PENGARUH VARIASI DIAMETER BUTIRAN SEDIMEN TERHADAP VOLUME PENGGELONTORAN SEDIMEN DI WADUK
(UJI EXPERIMENTAL)
Oleh:
MUH. HIDAYATULLAH RACHMAN 105 81 1902 13
JURUSAN TEKNIK PENGAIRAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2018
v Muh. Hidayatullah Rachman
Program Studi Teknik Pengairan Universitas Muhammadiyah Makassar [email protected]
Abstrak
Pengaruh Variasi Diameter Butiran Sedimen Terhadap Volume Penggelontoran Di Waduk dibimbing oleh Riswal K dan Amrullah Mansida. Usaha yang bisa dilakukan untuk mengatasi permasalahan sedimentasi didalam saluran floodway adalah dengan melakukan pembilasan atau penggelontoran sedimen secara hidrolis (Hydraulic flushing). Pembilasan atau penggelontoran sedimen secara hidraulis (Hydraulic flushing) adalah cara yang lebih baik untuk mengembalikan kapasitas reservoir bila dibandingkan dengan cara lain seperti penggalian atau pengerukan secara manual (Dreedging). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja metode flushing conduit terhadap variasi diameter butiran sedimen dan pengaruh diameter butiran sedimen terhadap volume penggelontoran. Variasi diameter butiran sedimen yang digunakan dalam penelitian ini adalah sedimen halus, sedimen sedang, dan sedimen kasar berdasarkan skala wentworth dari hasil analisa saringan. Dari hasil penelitian menunjukan jumlah sedimen yang tergelontor untuk butiran sedimen halus jumlah volume gelontor (vg) 0,0612 m3, butiran sedimen sedang jumlah volume gelontor (vg) 0,0488 m3 dan , butiran sedimen kasar jumlah volume gelontor (vg) 0,0038 m3 . Kinerja Flushing Conduit menunjukan semakin kecil diameter butiran sedimen volume gelontor (vg) cenderung meningkat akibat butiran sedimen yang leluasa masuk ke dalam pipa isap. Mekanisme kerja flushing conduit terbagi atas tiga tahapan yaitu memberikan tekanan sehingga terjadi fluidasi, proses penghisapan endapan sedimen masuk kedalam pipa akibat fluktuasi debit dan tekanan, serta transportasi sedimen dalam pipa.
kata kunci : Waduk, Sedimentasi, Flushing Conduit.
Abstract
The Effect of Sedimentation of Sediment Grain Variation on Remanol Volume in the Reservoir is guided by Riswal K and Amrullah Mansida. The effort that can be done to overcome the sedimentation problem in the floodway channel is to do the hydraulic flushing (Hydraulic flushing). Hydraulic flushing (Hydraulic flushing) is a better way to restore the reservoir capacity when compared to other means such as excavation or dredging (Dreedging). This study aims to determine the performance of the flushing conduit method on the variation of the diameter of the sediment grains and the effect of the diameter of the sediment grain on the flushing volume. Variations in the diameter of the sediment grains used in this study were fine sediments, moderate sediments, and crude sediments based on goworth scale from filtering results. The result showed that the amount of sediment that was flushed for the fine sediment grains of volume amount of gelontor (vg) 0.0612 m3, medium sediment grain amount of vasque volume (vg) 0,0488 m3 and, coarse sediment grain amount of gelontor volume (vg) 0,0038 m3. Flushing Conduit performance shows that the smaller diameter of grain of sediment volume of gelontor (vg) tends to increase due to the sediment grains that freely enter into suction pipe. Working mechanism of flushing conduit is divided into three stages, namely to provide pressure so that fluidation occurs, sediment sediment absorption process into the pipe due to fluctuations in flow and pressure, as well as sediment transport in the pipeline.
vi Assalamualaikum, Wr. Wb
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena rahmat dan hidayah-Nyalah sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “PENGARUH VARIASI DIAMETER BUTIRAN SEDIMEN TERHADAP
VOLUME PENGGELONTORAN SEDIMEN DI WADUK (UJI EXPERIMENTAL) “
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 ditinjau dari segi teknis penulisan maupun dari perhitungan-perhitungan. Oleh karenya penulis mengharapkan kritik dan saran serta perbaikan guna kesempurnaan tulisan ini agar kelak dapat bermanfaat terutama bagi penulis sendiri.
Dalam penyelasaian tugas akhir ini dapat terwujud berkat adanya bantuan, arahan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, kami mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya krpada:
1. Bapak Hamzah Al Imran, ST., MT. Sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
2. Bapak Muh. Syafaat, S. Kuba, ST., MT. Sebagai Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Makassar.
3. Bapak Riswal K, ST.,MT. Selaku pembimbing 1 dan Bapak Amrullah Mansida, ST., MT. Selaku Pembimbing II, yang telah banyak meluangkan waktu, memberikan bimbingan dan pengarahan sehingga terwujudnya tugas akhir ini.
vii Universitas Muhammadiyah Makassar.
5. Ayahanda dan Ibunda terciinta yang senantiasa memberikan limpahan kasih sayang, doa, serta pengorbanan kepada penulis.
6. Rekan-rekan Mahasiswa Fakultas Teknik, terkhusus saudaraku Angkatan 2013
(Radical) dengan rasa persaudaraan yang tinggi banyak membantu dan memberi dukungan dalam menyelsaikan tugas akhir ini.
Semoga semua pihak tersebut diatas mendapat pahala yang berlipat ganda disis Allah SWT dan tugas akhir yang sederhana ini dapat bermanfaat bagi penulis, rekan-rekan, masyarakat serta bangsa dan negara, Aamiin
Wassalamu’alaikum, Wr. Wb.
