dari segi teknis penulisan maupun dari perhitungan-perhitungan. Oleh karena itu penulis menerima dengan ikhlas dan senang hati segala koreksi serta perbaikan guna penyempurnaan tulisan ini agar kelak dapat lebih bermanfaat.

Tugas ini terwujud berkat adanya bantuan, arahan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan

(5)

kerendahan hati, kami mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada: Bapak Ir. H. Muh Idrus Ompo, Sp,. PSDA selaku .Pembimbing I dan Ibu Hj. Nurnawaty, ST,. MT selaku pembimbing II, yang telah banyak meluangkan waktu, memberikan bimbingan dan pengarahan sehingga terwujudnya tugas akhir ini,

Ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Irwan Akib, Mpd. sebagai Rektor Universitas Muhammadiyah Makassar.

2. Bapak Hamzah Al Imran, ST,. MT. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

3. Bapak Muh. Syafaat S. Kuba, ST. sebagai Ketua Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

4. Bapak dan Ibu dosen serta staf pegawai pada Fakultas Teknik atas segala waktunya telah mendidik dan melayani penulis selama mengikuti proses belajar mengajar di Universitas Muhammadiyah Makassar.

5. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala limpahan kasih sayang, do’a, dorongan dan pengorbanannya terutama dalam bentuk materi dalam menyelesaikan kuliah .

(6)

6. Saudara-saudaraku serta rekan-rekan mahasiswa Fakultas Teknik, terkhusus Angkatan 2009 yang dengan keakraban dan persaudaraannya banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Semoga semua pihak tersebut di atas mendapat pahala yang berlipat ganda di sisi Allah SWT dan skripsi yang sederhana ini dapat bermanfaat bagi penulis, rekan-rekan, masyarakat serta bangsa dan negara. Amin.

Makassar, 24 Mei 2014

Abdillah salam nur / Rosmawati

(7)

ABSTRAK

Abdillah salam nur/Rosmawati, Analisis Energi Spesifik Akibat Perubahan Dasar Saluran pada Saluran Terbuka, (dibimbing oleh Ir. H. Muh. Idrus Ompo, Sp., PSDA, Hj. Nurnawaty, ST., MT). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui energi spesifik jika elevasi ambang pada dasar saluran ditinggikan, energi spesifik jika elevasi ambang pada dasar saluran diturunkan, serta angka Froude (Fr) dan bilangan Reynold (Re). Penelitian ini dibatasi pada prediksi jumlah tinggi muka air pada saluran terbuka dan perhitungan debit yang di rumuskan pada saat meninggikan dan menurunkan dasar saluran pada saluran terbuka. Jenis penelitian ini adalah eksperimen laboratorium, yaitu observasi dibawah kondisi buatan, tempat penelitian yang digunakan adalah Laboratorium Hidraulika Jurusan Sipil Pengairan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

Penelitian ini menghasilkan energi spesifik pada percobaan type A2 dari variasi debit pertama berdasarkan titik-titik pengukuran = (0,078 m), (2,056 m), (4,037 m), (6,013 m), (0,009 m), dari variasi debit kedua menghasilkan energi spesifik sebesar rata-rata = (0,072 m), (2,052 m), (4,031 m), (6,008 m), (0,005 m), dan dari variasi debit ketiga menghasilkan energi spesifik sebesar rata-rata = (0,070 m), (2,049 m), (4,028 m), (6,006 m), (0,004 m).

Serta percobaan type B menghasilkan energi spesifik dari variasi debit pertama berdasarkan titik-titik pengukuran = (0,081 m), (6,011 m), (4,008 m), (2,009 m), (0,009 m), dari variasi debit kedua menghasilkan energi spesifik sebesar rata-rata = (0,076 m), (6,007 m), (4,005 m), (2,007 m), (0,005 m), dan dari variasi debit ketiga menghasilkan energi spesifik sebesar rata-rata = (0,073 m), (6,005 m), (4,004 m), (2,005 m), (0,005 m).

Dan dimana bilangan froude untuk peninggian dasar saluran pada percobaan type A2 menurut titik-titik pengukuran pada debit pertama = 0,355, 0,421, 0,535, 1,071, 1,514. Untuk debit kedua menghasilkan angka froude = 0,241, 0,286, 0,373, 0,824, 1,166. Dan pada debit ketiga menghasilkan froude = 0,121, 0,146, 0,192, 0,452, 0,557. Sedangkan untuk penurunan dasar saluran pada percobaan type B, dimana pada debit pertama menurut titik-titik pengukuran = 0,347, 1,237, 1,671, 1,514, 1,408. Untuk debit kedua menghasilkan froude sebesar rata-rata = 0,235, 0,939, 1,253, 0,877, 1,166. Dan untuk pada debit ketiga menghasilkan froude sebesar rata-rata = 0,119, 0,469, 0,583, 0,469, 0,505. Apabila (Fr < 1) froude lebih kecil dari 1 berarti alirannya subkritis atau kadang-kadang dinamakan aliran tenang. Dan apabila (Fr > 1) froude lebih besar dari 1 berarti alirannya superkritis atau aliran cepat.

Kata kunci : Jenis aliran, kecepatan, ambang, energi spesifik.

(8)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... ...i

HALAMAN PENGESAHAN ... ...ii

KATA PENGANTAR ... ...iii

ABSTRAK...vi

DAFTAR ISI ... ...vii

DAFTAR GAMBAR... ...viii

DAFTAR TABEL………...ix

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN………...x

BAB I PENDAHULUAN A.Latar Belakang ...1

B. Rumusan Masalah...6

C. Tujuan Penelitian... ...6

D.Manfaat Penelitian ...6

E. Batasan Masalah ... ...7

F. Sistematika Penulisan ... ...7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA A.Hidrolika …...8

B. Aliran Saluran Terbuka………..………...…...9

(9)

C. Aliran Saluran Tertutup…...12

D.Klasifikasi Aliran...12

1. Bentuk Saluran...13

2. Aliran tunak dan aliran tak tunak...13

3. Aliran Seragam...14

4. Aliran tak Seragam...16

5. Aliran Turbulen dan Aliran Laminer...17

6. Aliran Kritis dan Superkritis...18

7. Aliran Berubah Beraturan………...……...19

F. Energi Spesifik (Specific Energy)………...……...22

G.Prinsip Energi dan Momentum……….…..……...26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A.Lokasi Penelitian ...29

B. Waktu Penelitian...29

C. Jenis Penelitian dan Sumber Data...30

D.Variabel yang Diteliti ...30

E. Alat dan Bahan...31

F. Simulasi Penelitian...33

BAB IV ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN A.Analisa debit pada alat ukur Thomson ...36

(10)

B. Karakteristik kecepatan aliran...39

B.1 Perhitungan bilangan froude (Fr)...39

B.2 Perhitungan bilangan reynold (Re)...50

B.3 Rekapitulasi Angka Froude dan Bilangan Reynold...60

C. Perhitungan Energi Spesifik...61

C.1 Menghitung energi spesifik pada saat penggian dasar saluran...61

C.2 Menghitung energi spesifik pada saat penurunan dasar saluran...68

BAB V PENUTUP A.Kesimpulan...72

B. Saran...74

DAFTAR PUSTAKA...75

LAMPIRAN...77

(11)

DAFTAR GAMBAR

Nomor halaman

1. Berbagai macam bentuk saluran terbuka 13

2. Aliran Seragam dan Aliran Seragam Tak Tunak 17 3. Perubahan tampang karena kenaikan dasar saluran subkritis 23

4. Parameter energi spesifik 24

5. Energi dalam aliran saluran terbuka berubah beraturan 26

6. Model saluran yang digunakan 31

7. Hubungan antara Variasi debit Q (m/det) dan Kec. V (m/det) 39

8. Tampak samping saluran 41

11. Hubungan antara Kedalaman (H) dan froude pada TYPE A1.1 43 12. Hubungan antara Kedalaman (H) dan froude pada TYPE A1.2 44 13. Hubungan antara Kedalaman (H) dan froude pada TYPE A1.3 45 14. Hubungan antara Kedalaman (H) dan froude pada TYPE A2 47 15. Hubungan antara Kedalaman (H) dan froude pada TYPE B 49 16. Hubungan antara Kedalaman (H) dan reynold pada TYPE A1.1 53 17. Hubungan antara Kedalaman (H) dan reynold pada TYPE A1.2 54 18. Hubungan antara Kedalaman (H) dan reynold pada TYPE A1.3 55