Semoga semua pihak tersebut diatas mendapat pahala yang berlipat ganda disis Allah SWT dan tugas akhir yang sederhana ini dapat bermanfaat bagi penulis, rekan-rekan, masyarakat serta bangsa dan negara, Aamiin
viii Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
ABSTRAK ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR NOTASI ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1 A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 3 C. Tujuan Penelitian ... 3 D. Manfaat Penelitian ... 3 E. Batasan Masalah ... 4 F. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
A. Waduk ... 6
1. Pengertian Waduk ... 6
2. Kapasitas Waduk ... 7
ix
3. Sifat- sifat Sedimentasi ... 14
C. Penggelontoran Sedimen dengan Metode Flushing ... 17
1. Definisi penggolontoran Sedimen ... 17
2. Definisi Flushing ... 17
3. Perbedaan mekanisme kerja Fluidasi dengan Flushing Conduit ... 17
4. Faktor-faktor yang mempengaruhi fluhing ... 18
D. Aliran Dalam Saluran Tertutup (PIPA) ... 19
1. Definisi Aliran dalam Saluran Tertutup (PIPA) ... 20
2. Mekanisme Kerja Pengaliran Dalam Pipa ... 21
3. Sifat-sifat Aliran dalam Pipa ... 21
4. Klasifikasi Aliran dalam Pipa ... 22
5. Mengukur Kecepatan Aliran Zat Cair ... 22
6. Persamaan Hukum Bernaoulli tekanan dalam Pipa ... 23
7. Aliran Laminer dan Turbulen ... 23
8. Kehilangan Energi Mayor Dalam Pipa (Gesek) ... 25
9. Kehilangan Tinggi Tenaga Pada Lapisan Sedimen ... 27
10.Kehilangan Tekanan Sekunder Dalam Pipa ... 28
E. Aliran Sedimen Dalam Pipa (Flushing Conduit) ... 29
1. Masuknya Sedimen ke dalam pipa ... 29
2. Prinsip Dasar Transport Sedimen dalam pipa ... 29
BAB III METODE PENELITIAN... 31
A. Lokasi dan waktu Penelitian ... 31
x E. Tahap Penelitian ... 34 F. Prosedur Penelitian ... 36 G. Pelaksanaan simulasi ... 37 H. Pengambilan Data ... 39 I. Analisa Data ... 39
J. Kerangka piker penelitian ... 41
K. Flow chart penelitian ... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 43
A. Deskripsi Data Hasil Penelitian ... 43
B. Analisa Data ... 44
C. Karakteristik Sedimen ... 46
D. Hubungan Variasi butiran sedimen terhadap Volume gelontor ... 47
E. Hubungan antara Debit (Q) terhadap Volume gelontor... 52
F. Hubungan antara Waktu terhadap Volume gelontor ... 57
G. Hubungan antara Tekanan (P) terhadap Volume gelontor ... 61
H. Hubungan antara Debit (Q) terhadap Tekanan (P) ... 66
I. Gabungan beberapa hubungan ... 71
BAB V PENUTUP ... 73
A. Kesimpulan ... 73
B. Saran ... 73 DAFTAR PUSTAKA
xi
Nomor Halaman
1. Berkurangnya kapasitas waduk karena sedimentasi ... 9
2. Proses Erosi-Sedimentasi ... 13
3. Ragam Gerakan Sedimen dalam media cairan dan angin ... 15
4. Hukum Bernoulli pada Saluran Tertutup ... 23
5. Percobaan Reynold tentang Aliran laminar (a) Aliran Turbulen (b) pada saluran tertutup (pipa) ... 24
6. Gambar Diagram Mody... 26
7. Rancangan Model Flushing Conduit (Denah)... 34
8. Rancangan Model Flushing Conduit (Tampak Samping) ... 34
9. Denah rancangan Model Flushing Conduit, detail rancang model pipa isap ,dan detail rancangan model sedimen ... 35
10.Flow Chart Kerangka pikir penelitian ... 41
11.Flow Chart Penelitian ... 42
12.Gradasi Ukuran Butir Sedimen ... 46
13.Grafik hubungan antara butiran sedimen terhadap volume gelontor Q1 = 0,00318 m3/dtk ... 48
14.. Grafik hubungan antara butiran sedimen terhadap volume gelontor Q2 = 0,00526 m3/dtk ... 49
xii
16.Grafik hubungan Debit (Q) terhadap Volume gelontor dengan menggunakan butiran sedimen halus ... 53 17.Grafik hubungan antara Debit (Q) terhadap Volume gelontor dengan
menggunakan butiran sedimen sedang... 54 18.Grafik hubungan antara Debit (Q) terhadap Volume gelontor dengan
menggunakan butiran sedimen kasar ... 56 19.Grafik hubungan antara waktu terhadap Volume gelontor pada Q1 = 0,00318
. ... 58 20.Grafik hubungan antara waktu terhadap Volume gelontor pada Q2 = 0,0052
. ... 59 21.Grafik hubungan antara waktu terhadap Volume gelontor pada Q3 = 0,0081 . ... 60 22.Grafik hubungan antara Tekanan (P) terhadap Volume gelontor pada durasi 3
menit . ... 62 23.Grafik hubungan antara Tekanan (P) terhadap Volume gelontor pada durasi 6
menit. ... 63 24.Grafik hubungan antara Tekanan (P) terhadap Volume gelontor pada durasi 9
menit ... 65 25.Grafik hubungan Debit (Q)terhadap Tekanan dengan menggunakan butiran
xiii
27.Grafik hubungan Debit (Q)terhadap Tekanan dengan menggunakan butiran sedimen kasar ... 70
xiv
Nomor Halaman
1. Klasifikasi Ukuran Butir Sedimen ... 16
2. Perbedaan Metode Kerja Fluidasi dengan Flushing Conduit ... 18
3. Nilai Kekasaran Dinding Untuk Berbagai Pipa Komersial... 26
4. Data Analisa Saringan ... 46
5. Hubungan Diameter Butiran Sedimen Terhadap Volume Gelontor. Q1 = 0,00318 m³ ... 47
6. Hubungan Diameter Butiran Sedimen Terhadap Volume Gelontor. Q2 = 0,00526 m³ ... 49
7. Hubungan Diameter Butiran Sedimen Terhadap Volume Gelontor. Q3 = 0,0081 m³ ... 50
8. Hubungan antara Debit (Q) terhadap Volume gelontor dengan menggunakan Sedimen halus ... 52
9. Hubungan antara Debit (Q) terhadap Volume gelontor dengan menggunakan Sedimen sedang ... 54
10.Hubungan antara Debit (Q) terhadap Volume gelontor dengan menggunakan Sedimen kasar ... 55
11.Hubungan Waktu (t) terhadap Volume gelontor Q1 = 0,00318 m³/dtk ... 57
12.Hubungan Waktu (t) terhadap Volume gelontor Q2 = 0,0052 m³/dtk ... 58
xv
15.Hubungan Tekanan (P) terhadap Volume gelontor pada durasi waktu 6 menit ... 63 16.Hubungan Tekanan (P) terhadap Volume gelontor pada durasi waktu 9 menit
... 64 17.Hubungan Debit (Q) terhadap Tekanan menggunakan butiran sedimen halus
... 66 18.Hubungan Debit (Q )terhadap Tekanan menggunakan butiran sedimen sedang ... 68 19.Hubungan Debit (Q)terhadap Tekanan menggunakan butiran sedimen kasar
... 69 20.Tabel gabungan beberapa hubungan ... 71
xvi Q : Debit
V : Kecepatan Aliran A : Luas Penampang Aliran Vg : Volume Gelontor μ : Viskositas absolute V : Kecepatan Aliran (m/dtk) Re : Bilangan Reynold Ps : Rapat Massa F1 : Kecepatan Endap g : Percepatan Gravitasi (m/s2)
ᵠ
: Kecepatan Endap S : Berat Jenis Butira : Jarak antar Lubang Pipa isap Df : Diameter Lubang Pipa Isap Ρs : Tekanan Stagnasi
Ρ : Tekanan Statistik
: Kehilangan Energi Karena Gesekan (m)
: Kehilangan Tinggi Tenaga Akibat Lapisan Sedimen(cm)
ɛ
: porositas Sedimen17
A. Latar Belakang
Daerah Aliran Sungai (DAS) merupakan suatu kesatuan ekosistem yang Unsur- unsur utamanya terdiri atas sumber daya alam tanah ,air,dan vegetasi serta sumber daya manusia sebagai pelaku pemanfaat sumber daya alam tersebut. DAS di beberapa tempat di Indonesia memikul beban amat berat sehubungan kepadatan penduduknya sangat tinggi dan pemanfaatan sumber daya alamnya yang intensif sehingga terdapat indikasi belakangan ini bahwa kondisi DAS semakin menurun dengan indikasi meningkatnya kejadian tanah longsor, erosi, dan sedimentasi, banjir, dan kekeringan.
Sumber utama sedimentasi waduk berasal dari erosi lahan di daerah tangkapan waduk. Beberapa karakter Daerah Aliran Sungai (DAS) seperti topografi, kelerengan, persoalan land use/landover berpengaruh terhadap peningkatan aliran sedimen di Daerah Aliran Sungai (DAS) yang selanjutnya mengalir ke waduk. Untuk beberapa waduk, problem pokok peningkatan erosi disebabkan landcover yang tidak sesuai peruntukan atau terjadi perubahan fungsi hutan di hulu DAS.
Daya tampung air di Waduk Panglima Besar Sudirman, Banjarnegara, terus menyusut akibat sedimentasi. Kondisi ini akan memperpendek usia waduk yang digunakan sebagai PLTA tersebut. Sedimen saat ini telah memenuhi 75
18
persen volume waduk. Waduk sudirman selama ini di gunakan untuk PLTA milik PT Indonesia Power, Toha Hasimi, mengatakan sedimentasi yang masuk ke waduk rata- rata mencapai 4,2 juta meter kubik pertahun. Saat ini,sedimen yang telah menimbun waduk mencapai 106,3 juta meter kubik dari volume total 155 meter kubik atau sekitar 75 persen dari volume waduk. Tingginya sedimentasi yang terjadi di waduk Sudirman ini di sebabkan karena ada Faktor alam seperti tanah longsor dan erosi .Faktor – faktor yang mendorong proses erosi meliputi , faktor iklim, faktor tanah , topografi , faktor tutupan lahan dan faktor kegiatan atau perilaku manusia .
Usaha yang bisa dilakukan untuk mengatasi permasalahan sedimentasi didalam saluran floodway adalah dengan melakukan pembilasan atau penggelontoran sedimen secara hidrolis (Hydraulic flushing). Pembilasan atau penggelontoran sedimen secara hidraulis (Hydraulic flushing) adalah cara yang lebih baik untuk mengembalikan kapasitas reservoir bila dibandingkan dengan cara lain seperti penggalian atau pengerukan secara manual (Dreedging). Hal tersebut menjadi referensi untuk penelitian pengerukan sedimen dengan konsep
flushing conduit yang relatif murah dan ramah lingkungan. Adapun judul
penelitian ini adalah : “STUDI PENGARUH VARIASI DIAMETER
BUTIRAN SEDIMEN TERHADAP PENGGOLONTORAN SEDIMEN DI WADUK (UJI EKSPERIMENTAL)
19 B.Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian masalah diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan penelitian sebagai berikut :
1) Bagaimana pengaruh variasi diameter butiran sedimen terhadap penggolontoran sedimen ?
2) Bagaimana kinerja metode flushing conduit terhadap variasi bukaan katup (˚) terhadap volume gelontor (Vg) ?
C.Tujuan penelitian
Dengan adanya masalah yang tealah dirumuskan, maka tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Untuk mengetahui bagaimana kinerja metode flushing conduit terhadap variasi butiran diameter sedimen (db)?
2) Untuk mengetahui bagaimana kinerja metode flushing conduit terhadap variasi bukaan katup (˚) terhadap volume gelontor (Vg)
D. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1) Sebagai sarana untuk mengembangkan pengetahuan atau wawasan dengan
penerapan di lapangan.
2) Memberikan informasi tentang penggelontoran sedimen dengan sistem
flushing conduit yang ramah lingkungan.
3) Dapat dijadikan sebagai salah satu bahan referensi untuk penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan penggelontoran sedimen dengan sistem
20 E. Batasan Masalah
Agar penelitian ini dapat berjalan dengan efektif dan mencapai sasaran yang ingin di capai maka penelitian ini diberikan batasan masalah sebagai berikut: 1) Penelitian ini difokuskan kepada sejauh mana pengaruh penggelontoran
dengan sistem flushing conduit pada variasi butiran diameter sedimen (db). 2) Dengan uji model di Laboratorium Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Makassar.
3) Penelitian ini di fokuskan untuk meneliti sejauh mana pengaruh variasi diameter sedimen terhadap penggolontoran sedimen.
4) Menggunakan beberapa variasi butiran diameter sedimen.
F. Sistematika Penulisan
Untuk mendapatkan gambaran umum isi tulisan, sistematika penulisan tugas akhir ini terdari dari lima bab, penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN : dalam bab ini merupakan pembahasan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA : dalam bab ini diuraikan secara ringkas mengenai permasalahan yang akan menjadi bahan penelitian dalam penulisan tugas akhir diantaranya : Pengertian DAS, pengelolaan DAS, Waduk, kapasitas waduk, Sedimentasi, aliran dalam Saluran tertutup (PIPA), Flushing
21 Conduit, masuknya sedimen kedalam pipa, Prinsip dasar transpor sedimen dalam pipa.
BAB III METODE PENELITIAN : dalam bab ini menguraikan tentang lokasi penelitian, waktu penelitian, metode pelaksanaan penelitian, analisa data, kerangka berfikir, dan flow chart penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN : menguraikan tentang pembahasan tahap penelitian yang dilaksanakan yaitu: penambilan data, analisis dan pembahasan data.