(12)

19. Hubungan antara Kedalaman (H) dan reynold pada TYPE A2 57 20. Hubungan antara Kedalaman (H) dan reynold pada TYPE B 59 21. Hubungan antara energi spesifik (m) dan Kedalaman H (m)

pada TYPE A1.1 64

22. Hubungan antara energi spesifik (m) dan Kedalaman H (m)

pada TYPE A1.2 65

pada TYPE A1.3 66

pada TYPE A2 68

pada TYPE B 71

(13)

DAFTAR TABEL

Nomor halaman

1. Perhitungan koefisien debit (c) 37

2. Perhitungan debit Thomson 38

3. Perhitungan angka froude pada model peninggiandasar saluran pada TYPE A1.1, A1.2, A1.3 42

4. Perhitungan angka froude pada peninggianbertahap pada dasar saluran pada TYPE A2 46

5. Perhitungan angka froude pada peninggianbertahap pada dasar saluran pada TYPE B 48

6. Perhitungan bilangan reynold pada model peninggiandasar saluran pada TYPE A1.1, A1.2, A1.3 52

7. Perhitungan bilangan reynold pada peninggianbertahap pada dasar saluran pada TYPE A2 56

8. Perhitungan bilangan reynold pada peninggianbertahap pada dasar saluran pada TYPE B 58 9. Rekapitulasi angka froude dan bilangan reynold 60 10. Perhitungan energi spesifik pada model peninggiandasar saluran pada TYPE A1.1, A1.2, A1.3 63

11. Perhitungan energi spesifik pada peninggianbertahap pada dasar saluran pada TYPE A2 67

12. Perhitungan energi spesifik pada peninggian

bertahap pada dasar saluran pada TYPE B 70 13. Pengamatan Lab. pada Model Peninggian Dasar Saluran 82 14. Pengamatan Lab. pada Model Peninggian Bertahap 83 15. Pengamatan Lab. pada Model Penurunan Bertahap 84

(14)

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

Notasi Definisi dan Keterangan

V Kecepatan aliran

A Luas penampang

R Jari-jari hidrolik

S Kemiringan energi

C Faktor tekanan aliran yang bervariasi

Re Bilangan Reynold

Α Koefisien energi

L Panjang karakteristik

E Energi spesifik

F Bilangan Froude

L Panjang karakeristik

H Tinggi energi

h Tinggi muka air

G Kecepatan gravitasi

(15)

A.Latar Belakang

Air merupakan karunia Allah SWT yang secara alami ada di seluruh muka bumi. Makhluk hidup, termasuk manusia sangat tergantung terhadap air. Untuk kelangsungan hidupnya, manusia membutuhkan air dengan kuantitas dan kualitas tertentu.

Sejalan dengan penurunan daya dukung lingkungan, menurun pula ketersediaan air yang dapat dikonsumsi langsung dari alam. Untuk itu manusia berupaya membuat suatu sistem penyediaan air minum guna memperoleh air yang memenuhi standar kualitas air minum.

Sistem penyediaan air minum tersebut terdiri dari sistem produksi dan sistem distribusi. Sistem produksi mempunyai peran mengambil air dari alam, kemudian mengolahnya menjadi air layak konsumsi. Setelah itu, air didistribusikan kepada konsumen yang ada di wilayah pelayanan. Sistem distribusi air minum biasanya menggunakan sistem perpipaan (hidrolika saluran tertutup).

1

(16)

Sistem distribusi air minum pada kenyataannya tidak terdiri dari sebuah pipa saja, namun merupakan suatu jaringan perpipaan, yaitu kombinasi kompleks dari sistem pipa, pompa, dan perlengkapan lainnya.

Kompleksitas jaringan perpipaan ini menimbulkan masalah dalam distribusi debit dan tekanan yang berkaitan dengan kriteria hidrolis yang harus terpenuhi dalam sistem pengaliran air minum. Untuk menyelesaikan masalah sistem jaringan distribusi air perlu dibangun suatu model sistem persamaan yang menggambarkan sistem jaringan tersebut. Oleh karena itu, dibutuhkan pengetahuan tentang persamaan-persamaan yang ada dalam hidrolika saluran tertutup.

Persamaan dasar yang erat kaitannya dengan hidrolika ini adalah persamaan kontinuitas dan kekekalan energi. Selain kedua persamaan tersebut, dalam aplikasi sistem distribusi air juga digunakan persamaan tambahan lain, yaitu persamaan kehilangan tekanan/headloss. Dengan menggabungkan persamaan-persamaan tersebut maka dapat dibangun suatu sistem persamaan yang menggambarkan sistem jaringan perpipaan distribusi air. Sistem persamaan yang terbentuk sebagian besar merupakan system persamaan tak linear.

Sungai mempunyai peranan yang sangat besar bagi perkembangan peradaban manusia diseluruh dunia ini, yakni dengan menyediakan daerah- daerah subur yang umumnya terletak di lembah-lembah sungai dan sumber air sebagai sumber kehidupan yang paling utama bagi kemanusiaan.

(17)

Demikian pula sungai menyediakan dirinya sebagai sarana transportasi guna meningkatkan mobilitas serta komunikasi antar manusia. Hingga pada dewasa inipun, sungai senantiasa mempunyai hubungan yang sangat erat dengan kehidupan sehari-hari.

Aliran saluran terbuka dapat terjadi dalam bentuk yang bervariasi cukup besar, mulai dari aliran diatas permukaan tanah yang terjadi pada waktu hujan, sampai aliran dengan kedalaman air konstan dalam saluran prismatis. Masalah aliran saluran terbuka banyak dijumpai dalam aliran sungai, aliran saluran-saluran irigasi, aliran saluran pembuangan dan saluran-saluran lainnya.

Sifat-sifat hidrolis alam biasanya sangat tidak menentu. Dalam beberapa hal dapat dibuat anggapan pendekatan yang cukup sesuai dengan pengamatan sesungguhnya yang sedemikian rupa, sehingga persyaratan aliran pada aliran saluran terbuka ini dapat diterima untuk penyelesaian analisa hidrolika teoritis

Proses erosi dan deposisi umumnya terjadi karena perubahan pola aliran. Perubahan pola aliran terjadi karena adanya halangan pada aliran sungai tersebut, berupa bangunan pengatur sungai. Bangunan semacam ini dipandang dapat merubah geometri alur dan pola aliran.

Saluran terbuka adalah saluran jika permukaan air yang mengalir berada pada kondisi bebas. Saluran terbuka dapat dibedakan dua jenis, yaitu buatan dan alami. Saluran terbuka yang dijumpai baik pada saluran irigasi

(18)

teknis, semi teknis, dan saluran alami banyak yang berada pada kondisi nonprismatis.

Menurut pryantoro (1991) saluran dianggap prismatis, kalau setiap penampang saluran berlaku satu lengkung energi spesifik, namun untuk sluran nonprismatis, penampang saluran berubah-ubah sepanjang saluran dan oleh karenanya lengkung energi spesifik berbeda-beda pada setiap penampangnya.

Pada saluran yang mempunyai bentuk saluran yang non prismatis aliran air mengalami perubahan seperti ketinggian, kecepatan, an perilaku aliran lainnya. Beberapa penyebab terjadinya penampang saluran yang tidak prismatis misalnya akibat sambungan dua penampang yang berbeda, adanya bangunan lain seperti sabodam, pilar jembatan, atau penyebab lain yang mengubah penampang dari saluran.

Analisis aliran pada saluran non prismatis menuntut ketelitian akibat adanya perubahan karakteristik aliran air. Salah satu contoh adalah penyempitan saluran yang akan menyebabkan ketinggian, kecepatan dan energi pada aliran berubah. Perubahan energi aliran tersebut akan berpengaruh pada kelancaran aliran dalam saluran yang pada gilirannya dapat terganggunya distribusi air yang dapat merugikan.