BAB V PENUTUP DAN SARAN :bab ini merupakan penutup yang berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian, serta saran dari penulis yang berkaitan dengan faktor pendukung serta faktor penghambat yang di alami selama penelitian dilaksanakan, yang merupakan harapan agar penelitian ini berguna untuk penelitian selanjutnya dan penerapan dilapangan nantinya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A.Waduk
1. Pengertian Waduk
Pengertian waduk adalah kolam besar tempat menyimpan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dapat terjadi secara alami maupun dibuat manusia. Waduk buatan dibangun dengan cara membuat bendungan yang lalu dialiri air sampai waduk tersebut penuh. Fungsi waduk secara prinsip ialah menampung air saat debit tinggi untuk di gunakan saat debit rendah. Seperti kontruksi sipil lainnya, persoalan waduk menyangkut aspek perencanaan operasi, pemeliharaan
Waduk menurut pengertian umum adalah tempat pada permukaan tanah yang digunakan untuk menampung air saat terjadi kelebihan air / musim penghujan sehingga air itu dapat dimanfaatkan pada musim kering. Sumber air waduk terutama berasal dari aliran permukaan dtambah dengan air hujan langsung.
Telaga/danau/situ/waduk/embung adalah salah satu sumber air tawar yang menunjang kehidupan semua makhluk hidup dan kegiatan sosial ekonomi manusia. Ketersediaan sumberdaya air, sangat mendasar untuk menunjang pengembangan ekonomi wilayah. Sumber daya air yang terbatas disuatu wilayah mempunyai implikasi kepada kegiatan pembangunan yang terbatas dan pada
akhirnya kegiatan ekonomipun terbatas sehingga kemakmuran rakyat makin lama tercapai. Air danau/waduk dapat digunakan untuk berbagai pemanfaatan antara lain sumber baku air minum air irigasi, pembangkit listrik, penggelontoran, perikanan dsb. Ekosistem danau memiliki peran penting dalam menjamin kualitas dan kuantitas ketersediaan air tawar. Danau juga sangat peka terhadap perubahan parameter iklim. Variasi suhu dan curah hujan misalnya, dapat langsung berpengaruh pada penguapan air, tinggi permukaan dari volume air, keseimbangan air dan produktivitas biologis perairan danau.
2 . Kapasitas Waduk
Penetapan kapasitas untuk suatu waduk sungai biasanya disebut suatu penelaahan operasi (operation study) dan merupakan suatu simulasi pengoperasian waduk untuk suatu periode yang sesuai dengan seperangkat aturan yang ditetapkan. Suatu penelaahan operasi dapat hanya menganalisis suatu “periode kritis” yang dipilih, yaitu pada waktu aliran sangat rendah, tetapi praktek modern lebih banyak memanfaatkan sintetis yang panjang. Dalam hal yang pertama, penelaahan tidak akan dapat mencapai sesuatu selain penetapan kebutuhan kapasitas selama musim kering yang dipilih. Dengan data sintesis, keandalan waduk dengan berbagai kapasitas dapat diperkirakan.
Suatu penalaahan operasi dapat dikerjakan berdasarjan interval tahunan, bulanan atau harian. Data bulanan paling umum digunakan, tetapi untuk waduk besar yang menyimpan simpanan untuk beberapa tahun, interval tahunan akan cukup memeuaskan. Untuk waduk yang sangat kecil, urutan aliran dalam
suatu bulan dapat menjadi penting, sehingga harus diambil interval mingguan atau harian.
Bila data sintesis yang panjang harus dianalisis, maka dapat dikerjakan dengan computer dan biasanya algoritma puncak urutan. Nilai-nilai jumlah komulatif aliran masuk dikuriangi pelepasan (termasuk penguapan dan rembesan rata-rata) dapat dihitung. Puncak yang pertama (maksimum setempat dari aliran masuk bersih komulatif) dan puncak urutannya (puncak berikut yang lebih besar dari puncak pertama) dapat diketahui. Simpanan yang dibutuhkan untuk interval yang bersangkutan merupakan selisih antara puncak awal dengan ceruk terendah di dalam interval itu. Proses ini diulangi untuk semua kasus yang ada dalam periode yang ditelaah, kemudian nilai yang terbesar dari simpanan yang dibutuhkan dapat ditetapkan.
Pengendapan di dalam waduk sering terjadi lebih besar daripada yang telah dihitung dan/atau diharapkan pada tahap design. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti :
a) Ketidaktepatan dalam mengumpulkan dan mengelolah data hidrologi dan erosi dari DAS pada tahap design.
b) Bertambahnya hasil sedimen kotor karena perubahan tata guna lahan DAS akibat manajemen yang tidak hati-hati, atau kerusakan DAS.
Gambar 1. Berkurangnya kapasitas waduk karena sedimentasi (Mays et al., 992) Menurut kasiro et al., 1997.
Kapasitas waduk secara umum dibedakan menjadi tiga yaitu : a) Kapsitas mati (dead storage)
b) Kapasitas pelayanan (Active Storage)
c) Kapasitas total
Umur pelayanan waduk merupakan fungsi dari volume tampungan aktif (Ilyas et al., 1991). Semakin menyusut volume tampungan aktif menandakan semakin pendek umur pelayanan waduk. Pelayanan volume tampungan aktif lebih banyak disebabkan karena bertambahnya volume sedimen yang masuk kedalam waduk.
B.Pengendapan (Sedimentasi) 1. Pengertian Sedimen
Sedimentasi adalah terbawanya material hasil dari pengikisan dan pelapukanoleh air, angin atau gletser ke suatu wilayah yang kemudian diendapkan. Semua batuan hasil pelapukan dan pengikisan yang diendapkan lama kelamaan akan menjadi batuan sedimen.
2. Proses Sedimentasi
Proses sedimentasi meliputi proses erosi, transportasi (angkutan), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Pada permukaan bumi dimulai dari proses pengangkatan yang disebabkan oleh adanya tenaga endogen, dengan adanya pengangkatan ini, batuan kulit bumi akan terangkat sebagian kemudian menjadi relative tinggi dari daerah lainnya. Sedimentasi sendiri memiliki tahapan :
a) Pelapukan (merupakan proses saat hancurnya batuan yang sudah ada karena faktor fisika maupun kimia).
b) Erosi (tahap yang memobilisasi/mengikis partikel yang terbentuk saat pelapukan, kebanyakan oleh air hujan).
c) Pelapukan dan erosi memproduksi partikel dan bahan terlarut yang produk akhirnya dibedakan menjadi : a. Sedimen silikiklastik (terbentuk karena pelapukan fisika dan kimia, ukuran dari batu besar hingga lempung, umumnya dari bahan silika, kestabilan kimia dari suatu mineral mempengaruhi
banyaknya partikel yang terbentuk). b. Sedimen kimiawi (terbentuk dekat sumber karena penguapan, seperti air laut yang menguap yang menyisakan garam dan gipsum). c. Sedimen biologis (juga terbentuk dekat dengan sumber, bersumber dari bagian tubuh organisma yang tersisa ketika mati yang
kemudian terendapkan seperti cangkang hewan yang mengandung mineral tertentu, organisme hidup merupakan faktor pengontrol secara tidak langsung sedangkan sisa bagian tubuhnya yang mengandung mineral merupakan faktor
pengontrol langsung. Pada laut dangkal sisa tubuh organisma dapat
tertransportasi dan membentuk sedimen bioklastik, sedangkan pada laut dalam didominasi oleh sisa organisme berbahan kalsit).