Kenyataan ini perlu mendapat perhatian, sehingga pembahasan aliran yang terjadi pada kasus penyempitan saluran dalam tulisan ini mencoba mengurai permasalahan tesebut melalui pengukuran dan

(19)

pengujian pada saluran terbuka dengan adanya penyempitan dan peninggian dasar saluran.

Kondisi aliran dalam saluran terbuka yang rumit berdasarkan kenyataan bahwa kedudukan permukaan yang bebas cendrung berubah sesuai waktu dan ruang, dan juga bahwa kedalaman aliran, debit, kemiringan dasar saluran dan permukaan bebas adalah tergantung satu sama lain. Kondisi fisik saluran terbuka jauh lebih bervariasi dibandingkan dengan pipa.

Kombinasi antara perubahan setiap parameter saluran akan mempengaruhi kecepatan yang terjadi. Disisi lain perubahan kecepatan tersebut akan menentukan keadaaan dan sifat aliran. Hal inilah yang ingin diketahui untuk menentukan pengaruh ketinggian terhadap kecepatan yang terjadi.

Prilaku aliran dalam saluran yang peka erosi dipengaruhi oleh berbagai faktor fisik dan oleh keadaan lapang yang sangat kompleks dan tidak menentu sehingga memerlukan perancangan yang tepat untuk saluran semacam ini. Sehubungan dengan pandangan umum mengenai perilaku aliran saluran terbuka, maka peneliti tertarik meneliti aliran saluran terbuka dengan metode energi spesifik dengan judul :

“ Analisis Energi Spesifik Akibat Perubahan Dasar Saluran pada Saluran Terbuka ”

(20)

B. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana energi spesifik jika elevasi ambang pada dasar saluran ditinggikan?

2. Bagaimana energi spesifik jika elevasi ambang pada dasar saluran diturunkan?

3. Berapa Angka Froude (Fr) dan bilangan Reynold (Re) ?

C.Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan sebagai berikut:

1. Untuk mengetahui energi spesifik jika elevasi ambang pada dasar saluran ditinggikan, sehingga dapat direncanakan peredam energi.

2. Untuk mengetahui energi spesifik jika elevasi ambang pada dasar saluran diturunkan, sehingga dapat direncanakan peredam energi.

3. Untuk mengetahui Angka Froude (Fr) dan bilangan Reynold (Re).

D.Manfaat Penelitian

Manfaat secara teoritis dari penelitian ini adalah untuk pengembangan pemahaman akan karakter aliran pada penampang yang mengalami peninggian dasar saluran sehingga secara praktis dijadikan

(21)

bahan pertimbangan dalam desain teknis saluran khususnya pada saluran- saluran irigasi dan drainase.

E. Batasan Masalah

Ruang lingkup dari penelitian ini dibatasi pada prediksi jumlah tinggi muka air pada saluran terbuka dan perhitungan debit yang di rumuskan pada saat meninggikan dan menurunkan dasar saluran pada saluran terbuka.

F. Sistematika Penulisan

Susunan sistematika tugas akhir ini dapat diuraikan sebagai berikut : Bab I, merupakan Pendahuluan, yang berisikan penjelasan umum tentang materi pembahasan yakni Latar Belakang, Rumusan Masalah, Tujuan Penelitian, Manfaat Penelitian, Batasan Masalah dan Sistematika Penulisan.

Bab II, adalah Tinjauan Pustaka, yang berisikan kajian literatur-literatur yang berhubungan dengan masalah yang dikaji dalam penelitian ini.

Bab III, yaitu Metodologi Penelitian, yang menguraikan secara lengkap mengenai metodologi yang digunakan dalam penelitian.

Bab IV, yaitu Pembahasan, berisikan pembahasan mengenai rumusan masalah diuraikan berdasarkan teori-teori yang ada di dalam bab dua.

Bab V, yaitu kesimpulan dan Saran.

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A.Hidrolika

Hidrolika dalam artian umum adalah bagian dari hidrodinamika yang terkait dengan gerak air atau mekanika aliran. Ditinjau dari mekanika aliran, aliran ada dua macam yaitu aliran saluran terbuka dan aliran saluran tertutup. Kedua macam aliran tersebut memiliki banyak kesamaan tetapi berbeda dalam satu ketentuan penting. Perbedaan tersebut terdapat pada keberadaan permukaan bebas, aliran saluran terbuka memiliki permukaan bebas sedangkan aliran saluran tertutup tidak mempunyai permukaan bebas karena air mengisi seluruh penampang saluran.

Dengan demikian aliran saluran terbuka mempunyai permukaan yang berhubungan dengan atmosfer sedangkan aliran saluran tertutup tidak mempunyai hubungan dengan atmosfer. Seperti kita air mengalir dari permukaan yang tinggi ke permukaan yang rendah ( dari hulu ke hilir) kecuali ada gaya yang mengakibatkan air mengalir ke arah sebaliknya sampai mencapai suatu elevasi tertentu , misalnya pemukaan air di danau atau laut.

Perjalanan air juga dapat dipengaruhi oleh tangan manusia, seperti saluran irigasi, pipa, gorong-gorong dan saluran buatan yang disebut kanal.

8

(23)

Walaupun pada umumnya perencanaan saluran ditujukan untuk karakteristik saluran buatan , namun konsep hidrolika juga ada baiknya diterapkan pada saluran alam.

Apabila saluran terbuka bebas terhadap atmosfer disebut aliran saluran tebuka atau aliran saluran bebas, contoh: sungai, kanal dan gorong- gorong. Sedangkan apabila aliran mempunyai penampang penuh disebut aliran saluran tertutup contoh : aliran pada pipa.

B. Aliran Saluran Terbuka

Saluran terbuka adalah saluran di mana air mengalir dengan muka air bebas. Kajian tentang perilaku aliran dikenal dengan mekanika fluida (fluid mechanis). Hal ini menyangkut sifat-sifat fluida dan pengaruhnya terhadap pola aliran dan gaya yang akan timbul di antara fluida dan pembatas (dinding). Telah diketahui secara umum bahwa akibat adanya perilaku terhadap aliran untuk memenuhi kebutuhan manusia, menyebabkan terjadinya perubahan alur aliran dalam arah hozintal maupun vertikal.

Berbagai permasalahan teknik yang berhubungan dengan aliran terkadang tidak dapat diselesaikan dengan analitis, maka harus melakukan pengamatan dengan membuat suatu bentuk saluran atau alat peraga, bentuk saluran ini mempunyai bentuk yang sama dengan permasalahan yang diteliti, tetapi ukuran dimensi lebih kecil dari yang ada di lapangan. Saluran

(24)

digolongkan menjadi dua macam yaitu, saluran alam (natural) dan saluran buatan (artifical).

Saluran alam merupakan suatu aliran yang meliputi semua alur aliran air secara alami, seperti sungai yang kecil dan besar dimana alirannya mengalir dari hulu ke hilir. Saluran buatan saluran yang dibuat dan direncanakan sesuai dengan konteks pemanfaatnya seperti, saluran irigasi, saluran drainase, saluran pembawa pada pembangkit listrik tenaga air dan saluran untuk industri. Karakteristik aliran yang terjadi pada saluran buatan merupakan aliran seragam yang terjadi di sepanjang saluran.

Menurut asalnya saluran dapat dibedakan menjadi dua, saluran alam dan saluran buatan.

Saluran alam meliputi semua aliran air yang terdapat secara alamiah di bumi, mulai dari aliran selokan kecil di pegunungan, selokan keciul, kali, sungai kecil, dan sungai besar sampai muara sungai. Aliran air di bawah tanah disebut juga aliran saluran terbuka alamiah.

Saluran buatan dibentuk oleh manusia, seperti saluran pelayanan, saluran pembangkit listrik, saluran irigasi dan talang, parit pembuangan, pelimpah tekanan, saluran banjir , saluran pengangkutan kayu, selokan dan sebagainya. Hali ini tersendiri disebut Hidrolika Sungai.