d) Transportasi (tahap saat arus angin, air, gletser membawa partikel dari sumber ke cekungan).
e) Deposisi/sedimentasi (tahap ketika partikel selesai berpindah seperti saat angin melemah, arus air melambat, ataupun pinggiran es yang mencair).
f) Transportasi dan deposisi merupakan perjalanan partikel yang sudah terbentuk ke area sedimentasi. Jarak transportasi dari sedimen kimiawi maupun biologis lebih pendek dari pada jarak transportasi sedimen klastik). Pada sedimen klastik agen transportasinya adalah arus. Arus kuat bisa membawa partikel yang besar sedangkan arus yeng kecil hanya akan membawa pertikel yang kecil. Arus dikelompokkan menjadi : a. Arus kuat (kecepatan> 50 cm/s,
membawa kerikil dan bahan yang melimpah dengan kuarsa). b. Arus menengah (kecepatan 20-50 cm/s, umumnya di sungai yang membawa dan
mengendapkan partikel pasir, karena densitas angin<densitas air maka kecepatan angin harus lebih besar daripada arus air untuk membawa partikel pasir). c. Arus lemah (kecepatan < 20 cm/s, membawa lumpur yang terdiri dari partikel klastik halus, umumnya arus ini terdapat di dasar sungai lembah ketika air surut, umumnya lumpur di laut terendapkan tidak jauh dari pantai karena arus di dekat pantai cukup tenang). Arus juga mempengaruhi sortasi
partikel maka partikel terabrasi yang berakibat pada berkurangnya ukuran partikel dan membundarkan partikel.
g) Ada beberapa tipke cekungan, diantaranya : a. Cekungan sedimentasi adalah daerah dengan luas minimal 10.000 km2 yang merupakan gabungan dari deposisi dan subsidence yang membentuk akumulasi yang tebal dari sedimen maupun batuan sedimen. b. Celah cekungan dan cekungan termal subsidence terbentuk karena pembukaan dari lempeng maupun dasar laut. c. Cekungan lentur terbentuk ketika lempeng saling mendekat atau lempeng saling menekan. h) Lingkungan sedimentasi ada beberapa macam, diantaranya adalah lingkungan
darat (danau dan aluvial, lingkungan tepi laut (delta, tidal, dan pantai), lingkungan laut (landas kontinen, terumbu karang, lereng samudera, dan laut dalam)
i) Struktur sedimentasi dibagi menjadi : silang siur, graded bedding, ripples, bioturbasi, dan bedding sequences.
j) Penimbunan (tahap ketika lapisan sedimen terakumulasi di cekungan dan semakin tua, sedimen sebelumnya akan terkompaksi dan dan tertimbun di kedalamaan tertentu hingga proses tektonik mengangkatnya kembali ke permukaan Bumi).
k) Diagenesa (tahap perubahan fisika dan kimia baik meliputi tekanan, suhu, dan reaksi kimia yang kemudian timbunan sedimen di cekungan menjadi batuan sedimen).
Gambar 2. Proses sedimentasi
(sumber : https://diamondgeologist.wordpress.com/2012/02/19/siklus-sedimentasi/)
Sedimen biasanya digambarkan sebagai partikel padat yang digerakan oleh fluida sedimen yang terjadi pada sungai dan disebabkan akibat erosi yang terjadi pada lahan-lahan kritis yang terdapat pada tangkapan Daerah Aliran Sungai (DAS). Jika material sedimen yang terbentuk akibat erosi lahan tersebut masuk ke dalam DAS dalam jumlah yang besar, maka akan menyebabkan laju sedimen yang masuk ke dalam DAS menjadi besar, bahkan akan melampaui laju sedimen rencana. Akibat sedimen yang mengendap di dasar akan berpengaruh pada kapasitas tampungan air.
3. Sifat-sifat Sedimen
Sedimen tertransportasi oleh bermacam-macam agen termasuk gravitasi, air yang mengalir, angin dan es yang bergerak (gletser). Sediment
tersebut akan berpindah dari asalnya ke tempat-tempat pengendapan yang beragam. Di tempat tersebut sedimen diendapkan dalam berbagai macam litofasies yang karakternya tergantung pada lingkungan pengendapannya. Setelah pengendapan dan terjadinya timbunan sedimen, akumulasi sedimen itu mengalami diagenesis. Proses-peroses fisika, kimia dan biologi mengakibatkan: (1) perubahan dari sediment menjadi batuan sediment, (2) terjadinya modifikasi pada tekstur dan mineralogi pada batuan.
a) Mekanisme Gerakan Sedimen
Ada dua kelompok cara mengangkut sedimen dari batuan induknya ke tempat pengendapannya, yakni supensi (suspendedload) danbedload tranport. Di bawah ini diterangkan secara garis besar ke duanya.
1) Suspensi
Dalam teori segala ukuran butir sedimen dapat dibawa dalam suspensi, jika arus cukup kuat. Akan tetapi di alam, kenyataannya hanya material halus saja yang dapat diangkut suspensi. Sifat sedimen hasil pengendapan suspensi ini adalah mengandung prosentase masa dasar yang tinggi sehingga butiran tampak mengambang dalam masa dasar dan umumnya disertai memilahan butir yang buruk. Cirilain dari jenis ini adalah butir sedimen yang diangkut tidak pernah menyentuh dasar aliran.
2) Bedload transport
Berdasarkan tipe gerakan media pembawanya, sedimen dapat dibagi menjadi:
endapan arus pekat (density current) dan
endapan suspensi.
Arus traksi adalah arus suatu media yang membawa sedimen didasarnya. Pada umumnya gravitasi lebih berpengaruh dari pada yang lainya seperti angin atau pasang-surut air laut.
Sedimen yang dihasilkan oleh arus traksi ini umumnya berupa pasir yang berstruktur silang siur, dengan sifat-sifat:
pemilahan baik
tidak mengandung masa dasar
ada perubahan besar butir mengecil ke atas (fining upward) atau ke bawah (coarsening upward) tetapi bukan perlapisan bersusun (graded bedding).