Saluran buatan yang dibentuk oleh manusia, seperti saluran seperti saluran pelayanan, saluran pembangkit listrik, saluran irigasi dan talang, parit pembuangan, pelimpah tekanan, saluran banjir , saluran pengangkutan

(25)

kayu, selokan dan sebagainya, termasuk model saluran yang dibuat dilaboratorium utuk keperluan penelitian. Sifat-sifat hidrolik saluran semacam ini dapat diatur menurut keinginan atau direncanakan untuk memenuhi persyaratan tertentu. Oleh karena itu, penerapan teori hidrolika untuk saluran buatan dapat membuahkan hasil yang cukup sesuai dengan kondisi sesungguhnya, dan dengan demikian cukup teliti untuk keperluan perencanaan praktis.

Pada berbagai keadaan dalam praktik teknik saluran terbuka buatan diberi istilah yang berbeda-beda seperti “salura” (canal), “talang” (flume),”

got miring” (chute), terjunan” (drop), “gorong-gorong” (culvert),

“terowongan air” (open-flow tunnel) dan sebagainya. Namun istilah-istilah ini tidak diterapkan secara ketat dan hanya dapat di definisikan secara umum. Saluran, biasanya panjang dan merupakan selokan landai yang dibuat di tanah,dapat dilapisi lapisan batu maupun tidak, atau beton, semen, kayu maupun aspal.

Talang merupakan selokan dari kayu , logam, beton, atau pasangan batu, biasanya disangga atau terletak di atas permukaan tanah, untuk mengalirkan air berdasarkan perbedaan tinggi tekanan.

Got miring adalah selokan yang curam. Terjunan hampir sama dengan got miring, namun perubahan tinggi air terjadi dalam jarak pendek.

Gorong-gorong adalah selokan tertutup yang pendek, dipakai untuk mengalirkan air melalui tanggul jalan kereta api maupun jalan raya.

(26)

Terowongan air terbuka adalah selokan tertutup yang cukup panjang, untuk mengalirkan air menembus bukit atau setiap gundukan tanah.

C.Aliran Saluran Tertutup

Saluran tertutup adalah yang adalah saluran yang seluruh sisinya ditutup tidak ada kontak angsung dengan tekanan atmosfer tetapi hanya dengan tekanan hidrolis. Sesi berikut meperkenalkan konsep dasar dari saluran terbuka dengan aliran dalam saluran tertutup . Pembahasan tentang rumus-rumus berikut dipergunakan untuk menggambarkan kondisi aliran stasioner (tetap/seragam) dan instasioner ( tidak tetap/tidak seragam ) ,energi aliran dan efek backwater dalam saluran terbuka. (Chow,1959).

D.Klasifikasi Aliran

Aliran saluran terbuka dapat digolongkan menjadi beberapa jenis dan diuraikan dengan berbagai cara, adalah sebagai berikut (Rangga Raju,1981):

1. Bentuk saluran

Terdapat banyak bentuk penampang saluran terbuka antara lain penampang bentuk trapesium, penampang bentuk persegi panjang,

(27)

penampang bentuk segitiga, penampang bentuk parit dangkal, dan penampang saluran alam yang tidak beraturan.

Gambar 1. Berbagai macam bentuk saluran terbuka

(a)Trapesium, (b)Persegi, (c)Segitiga, (d)Setengah lingkaran, (e)Tak beraturan (bersumberkan Majalah Ilmiah UKRIM Edisi 1/th XII/2007) 2. Aliran tunak (steady flow) dan aliran tak tunak (unsteady flow)

Aliran dalam saluran terbuka dikatakan tunak (steady) bila kedalaman aliran tidak berubah atau dianggap konstan selama selang waktu tertentu. Aliran dikatakan tak tunak (unsteady) bila kedalamannya berubah sesuai dengan waktu. Sebagian besar persoalan tentang saluran terbuka umumnya hanya memerlukan penelitian mengenai perilaku aliran dalam keadaan tunak. Debit Q pada suatu penampang saluran untuk sembarang aliran dinyatakan dengan persamaan :

Q = VA ……….(2.1)

dengan :

Q = debit aliran

V = kecepatan rata-rata dan

(28)

A = luas penampang melintang tegak lurus terhadap arah aliran.

Sebagian besar persoalan aliran tunak, berdasarkan suatu pertimbangan, maka debit diasumsikan tetap di sepanjang bagian saluran yang luas, dengan kata lain aliran bersifat tunak kontinu (continous steady flow), sehingga dari Persamaan (2.1) :

Q = V1A1 = V2A2 ……….……….……. (2.2) Dengan subscript 1 dan 2 menunjukkan penampang saluran yang berlainan. Persamaan (2.2) tidak dapat dipakai bila debit aliran tunak tak seragam (nonuniform) disepanjang saluran karena terjadi limpahan. Jenis aliran ini dikenal sebagai aliran berubah beraturan (spatially varied flow) atau aliran diskontinu (diskontinous flow) yang terdapat pada pelimpah samping, air pembilas melalui saringan, cabang saluran sekitar tangki pengolah air buangan, saluran pembuang utama dan saluran pembawa dalam sistem irigasi.

3. Aliran seragam (uniform flow)

Aliran pada saluran terbuka dikatakan seragam jika kedalaman aliran sama pada setiap penampang saluran. Suatu aliran seragam dapat bersifat tunak atau tidak tunak, tergantung apakah kedalamannya berubah sesuai dengan perubahan waktu. Aliran seragam yang tunak (steady uniform flow) merupakan jenis aliran pokok yang dibahas dalam hidrolika saluran terbuka

(29)

dengan kedalaman aliran tidak berubah selama waktu tertentu yang telah diperhitungkan.

Penetapan bahwa suatu aliran bersifat seragam tak tunak (unsteady uniform flow) harus dengan syarat bahwa permukaan air berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar dasar saluran tetapi hal ini merupakan suatu keadaan yang praktis tidak mungkin terjadi. Aliran disebut berubah (varied) bila kedalaman aliran berubah di sepanjang saluran dan dapat bersifat tunak maupun tidak tunak. Karena aliran seragam yang tak tunak jarang terjadi, istilah tak tunak disini selanjutnya khusus dipakai untuk aliran tak tunak yang berubah.

Untuk perhitungan hidrolika, kecepatan aliran rata-rata aliran seragam turbulen dalam saluran terbuka biasanya dinyatakan dengan perkiraan yang dikenal dengan rumus aliran seragam dan sebagian besar persamaannya dapat dinyatakan dalam bentuk umum, yaitu :

V = C R x Sy ………..………….. (2.3) Dengan,

V : kecepatan rerata (m3/det), R : jari-jari hidrolik (m),

S : kemiringan energi, x dan y adalah eksponen, C : faktor tekanan aliran yang bervariasi.

menurut kecepatan rerata, jari-jari hidrolik, kekasaran saluran ,dan berbagai faktor-faktor lainnya.

(30)

4. Aliran tak seragam (Varied flow)

Aliran tak seragam adalah kedalaman dan kecepatan aliran disepanjang saluran tidak konstan, garis tenaga tidak sejajar dengan garis muka air dan dasar saluran. Analisis aliran tak seragam biasanya bertujuan untuk mengetahui profil aliran disepanjang saluran atau sungai. Analisis ini banyak dilakukan dalam perencanaan perbaikan sungai atau penanggulangan banjir, elevasi jembatan dan sebagainya.

Dalam hal ini analisis aliran menjadi jauh lebih mudah dan hasil hitungan akan lebih aman, karena debit yang diperhitungkan adalah debit puncak yang sebenarnya terjadi sesaat, tetapi dalam analisis ini dianggap terjadi dalam waktu yang lama. Aliran tak seragam dapat dibedakan dalam dua kelompok berikut ini :

1).Aliran berubah beraturan (gradually varied flow), terjadi jika parameter hidraulis (kecepatan, tampang basah) berubah secara progresif dari satu tampang ke tampang yang lain. Apabila di ujung hilir saluran terdapat bendung maka akan terjadi profil muka air pembendungan dimana kecepatan aliran akan berkurang (diperlambat), sedangkan apabila terdapat terjunan maka profil aliran akan menurun dan kecepatan akan bertambah (dipercepat) contoh aliran pada sungai.

2).Aliran berubah cepat (rapidly varied flow), terjadi jika parameter hidraulis berubah secara mendadak (saluran transisi), loncat air, terjunan, aliran melalui bangunan pelimpah dan pintu air.

(31)

Gambar 2. (a).Aliran Seragam (b).Aliran Tak seragam (bersumberkan Majalah Ilmiah UKRIM Edisi 1/th XII/2007)

5. Aliran turbulen dan aliran laminer

Aliran fluida khususnya air diklasifikasikan berdasarkan perbandingan antara gaya-gaya inersia (inertial forces) dengan gaya-gaya akibat kekentalan (viscous forces) menjadi tiga bagian, yaitu aliran laminar, aliran transisi dan aliran turbulen. Variabel yang dipakai untuk klasifikasi ini adalah bilangan Reynolds yang didefinisikan sebagai :

Re = ………. (2.4)

Dimana : Re = bilangan Reynold µ= karakteristik kecepatan aliran, biasanya diambil kecepatan ratarata (m/det). L = panjang karakteristik (m), v = kekentalan kinematik (m2/det) yaitu / dengan μ = dengan μ =

(32)

kekentalan kinematik kg/m det, ρ = kerapatan air dengan satuan kg/m3.

Selanjutnya klasifikasi aliran berdasar bilangan Reynolds dapat dibedakan menjadi tiga kategori, yaitu Re < 500 = aliran laminar, 500< Re < 12,500 = aliran peralihan, dan Re > 12,500 = aliran turbulen. Umumnya pada saluran terbuka mempunyai Re > 12,500 sehingga aliran termasuk dalam kategori aliran turbulen.( Robert, J.K.,2002).

6. Aliran kritis dan superkritis

Aliran dikatakan kritis apabila bilangan Froude (F) sama dengan satu (1), sedangkan aliran disebut subkritis atau kadang-kadang dinamakan aliran tenang (trianguil flow) apabila F < 1 dan disebut superkritis atau aliran cepat (rapid flow) apabila F > 1. Pada aliran terbuka biasanya digunakan kedalaman hidraulis D sebagai panjang karakteristik, sehingga F dapat ditulis sebagai berikut (Rangga Raju, 1981):

F = _. ………….……….……….………..……. (2.5)

Dengan

F = bilangan Froude,

V = kecepatan rata-rata aliran (m/det),

(33)

g = pecepatan grafitasi (m2/det), L = panjang karakeristik (m).

Aliran kritis diperoleh dengan menyempitkan saluran Seringkali ditambah peninggian dasar saluran untuk memperoleh aliran kritis pada bagian sempitnya venturi flue.

Dari persamaan energi diperoleh :

= + = + ……….……….(2.6)

7. Aliran Berubah Beraturan

Aliran berubah beraturan (spatially varied flow) atau lambat laun (gradually) memiliki debit seragam akibat pertambahan ataupun pengurangan air di sepanjang saluran. Pertambahan maupun pengurangan air ini akan menyebabkan gangguan pada energi atau kadar momentum (momentum content) aliran. Maka sifat-sifat hidrolis aliran berubah beraturan akan lebih rumit dibandingkan dengan aliran yang debitnya tetap.

Sifat-sifat hidrolis aliran berubah beraturan yang debitnya bertambah besar dalam hal-hal tertentu berbeda dengan aliran yang sama namun debitnya berkurang. Adapun jenis aliran berubah beraturan ada saluran adalah :

1. Aliran dengan penambahan debit (flow with increasing discharge) Aliran ini terjadi jika campuran turbulensi pertambahan air yang mengalir disepanjang aliran. Maka kehilangan energi yang besar membuat

(34)

saluran yang direncanakan untuk aliran berubah beraturan secara hidrolis kurang berfungsisecara tepat.

2. Aliran dengan penurunan debit (flow with decreasing discharge)

Pada dasarnya aliran berubah beraturan ini dapat dianggap sebagai aliran terbagi yaitu : air yang terbagi tidak mempengaruhi tinggi energi.

Jenis aliran ini telah diteliti dan diperiksa secara teori maupun hasil percobaan. Maka penggunaan persamaan energi dapat mempermudah dalam menyelesaikan masalah ini.

Langkah-langkah untuk menurunkan persamaan aliran berubah beraturan adalah :

1. Aliran bergerak dalam satu arah, adanya arus melintang yang cukup deras berbentuk aliran melingkar, khususnya pada saluran pelimpah.

Akibat efek arus dan turbulensi yang ditimbulkan tidak dapat diuraikan, untuk mengatasi hal tersebut dapat menggunakan prinsip momentum.

Permukaan air dalam arah lateral yang tidak menentu akibat adanya arus melintang dapat diabaikan.

2. Pembagian kecepatan pada penampang melintang selalu tetap dan seragam yaitu : koefisien pembagian kecepatan diambil = 1. Tetapi jika diperlukan nilai koefisien yang tepat dapat diterapkan.

3. Tekanan pada aliran bersifat hidrostatis, terjadi akibat aliran sejajar.

Akan tetapi pada bagian pengeluaran aliran akan melengkung dan

(35)

cukupmenyimpang dari berbagai anggapan. Nilai koefisien pembagian tekanan yang tepat dapat diterapkan bila diperlukan.

4. Kemiringan saluran relatif kecil sehingga efeknya terhadap tinggi tekanan dan gaya pada penampang saluran sangat kecil. Bila kemiringan cukup besar, dapat dilakukan koreksi terhadap efek saluran.

5. Rumus Manning dapat digunakan untuk menghitung kehilangan energi akibat gesekan dan gaya geser yang terjadi di sepanjang dinding saluran.

6. Efek udara yang mausk dapat diabaikan. Akan tetapi dapat juga dilakukan koreksi terhadap hasil perhitungan apabila diperlukan.

Aliran berubah beraturan (gradually varied flow), merupakan aliran yang berubah secara bervariasi tehadap kecepatan yang berubah secara sedikit demi sedikit (gradually) dari satu potongan ke potongan yang lain.

Serat aliran pada dasarnya sejajar dan tekanan hirostatik dapat ditentukan, kecepatan dan tampang basah yang berubah secara progresif dari suatu tampang ke tampang yang lain. Kecepatan aliran di sepanjang saluran dapat dipercepat atau diperlambat, sesuai dengan kondisi saluran.

E. Energi Spesifik (Specific Energy)

(36)

Energi Spesifik adalah energi relatif terhadap dasar saluran . Prinsip energi yang diturunkan untuk aliran melalui pipa dapat juga digunakan untuk aliran melalui saluran terbuka. Energi yang terkandung di dalam satu satuan berat air yang mengalir di dalam saluran terbuka terdiri dari tiga bentuk yaitu energi kinetik, energi tekanan, dan energi elevasi di atas garis referensi.

Energi kinetik pada suatu tampang di saluran terbuka di berikan oleh bentuk /2g, dengan V adalah kecepatan rerata aliran di tampang tersebut.

Apabila koefisien koreksi energi diperhitungkan maka energi kinetik mempunyai bentuk /2g. Nilai adalah antara 1,05 dan 1,2 yang tergantung pada bentuk distribusi kecepatan.

Oleh karena aliran melalui saluran terbuka mempunyai permukaan air bebas yang terbuka ke atmosfer, maka tekanan pada permukaan air adalah konstan dan diambil p = 0 (sebagai tekanan referensi). Energi tekanan di saluran terbuka biasanya dihitung dengan referensi terhadap permukaan air. Apabila di aliran di saluran terbuka adalah sepanjang garis kemiringan yang lurus, tekanan pada titik A yang terendam air adalah sama dengan jarak vertikal dari muka air ke titik tersebut. Untuk suatu tampang saluran , kedalaman air pada tampang tersebut, y biasanya digunakkan untuk menunjukkan tinggi tekanan, yaitu y=p/ . Tetapi apabila air mengalir melalui dasar saluran yang berbentuk lengkung, seperti pada bangunan

(37)

pelimpah atau bending, gaya sentrifugal yang terjadi karena massa air yang mengalir pada dasar lengkung tersebut dapat menyebabkan perbedaan tekanan yang cukup besar dari tekanan yang diukur dari kedalaman aliran.