Gambar 3. Ragam Gerakan Sedimen dalam media cairan dan angin (Sumber:
http://transportasisedimenluthfi.blogspot.co.id/2012/12/transportasi-sedimen-dianak-sungai-ogan.html)
b) Dsitribusi Ukuran Butir
Klasifikasi ukuran butiran yang digunakan oleh para ahli hidraulika menurut AGU (American Geophysical Union) adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 1 di bawah. Material sedimen yang mempunyai penyebaran kecil dan
mempunyai ukuran yang dianggap sama dalam sebuah fraksi sering dinamakan sebagai material uniform (seragam), sedangkan material sedimen yang mempunyai penyebaran besar dinamakan sebagai material non uniform (tidak seragam).
Tabel 1. Klasifikasi ukuran butir sedimen menurut Wentworth
Klasifikasi Diameter partikel
(mm) Berangkal Sangat besar `Besar Sedang Kecil 4096 – 2048 2048 – 1024 1024 – 512 512 – 256 Kerakal Besar Kecil 256 – 128 128 – 64
Koral (Kerikil besar)
Sangat besar Kasar Sedang Halus 64 – 32 32 – 16 16 – 8 8 – 4 Kerikil 4-2 Pasir Sangat besar Kasar Sedang Halus Sangat Halus 2 – 1 1 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,125 0,125 – 0,062 Lumpur Kasar 0,062 – 0,031 Sedang Halus Sangat Halus 0,031 – 0,016 0,016 – 0,008 0,008 – 0,004 Lempung Kasar Sedang Halus Sangat Halus 0,004 – 0,002 0,002 – 0,001 0,001 – 0,0005 0,0005 – 0,00024 Sumber : Muhammad Arsyad Thaha (2006)
C. Penggelontoran Sedimen Dengan Metode Flushing 1. Definisi penggelontoran sedimen
Penggolontoran sedimen ,adalah cara untuk membuat endapan sedimen bergerak cepat agar endapan sedimen yang ada di waduk itu hanyut.
2. Definisi Flushing
Prinsip dari metode penggelontoran sedimen dengan energi potensial air waduk (flushing) adalah mengeluarkan sedimen dengan mengambil manfaat energi hidrolik akibat beda tinggi antara muka air di depan dan belakang bendungan, untuk mensuplai energi pada sediment flushing system.
Berdasarkan permasalahan metode fluidasi dengan menggunakan aliran permukaan, maka di coba dikembangkan metode flushing conduit sebagai alternatif solusi dengan tanpa aliran permukaan. Metode flushing counduit atau pengurasan melalui pipa dengan memanfaatkan fluktuasi tekanan untuk mengusik endapan sedimen sehingga terfluidasi, dan selanjutnya terhisap ke dalam pipa melalui lubang kecil kemudian terjadi transpor endapan sedimen dalam pipa atau pengurasan ke tempat yang lebih dalam.
3. Perbedaan Mekanisme kerja Fluidasi dengan flushing Conduit
Metode flushing conduit pada pemeliharaan alur adalah pengembangan metode fluidasi dengan dapat dilihat saling keterkaitan diperlihatkan pada tabel 2 berbedaan metode tersebut sebagai berikut:
Tabel 2. Perbedaan metode kerja fluidasi dengan flushing conduit
No. Metode Fluidasi Metode flushing conduit
1.
Mengendalikan aliran permukaan mengalirkan sedimen ke daerah yang lebih dalam
Mengendalikan aliran dalam pipa untuk menggelontorkan sedimen ke daerah lebih dalam
2.
Mengandalkan pancaran jet melalui lubang perforasi untuk mengusik dan mengangkat sedimen
Mengandalkan hisapan sedimen melalui lubang isap ke dalam pipa dan transpor sedimen dalam pipa
3.
Membutuhkan tekanan yang besar Membutuhkan tekanan fluktuaktif yang relatif besar.
4
Membutuhkan debit yang relatif besar
Membutuhkan debit yang relatif besar
5.
Sistem pengaliran dilakukan dengan pengaliran bebas
Sistem pengaliran dilakukan dengan pengaliran bertekanan fluktuatuf
6.
Tekanan dsalam pipa harus lebih besar daripada di luar pipa
Tekanan dalam pipa harus lebih rendah dari pada luar pipa
Sumber : Amrullah (2011)
4. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Flushing
Efektif tidaknya hasil penggelontoran sedimen (flushing) dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut
a) Dimensi dari Flushing outlet
b) Posisi dari Flushing outlet
c) Penampang waduk dan kecuraman dasar waduk d) Panjang, pendek, lebar dan tidaknya waduk e) Lurus tidaknya waduk kearah outlet
f) Distribusi dan kepadatan sedimen
g) Ketersediaan air waduk untuk penggelontoran sedimen h) Frekuensi penggelontoran sedimen
D.Aliran Dalam Saluran Tertutup (PIPA)
1. Definisi Aliran Dalam dalam Saluran Tertutup (Pipa)
Konsep flushing conduit (pengurasan melalui pipa) adalah suatu sistem pemeliharaan alur dengan metode flushing yang menerapkan penggelontoran deposit sedimen ke daerah yang lebih dalam atau bagian hilir.
Aliran dalam pipa berfungsi untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain. Pada umumnya fluida yang akan dipindahkan memiliki nilai kekentalan yang berbeda-beda. Nilai kekentalan ini sangat penting untuk diketahui agar dapat menentukan kebutuhan energi yng diperlukan.
Muchsin dan Subagyo (2011) Penelitian aliran dalam pipa (internal flow) dimulai seorang maha guru dari Jerman tahun 1850, Julius Weisbach meneliti pada hulu pipa, yang kemudian dilanjutkan oleh insinyur Perancis, Henry Darcy pada tahun 1857 yang melakukan eksperimen aliran pipa yang dikenal dengan persamaan Darcy-Weisbach. Kemudian Osborne Reynold melakukan eksperimen melalui pipa tahun 1883 yang memperlihatkan pentingnya Reynolds dalam aliran fluida.
Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan saluran tertutup (aliran pada pipa) adalah adanya permukaan yang bebas dan (hampir selalu) berupa udara pada saluran terbuka. Jadi seandainya pada pipa alirannya
tidak penuh hingga masih ada rongga yang berisi udara maka sifat dan karaktersitik alirannya sama dengan aliran pada saluran terbuka (Kadoatie 2002: 215)
Dalam berbagai industri sebagian besar fluidanya mengalir pada pipa-pipa saluran tertutup (closed conduit flow). Masalah utama yang muncul antara lain:
a) Terjadinya gesekan pada dinding pipa.
b) Terjadinya turbulensi karena gerakan relatif dalam molekul fluida yang dipengaruhi oleh viskositas fluida itu sendiri dan bentuk pipa
c) Terjadinya kapasitas aliran yang semakin kecil pada daerah yang jauh dari sumber karena hambatan gesek pada aliran yang semakin membesar
Dari seluruh permasahan tersebut diatas dapat diduga bahwa faktor tekanan atau kerugian tekanan dapat mempengaruhi kinerja dan efisiensi pompa. Oleh karenanya diperlukan peninjauan lebih mendalam lagi pada bidang mekanika fluida terutama dinamika fluida untuk mengatasi permasalahan tersebut. Perpindahan fluida (cairan atau gas) di dalam sebuah saluran tertutup (pipa) sangat penting di dalam konsep flushing conduit yang menerapkan penggelontoran sedimentasi di dalam pipa. Faktor-faktor yang mempengaruhi aliran dalam saluran tertutup, yaitu Kecepatan, debit dan luas penampang saluran.