Untuk air yang mengalir di atas kurva cembung, gaya sentrifugal bekerja dalam arah yang berlawanan dengan gaya gravitasi.

Gambar 3. Perubahan tampang karena kenaikan dasar saluran subkritis (bersumberkan dari jurnal energi spesifik).

Energi spesifik adalah tinggi tenaga pada sembarang tampang diukur dari dasar saluran. Besarnya energi spesifik dapat dirumuskan sebagai berikut (Ven Te Chow,1959 dalam Robert,J.K., 2002) :

E= ………..……….…(2.7)

Energi spesifik aliran pada penampang tertentu sebagai total energi pada penampang yang dihitung dengan menggunakan dasar saluran sebagai titik duga ditentukan dengan :

(38)

E1=h1+ …………..……….………..(2.8) Dengan :

E = tinggi energi (m) h = tinggi muka air (m) V = kecepatan aliran (m/det) g = kecepatan gravitasi (m/det2)

Gambar 4. Parameter energi spesifik (Robert.j.k. (2002)

Dasar saluran diasumsikan mempunyai kemiringan landai atau tanpa kemiringan. (Z) adalah ketinggian dasar diatas garis sreferensi yang dipilih, (h) adalah kedalaman aliran, dan faktor koreksi energi (α) dimisalkan sama dengan satu. Energi spesifik aliran pada setiap penampang tertentu dihitung sebagai total energi pada penampang itu dengan menggunakan dasar saluran sebagai referensi (Rangga Raju, 1981). Persamaan energi secara umum adalah :

H= z + h cos θ + α ………..…...… (2.9)

(39)

sehingga persamaan energi untuk saluran datar (θ = 0), adalah

E= + h………...(.2.10) Berhubung Q = v x A, maka rumus energi spesifik menjadi :

E= + h……….………(2.11)

Dengan

H = tinggi energi (cm)

z = tinggi suatu titik terhadap bidang referensi (cm) α = koefisien energi, pada perhitungan selanjutnya α = 1 E = energi spesifik (cm)

h = kedalaman aliran (cm)

v = kecepatan aliran rata-rata (cm/detik) A = luas penampang (cm2)

g = percepatan grafitasi (cm/detik2) Q = debit (cm3/det).

Perbedaan energi sebelum penyempitan dan energi setelah penyempitan dikenal sebagai kehilangan energi, yaitu ΔE = E1 - E2.

F. Prinsip energi dan Momentum

Dalam ilmu hidrolika dasar, diketahui bahwa jumlah energi dalam kaki-pon per pon air dari setiap aliran yang melalui suatu penampang

(40)

saluran dapat dinyatakan sebagai jumlah tinggi air dalam kaki, yang setara dengan jumlah dari ketinggian di atas suatu bidang persamaan, tinggi tekanan dan

Gambar 5. Energi dalam aliran saluran terbuka berubah beraturan (bersumberkan dari jurnal energi spesifik dan aliran kritis) tinggi kecepatan. Misalnya pada suatu bidang persamaan, jumlah tinggi H pada suatu penampang O, dititi A pada aliran arus di saluran yang kemiringannya besar (gambar 4) dapat dinyatakan:

H = + cos θ + ………..( 2.12)

dengan adalah tinggi titik A di atas bidang persamaan, adalah dalamnya titik A di bawah muka air diukur sepanjang penampang saluran, θ

(41)

merupakan sudut kemiringan dasar saluran, dan adalah tinggi kecepatan dari arus yang mengalir melalui A.

Umumnya, setiap arus yang melalui suatu penampang saluran akan mempunyai tinggi kecepatan yang berbeda-beda berdasarkan pembagian kecepatan yang tidak seragam dalam aliran yang terjadi sesungguhnya.

Hanya dalam suatu aliran ideal sejajar dan pembagian kecepatannya seragam, tinggi kecepatan dapat benar-benar sama untuk setiap titik pada penampang melintangnya.

Namun untuk aliran-berubah-beraturan (gradually vried flow), untuk keperluan praktis dianggap bahwa tinggi kecepatan setiap titik pada penampang saluran adalah sama, dan untuk mengoreksi semua pengaruh yang diakibatkan oleh pembagian kecepatan yang tidak seragam dipakai suatu koefisien energi, maka, jumlah energi pada penampang saluran adalah.

H = z + d cos θ +α ……….………(2.13) Untuk saluran yang kemiringannya kecil, θ ≈ 0. Maka jumlah energi pada penampang saluran adalah

H = z + d +α ……….………….…(2.14) Sekarang dimisalkan suatu saluran presmatis yang kemiringannya besar (Gambar 5). garis yang menyatakan ketinggian dari jumlah tinggi

(42)

aliran disebut Garis Energi. Kemiringan garis ini disebut Gradien energi (Energy Gradient) dinyatakn dengan tanda . Kemiringan permukaan air dinyatakan dengan tanda sedangkan kemiringan dasar saluran dinyatakan dengan tanda = sin θ. Untuk aliran seragam, = = = sin θ.

Menurut prinsip kekekalan energi, jumlah tinggi energi pada penampang 1 di hulu akan sama dengan jumlah tinggi energy pada penampang 2 di hilir akan sama dengan jumlah tinggi di antara kedua penampang atau

+ cos θ + = + cos θ + + ………….…(2.15)

Persamaan ini berlaku untuk aliran sejajar atau berubah beraturan.

Untuk suatu saluran yang kemiringannya kecil, persamaan di atas berubah menjadi :

+ + = + + + ………...……….(2.16)

Persamaan di atas dikenal sebagai persamaan energi ( energy equation), jika = = 1 dan = 0 Persamaan ( 2.16) menjadi

+ + = + + = tetap………...…………(2.17)

(43)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A.Lokasi Penelitian

Untuk mendukung pelaksanaan penelitian digunakan fasilitas Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

B. Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan selama 3 bulan, dimana bulan (1) pertama dan (2) kedua merupakan kajian literature mengenai energi spesifik pada saluran terbuka. Dan melakukan eksperimen kenaikan muka air di mulai 2 cm hingga 6 cm setelah dinaikkan kemudian kami amati perubahan aliran tersebut, dan sekaligus pengambilan data. Percobaan Ini di lakukan selama 3 kali dengan debit yang sudah kami tetapkan pada saat running kosong. Pada bulan (3) ketiga kami menurunkan atau merendahkan tinggi muka air di mulai 6 cm sampai 2 cm, setelah diturunkan kemudian kami kembali amati perubahan aliran tersebut, dan sekaligus pengambilan data.

Percobaan ini di lakukan selama 3 kali dengan debit yang sudah kami tetapkan pada saat running kosong.

29

(44)

C.Jenis Penelitian dan Sumber Data

Jenis penelitian ini adalah eksperimen laboratorium, yaitu observasi dibawah kondisi buatan, dimana kondisi tersebut dibuat dan diatur oleh peneliti yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek penelitian dengan tujuan untuk mengetahui ada tidak perubahan yang terjadi pada saat menaikkan dasar saluran dan menurunkan dasar saluran pada saluran terbuka dengan melakukan beberapa kelompok eksperimen.

Pada penelitian ini menggunakan dua sumber data:

1. Data primer yakni data yang diperoleh langsung dari pengamatan di Laboratorium.

2. Data sekunder yakni data yang diperoleh dari literature dan hasil penelitian yang sudah pernah dilakukan sebelumnya yang berkaitan dengan peninggian dan penurunan dasar saluran pada saluran terbuka dengan penampang segi empat.

D.Variabel yang diteliti

Analisa data yang menyangkut hubungan antara variable-variabel dalam penelitian dilakukan dengan tahap sebagai berikut:

1. Perhitungan Debit Q = ., Kecepatan V= , Luas penampang A= b x h 2. Energi Spesifik (E).

(45)

3. Perhitungan tipe aliran dengan menggunakan rumus Reynold (Re).

4. Perhitungan sifat aliran dengan menggunakan rumus Froude (Fr).

E. Alat dan Bahan

Secara umum, alat dan bahan yang digunakan dalam menunjang penelitian ini terdiri dari:

SKETSA SALURAN BUATAN SKALA: 1cm: 100cm

TAMPAK ATAS SALURAN SKALA: 1cm: 100cm

Gambar 6. Model saluran yang digunakan

TAMPAK ATAS SKALA 1:100

70

11,3

360 ⁷^,³

2 28

(46)

Adapun spesifikasi jenis peralatan dan bahan yang di pergunakan dalam percobaan dan alat peraga penelitian antara lain :

1. Alat

a. Pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal.

b. Current meter untuk mengukur kecepatan air.

c. Mistar taraf untuk mengukur ketinggian muka air.

d. Stopwatch untuk mengukur waktu yang digunakan pada debit aliran.

e. Kamera digital digunakan untuk merekam kegiatan penelitian khususnya tahap-tahap dalam proses penelitian tersebut.

f. Tabel data untuk mencatat data-data yang diukur, Alat tulis.

2. Bahan

a. Bak penampungan air dan bak sirkulasi dengan kapasitas maksimum 1 m yang terdiri dari 2 bak sirkulasi.

b. Pipa PVC 3” yang digunakan sebagai jaringan sirkulasi air.

c. Stop kran (pengatur debit air).

d. Model saluran terbuka dengan penampang persegi dengan dasar saluran 28 cm, tinggi 30 cm, panjang 3,6 m dan kemiringan 1:1.

e. Silicone flubbers atau plastising untuk menaikkan dasar saluran atau menurunkan dasar saluran, Air bersih.

(47)

F. Simulasi penelitian

Pelaksanaan simulasi ini sebanyak 9 kali percobaan dengan prosedur sebagai berikut:

1. Membuat model saluran dengan lebar dasar 28 cm dengan tinggi 30 cm dengan kemiringan 1:1.

2. Menjalankan pompa selama 5 menit dan mengalirkan air sesuai variasi debit yang di rencanakan.

3. Selanjutnya melakukan pengukuran kecepatan aliran dengan menggunakan alat ukur current meter pada titik pengukuran , dan mengukur tinggi muka air pada setiap titik pengukuran dan hasilnya dicatat pada tabel data.

4. Sampai batas waktu yang ditentukan pompa dimatikan.

5. Setelah dasar saluran diberikan bangunan dengan tinggi 2 cm.

6. Selanjutnya melakukan pengukuran kecepatan dengan menggunakan alat ukur current meter pada titik yang telah ditentukan, dan mengukur tinggi muka air pada setiap titik pengukuran dan hasilnya dicatat di tabel.

7. Sampai batas waktu yang ditentukan pompa dimatikan.

8. Menunggu sampai dasar saluran mengering.

9. Prosedur ini berlangsung sampai semua variasi dilakukan selama 15 kali dengan 2 model bangunan yaitu bangunan I (menaikkan dasar saluran) dan model II (menurunkan dasar saluran), dimulai pada variasi

(48)

debit tertinggi. Dimana tipe A1.1 sebanyak 3 kali, tipe A1.2 sebanyak 3 kali, dan tipe A1.3 sebanyak 3 kali. Tipe A2 sebanyak 3 kali, dan Tipe B sebanyak 3 kali.

(49)

FLOW CHART PENELITIAN

Secara garis besar penelitian ini dapat dilihat dalam diagram alur sebagai berikut :

Pengamatan dan Pengambilan Data Mulai

Kajian Literatur

Persiapan Alat dan Bahan Penelitian

Simulasi Perubahan Dasar Saluran pada Saluran terbuka

Peninggian

Dasar Saluran Penurunan

Dasar Saluran

Analisis Hasil Percobaan

Kesimpulan dan Saran

Selesa

(50)

BAB IV

ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Analisa debit pada alat ukur Thomson

Tinggi muka air pada Thomson (H) = 4,87 cm = 0,0487 m, volume air (V) = 20 liter = 0,020 m³ . Diambil tiga kali percobaan dengan waktu pengaliran sebagai berikut : 29,84 detik, 29,44 detik, 29,90 detik. Total waktu pengaliran = 89,18 detik.

Waktu aliran rata-rata tr = ^, = 29,727

Q = ^{( )} _{( )}= ^,_, ^³ = 0,000673 m³/det

Q = c . H^5/2 = _,^, _/ = 1,2877

Perhitungan untuk H selanjutnya diselesaikan dengan cara yang sama dan hasilnya dirangkum dalam tabel 1:

36

(51)

Tabel 1. Perhitungan koefisien Debit (c)

Sumber : Hasil Perhitungan

Sehingga rumus Thomson yang berlaku dalam saluran terbuka adalah sebagai berikut :

Rumus : Q = c x H^5/2 Dimana:

Q : Debit aliran (m³/det) c : Koefisien debit

H: Tinggi muka air pada alat ukur Thomson (m) Q = c . H^5/2 = 1,7722 x 0,0487 = 0,0009259

H tr Q

(m) t1 t2 t3 (detik) (m³/det)

0,0487 29,84 29,44 29,90 29,727 0,000673 1,2877 0,0400 27,41 27,35 27,32 27,360 0,000731 2,2844 0,0300 25,69 25,60 25,41 25,567 0,000782 5,0183 0,0540 36,70 36,97 36,35 36,673 0,000545 0,8048 0,0490 29,80 29,52 29,91 29,743 0,000672 1,2652 0,0360 26,98 26,88 26,79 26,883 0,000744 3,0255 0,0637 41,25 41,07 41,94 41,420 0,000483 0,4721 0,0590 37,17 37,07 37,29 37,177 0,000538 0,6363 0,0570 36,45 36,23 36,65 36,443 0,000549 0,7075 0,0620 40,21 40,14 40,58 40,310 0,000496 0,5184 0,0580 37,04 37,18 37,02 37,080 0,000539 0,6658

0,0550 9,45 9,13 9,65 9,410 0,002125 2,9959

0,0633 11,25 11,07 11,94 11,420 0,001751 1,7349 0,0590 10,17 10,37 10,29 10,277 0,001946 2,3017

0,0560 9,45 9,13 9,65 9,410 0,002125 2,8640

1,7722 B

A1.1

A1.2

A1.3

C

TYPE Waktu (detik)

A2

Rata-rata C =

(52)

Perhitungan selanjutnya diselesaikan dengan cara yang sama dan hasilnya dirangkum dalam tabel 2 .

Tabel 2. Perhitungan Debit Thomson

Perhitungan untuk debit rata-rata pada Q1,Q2,Q3 yang di pakai dalam saluran sebagai berikut:

Q1 = ^, ^, ^, ^, ^, = 0,001485 m³/det.

Q2 = ^, ^, ^, ^, ^, = 0,001188 m³/det.

Q3 = ^, ^, ^, ^, ^, = 0,000932 m³/det.

Q (m³/det)

Debit - m c.h^5/2

Q1 1,7722 0,0487 0,0009259 Q2 1,7722 0,0400 0,0005671 Q3 1,7722 0,0300 0,0002763 Q1 1,7722 0,0540 0,0012008 Q2 1,7722 0,0490 0,0009419 Q3 1,7722 0,0360 0,0004358 Q1 1,7722 0,0637 0,0018125 Q2 1,7722 0,0590 0,0014984 Q3 1,7722 0,0570 0,0013746 Q1 1,7722 0,0620 0,0016962 Q2 1,7722 0,0580 0,0014357 Q3 1,7722 0,0550 0,0012572 Q1 1,7722 0,0633 0,0017889 Q2 1,7722 0,0590 0,0014984 Q3 1,7722 0,0560 0,0013151 B

A1.1

A1.2

A1.3

A2

TYPE No. C H

(53)

Gambar 7. Hubungan antara Variasi debit Q (m³/det) dan Kec. V (m/det)

Pada grafik di atas ,variasi debit pertama yang sebesar 0,001485 m³/det menghasilkan kecepatan sebesar 0,0583 m/det, variasi debit kedua yang sebesar 0,001188 m³/det menghasilkan kecepatan sebesar 0,0530 m/det, dan untuk variasi debit ketiga yang sebesar 0,000932 m³/det menghasilkan kecepatan sebesar 0,0468 m/det. Sehingga kami berkesimpulan bahwa jika debitnya besar maka besar pula kecepatannya, begitupun sebaliknya jika debitnya kecil maka kecil pula kecepatannya.