2. Mekanisme Kerja Pengaliran Dalam Pipa
Umumnya masalah jaringan pipa adalah rumit dan memerlukan penyelasaian coba-coba dengan menyeimbangkan rangkaian-rangkaian dasar secara bergantian sampai semua syarat-syarat aliran dipenuhi. Syarat-syarat berikut harus dipenuhi dalam jaringan pipa adalah :
a) Jumlah aljabar penurunan tekanan seputar tiap rangkaian harus sama dengan nol.
b) Persamaan Darcy-Weisbach, atau rumus gesekan eksponensial yang setara, harus dipenuhi untuk tiap pipa; yakni hubungan yang sesuai antara kerugian
tinggi tekan dan debit yang ada harus dipenuhi untuk pengaliran tiap pipa. c) Aliran ke tiap titik hubung harus sama dengan aliran yang meninggalkan titik.
3. Sifat-sifat Aliran dalam Pipa
dalam suatu aliran yang melewati sistem atau instalasi pipa akan terjadi suatu hambatan aliran dimana hambatan tersebut disebabkan faktor-faktor bentuk instalasi. Hambatan tersebut dapat menyebabkan turunnya energi dari fluida tersebut yang sering disebut dengan kerugian tinggi tekanan (head loss) atau penurunan tekanan (pressure drop) yang disebabkan oleh pengaruh gesekan fluida (friction losses) dan perubahan pola aliran yang terjadi karena fluida harus mengikuti bentuk dari dindingnya.
4. Klasifikasi Aliran dalam Pipa
Debit adalah suatu bagian penting dalam suatu pengaliran tidak terkecuali pada aliran dalam pipa maupun saluran terbuka. Sehingga untuk menghitung besar debit dalam suatu pengaliran digunakan persamaan umum sebagai berikut:
Q = A.V...(1)
V = ...(2)
Dimana : Q = Debit aliran (m3/dtk)
A = Luas penampang aliran (m2)
V = Kecepatan aliran dalam pipa (m/dtk)
5. Mengukur Kecepatan aliran zat cair
Prinsip stagnasi meruapkan dasar dari tabung pitot yang digunakan untuk mengukur kecepatan aliran zat cair. Titik stagnasi terjadi pada ujung bagian pipa yang mendatar dan tekanannya akan lebih besar dari tekanan zat cair di sekitarnya sebesar tinggi kecepatan , yang ditunjukkan oleh kenaikan zat cair di dalam tabung. Sehingga (Triatmodjo B, 2008)
V = √ ………..………(3)
=√ ………...…(4)
Dimana
:
= Tekanan stagnasi (kg/ )h = Tinggi air pitot (cm)
g = Percepatan gravitasi(m/ )
6. Persamaan Hukum Bernoulli Tekanan Dalam Pipa
Asas Bernoulli menyatakan bahwa “Pada pipa yang mendatar (horizontal), tekanan fluida paling besar adalah pada bagian kelajuan alirnya paling kecil, dan tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling besar. Pernyataan ini dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli
(1700-1782), sehingga dikenal sebagai asas Bernoulli.
Gambar 4. Hukum Bernoulli pada saluran tertutup ( sumber : Qisthy.w, 2012)
7. Aliran Laminer dan Turbulen
Secara garis besar pola aliran dalam pipa terbagi menjadi tiga, yaitu: laminer, turbulen, dan transisi (antara aliran alminer dan turbulen). Pola aliran sangat berpengaruh pada sifat dari aliran.
Gambar 5. Percobaan Reynolds tentang Aliran laminar (a) Aliran turbulen (b) pada saluran tertutup (pipa)
Aliran laminer adalah suatu aliran dimana gaya kekentalan relatif sangat besar dibandingkan dengan gaya kelembapan, sehingga aliran dikuasai oleh pengaruh kekentalan. Pada aliran laminer, fluida bergerak secara teratur. Profil kecepatan dari aliran laminer tidak terjadi pencampuran antara garis arus yang satu dengan yang lainnya. Pola aliran ini disebut laminer karena terlihat seperti gabungan dari lembaran fluida (laminer) yang saling bergeser.
Aliran turbulen dicirikan oleh kecepatan fluida yang berfluktuasi secara acak dan aliran yang bercampur pada level makroskopik. Pada aliran turbulen, fluida tidak bergerak pada garis arus yang halus dan kecepatan fluida berubah secara acak terhadap waktu.
Perbedaan antara aliran laminer dan turbulen pertama kali diklrifikasikan oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883. Reynolds melakukan percobaan dengan menyuntikkan zat pewarna pada air yang mengalir dalam pipa. Pada laju aliran yang rendah, zat pewarna mengalirsecara teratur dan tidak tercampur hingga ke hilir. Pada laju aliran yang lebih tinggi, zat pewarna tercampur pada seluruh bagian dari pipa.
Menurut hasil percobaan Reynold, untuk membedakan apakah aliran itu turbulen atau laminer dapat menggunakan bilangan tak berdimensi yang disebut dengan bilangan Reynold. Bilangan ini dihitung dengan persamaan berikut:
Re =
=
...(5)Dimana : Re = Bilangan Reynold (tak berdimensi) V = Kecepatan rata-rata (ft/s atau m/s) D = Diameter pipa (ft atau m)
v = Viskositas kinematik (m2/s)
Sifat aliran dalam pipa bergantung pada bilangan Reynolds. Untuk aplikasi pada bilangan teknik, batas atas aliran lamier biasanya diambil pada bilangan Reynolds 2300. Apabila bilangan Reynolds lebih dari 4000, maka aliran dianggap turbulen. Untuk bilangan Reynolds di antara 2300 dam 4000, aliran tidak dapat diprediksi dan biasanya berubah-ubah sifat antara laminer dan turbulen atau sering disebut aliran transisi.
8. Kehilangan Energi Mayor Dalam Pipa (Gesek)
Aliran fluida yang melalui pipa selalu mengalami kehilangan energi. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida.