B. Karakteristik kecepatan aliran

B.1 Perhitungan Bilangan Froude (Fr)

Untuk mengetahui dan menetapkan jenis aliran yang terjadi dalam proses pengaliran dalam saluran dapat di jabarkan berdasarkan dengan bilangan Froude(Fr), sebagai berikut :

0.001485

0.001188

0.000932

0.000000 0.000500 0.001000 0.001500 0.002000

0.0583 0.0530 0.0468

Variasi Debit (Q)

Kecepatan (V)

Hubungan antara Variasi Debit dan Kecepatan

(54)

1 = ^ṽ

1 =_{√ ,} ^, _, = 0,1520 2 = ^ṽ

2 =_{√ ,} ^, _, = 1,1448 3 = ^ṽ

3 =_{√ ,} ^, _, = 1,7487

A1 = B x H

A1 = 0,28 x 0,035 = 0,010 m² A2 = 0,28 x 0,007 = 0,002 m² A3 = 0,28 x 0,003 = 0,0008 m²

Dimana:

Fr : Angka Froude

V : Kecepatan aliran (m/det) g : Gravitasi Bumi

A : Luas Penampang (m²) B : Lebar Saluran (m) H : Tinggi Muka Air (m)

(55)

Hasil perhitungan bilangan Froude untuk berbagai debit dan model type peninggian dan penurunan dasar saluran yang digunakan dalam penelitian, dapat dilihat pada tabel 3, 4, dan 5 :

a) Percobaan Peninggian dasar saluran pada TYPE A1.1 E1 H2 E2 E3

H1 2cm H3

80cm 12cm 40cm Gambar 8. Tampak samping Saluran

b) Percobaan Peninggian dasar saluran pada TYPE A1.2

E1 E2 E3

H1 H2 4cm

H3 80 cm 12cm 40cm Gambar 9. Tampak samping Saluran

c) PercobaanPeninggian dasar saluran pada TYPE A1.3 E1 H2 E2 E3

H1

6cm

H3 80 cm 12cm 40cm

Gambar 10. Tampak samping Saluran Tabel 3. Perhitungan Debit Thomson

(56)

0,035 0,007 0,004 0,28 0,010 0,0020 0,0011 0,5120 1,1448 1,5145

0,035 0,007 0,004 0,28 0,010 0,0019 0,001 0,5120 1,1754 1,5926

0,030 0,004 0,002 0,28 0,008 0,0011 0,0006 0,3687 1,0096 1,4278

0,030 0,004 0,002 0,28 0,008 0,0011 0,0006 0,5530 1,5145 2,1418

0,029 0,004 0,002 0,28 0,008 0,0011 0,0006 0,5625 1,5145 2,1418

0,030 0,004 0,002 0,28 0,008 0,0011 0,001 0,4947 1,3462 1,9038

0,027 0,004 0,003 0,28 0,0076 0,0011 0,0008 0,1943 0,5048 0,5829

0,027 0,003 0,002 0,28 0,0076 0,0008 0,0006 0,3886 1,1658 1,4278

0,027 0,003 0,002 0,28 0,008 0,0009 0,001 0,3238 0,9455 1,1462

0,055 0,007 0,003 0,28 0,015 0,0020 0,0008 0,4084 1,1448 1,7487

0,054 0,006 0,003 0,28 0,015 0,0017 0,0008 0,5496 1,6487 2,3317

0,054 0,006 0,003 0,28 0,015 0,0017 0,0008 0,4122 1,2365 1,7487

0,054 0,006 0,003 0,28 0,015 0,0018 0,0008 0,4567 1,3434 1,9430

0,058 0,005 0,003 0,28 0,016 0,0014 0,0008 0,3977 1,3546 1,7487

0,049 0,003 0,002 0,28 0,014 0,0008 0,0006 0,2885 1,1658 1,4278

0,076 0,006 0,005 0,28 0,021 0,0017 0,0014 0,3474 1,2365 1,3546

0,076 0,006 0,003 0,28 0,021 0,0017 0,0008 0,3474 1,2365 1,7487

0,076 0,006 0,004 0,28 0,021 0,0017 0,0011 0,3474 1,2365 1,5145

0,076 0,006 0,004 0,28 0,021 0,0017 0,0011 0,3474 1,2365 1,5393

0,074 0,005 0,003 0,28 0,021 0,0014 0,0008 0,2347 0,9030 1,1658

0,073 0,004 0,002 0,28 0,020 0,0011 0,0006 0,1182 0,5048 0,7139

A1.3

Q1

0,20 0,0014849

A1.1

0,30

Rata-rata 0,30

Q2 0,0011883 0,20

0,30 0,30

Rata-rata 0,27

Q3 0,0009318 0,10

0,20 0,20

Rata-rata 0,17

A1.2

Q1 0,0014849 0,30

0,40 0,30

Rata-rata 0,33

Q2 0,0011883 0,30

0,30 0,30

Rata-rata 0,30

Q3 0,0009318 0,20

0,20 0,20 Rata-rata

0,30 0,30 0,30

Rata-rata 0,30

Q2 0,0011883 0,20

0,20 0,20

Rata-rata 0,20

Q3 0,0009318 0,10

0,10 0,10

Rata-rata 0,10

42

(57)

Gambar 11. Hubungan antara Kedalaman (H) dan Froude pada TYPE A1.1

Pada percobaan TYPE A1.1 pada Q1, kedalaman yang setinggi H1=0,035m, H2=0,007m, H3=0,004m menghasilkan angka froude sebesar Fr1=(0,512), Fr2=(1,175), Fr3=(1,593). Percobaan TYPE A1.1 pada Q2, kedalaman yang setinggi H1=0,030m, H2=0,004m, H3=0,002m menghasilkan angka Froude sebesar Fr1=(0,495), Fr2=(1,346), Fr3=(1,904). Percobaan TYPE A1.1 pada Q3, kedalaman yang setinggi H1=0,027m, H2=0,003m, H3=0,002m menghasilkan angka froude sebesar Fr1=(0,324), Fr2=(0,945), Fr3=(1,146). Hasil perhitungan terlihat bahwa angka Froude adalah bervariasi yaitu ada yang lebih dari satu ( Fr > 1) yang berarti kedalaman aliran menghasilkan suatu kondisi aliran superkritis dan ada pula yang kurang dari satu (Fr < 1) yang berarti kedalaman aliran menghasilkan suatu kondisi sub-kritis.

0.007

0.004 0.030

0.004

0.002 0.027

0.003 0.002

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030

1 2 3

Kedalaman (H)

Angka Froude (Fr)

Q1 Q2 Q3

(58)

Gambar 12. Hubungan antara Kedalaman (H) dan Froude pada TYPE A1.2

Pada percobaan TYPE A1.2 pada Q1, kedalaman yang setinggi H1=0,054m, H2=0,005m, H3=0,003m menghasilkan angka froude sebesar Fr1=(0,457), Fr2=(1,343), Fr3=(1,943). Percobaan TYPE A1.2 pada Q2, kedalaman yang setinggi H1=0,058m, H2=0,005m, H3=0,003m menghasilkan angka Froude sebesar Fr1=(0,398), Fr2=(1,355), Fr3=(1,749). Percobaan TYPE A1.2 pada Q3, kedalaman yang setinggi H1=0,049m, H2=0,003m, H3=0,002m menghasilkan angka froude sebesar Fr1=(0,288), Fr2=(1,166), Fr3=(1,428). Hasil perhitungan terlihat bahwa angka Froude adalah bervariasi yaitu ada yang lebih dari satu ( Fr > 1) yang berarti kedalaman aliran menghasilkan suatu kondisi aliran superkritis dan ada pula yang kurang dari satu (Fr < 1) yang berarti kedalaman aliran menghasilkan suatu kondisi sub-kritis.

0.054

0.006

0.003 0.058

0.005

0.003 0.049

0.003

0.002 0.000

0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070

1 2 3

Kedalaman(H)

Angka Froude (Fr)

Hubungan antara Kedalaman dan Froude pada TYPE A1.2

Q1 Q2 Q3