Kehilangan energi akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan rumus Darcy-Weisbach, yaitu :
...(6) Dimana :
= Kehilangan energi karena gesekan (m)
L = Panjang pipa (m) D = Diamter pipa (cm) V = Kecepatan aliran (m/dtk) g = Percepatan gravitasi (m/ )
Gambar 6. Diagram Moody
Tabel 3. Nilai Kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersial
Pipa Material Equivalent Roughness,
(ft) Hazen – Williams Coefficient, C Brass, copper,aluminium 3.3 140 PVC, Plastic 5 150 Cast Iron New 8.0 130 Old - 100 Galvanized Iron 5.0 120 Asphalted Iron 4.0 - Wrought Iron 1.5 -
Commercial and Welded Steel
1.5 120
Riveted Steel 60.0 110
Concrete 40.0 130
Wood Stave 20.0 120
Sumber : Ram S. Gupta. Hydrology and Hydraulic Systems. Prentice Hall. London. 1989. Chapter 11, hal.550
Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan factor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy –Weisbach. Untuk dapat menentukan besarnya nilai f dari diagram Moody harus diketahui besarnya bilangan Reynolds dan perbandingan antara kekasaran dinding pipa dengan diameter pipa tersebut ( . Nilai kekasaran dinding pipa diberikan pada table 2.
9. Kehilangan Tinggi Tenaga pada Lapisan Sedimen
Kecepatan aliran pada sumbu jet sama dengan kecepatan jet dilubang. Tingg
i
sangat dipengaruhi oleh turbulensi dan gesekan antara jet dengan fraksisolid dan fluida yang ada disekitar. Pada fenomena antara fluidisasi dan flushing tinggi relatif kecil karena gesekan sedimen disekitarnya sehingga dapat dianggap tidak signifikan terhadap ketebalan sedimen . Dengan demikian, beban sedimen yang diperhitungkan dapat berbentuk slinder sehingga berdiamter . Kehilangan tinggi tenaga oleh lapisan sedimen selanjutnya dapat ditentukan dengan meninjau keseimbangan gaya vertical antara gaya keatas ( dengan berat sedimen dalam air ( Kebutuhan tinggi
tenaga akibat kehilangan tersebut dapat disimpulkan seperti berikut : (Thaha, 2006).
= (1
……….……...(7) Dimana : kehilangan tinggi tenaga akibat lapisan sedimen (cm)
= rapat massa air = rapat massasedimen = porositas sedimen
= percepatan gravitasi (m/
10. Kehilangan tekanan sekunder dalam pipa
Selain kehilangan energi karena gesekan dinding pipa selama pengaliran, air kehilangan energi karena harus membelok sehingga terjadi turbulensi. Demikian pula jika air melalui penyempurnaan dan pembesaran secara tiba-tiba.
Kehilangan energi di tempat tersebut mungkin saja jauh lebih besar dibandingkan dengan kehilangan energi akibat gesekan dengan pipa. Pada kondisi lain, saat pipa sangat panjang kehilangan energi minor atau sekunder mungkin menjadi tidak signifikan terhadap kehilangan energi utama. Kehilangan energi minor dalam bahasa matematika ditulis sebagai (kelas D., 2009)
=
.
atau =
.
………...………... (8)Dimana: km = koefisien kehilangan tinggi energi pada lubang masuk pipa (m),
diambil k4 = 0,04 untuk lubang masuk ujung bulat radius kecil.
v = kecepatan aliran (m/dtk) g = percepatan graavitasi (m/dtk2)
E.Aliran Sedimen Dalam Pipa (flushing conduit) 1. Masuknya Sedimen Ke Dalam Pipa
Penyebab utama masuknya sedimen ke dalam pipa (flushing conduit)
adalah sebagai berikut :
Sedimen masuk melalui lubang isap, yang disebabkan oleh :
a) Tipe lubang yang merupakan bukaan langsung pada dinding pipa flushing conduit memudahkan sedimen mengalami keruntuhan masuk ke dalam pipa karena berat sendiri, tekanan hisap dan diameter lubang relatif besar.
b) Aliran arus balik masuk ke dalam pipa melalui lubang isap saat tekanan dikejutkan dan terjadi fluktuasi. Proses ini terjadi apabila tekanan di dalam pipa lebih rendah daripada di luar pipa.
2. Prinsip Dasar Transpor Sedimen Dalam Pipa
Menurut (Mardjikoen, 1987) transpor sedimen adalah perpindahan tempat bahan sedimen granuler (non kohesif) oleh air yang sedang mengalir, dan gerak umum sedimen adalah searah aliran air.
Transpor sedimen dalam pipa diperlukan dalam bidang pemindahan endapan lumpur dan pengerukan (dredging). Manfaat sistem ini dalam kedua bidang tersebut adalah untuk memindahkan sedimen/endapan pada minimum head loss tanpa pengendapan. Aspek penting dari syistem ini adalah bagaimana memprediksi head loss dan kecepatan minimum atau kecepatan kritis agar supaya pipa terhindar dari pengendapan. (Amrullah, 2010).
Faktor-faktor yang menetukan transpor sedimen adalah sebagai berikut 1) Sifat-sifat aliran air (flow characteristics)
2) Sifat-sifat sedimen (flow charasteristics)
3) Pengaruhnya timbal balik antara sifat aliran air dan sifat sedimen (interection)
Dalam desain transpor sedimen dalam Pipa, dua jenis regime aliran yang dihindari yaitu:
a) Stationary bed regime karena ini tidak akan menghasilkan transpor zat padat apapun
b) moving bed regime sebab jika dibawah kondisi normal, regime ini
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar pada bulan Desember 2017 sampai April 2018.
B. Alat dan Bahan
Secara umum alat dan bahan yang digunakan untuk merangkai dan melengkapi model flushing conduit dalam pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut :
1) Alat
a) Pipa PVC 2 inchi sebagai penghantar sedimen yang diuji b) Pipa isap ¼ inchi (1.2 cm)
c) Saringan No. 16 dan Saringan No.40
d) Peralatan pemeriksaan sedimen hasil gelontoran seperti; penampungan hasil gelontoran sedimen ukuran 30 x 30 cm, untuk sedimen yang halus dan sedang.
e) Peralatan pemeriksaan sedimen hasil gelontoran seperti; penampungan hasil gelontoran sedimen ukuran 15 x 15 cm, untuk sedimen yang kasar. f) Ada 2 Pompa air berfungsi sebagai pemompa air dari bak penampungan g) Stopwatch untuk menghitung waktu yang digunakan pada pengukuran
h) Tali dan benang sebagai pemandu dalam pembuatan model
i) Flow watch untuk mengukur kecepatan aliran yang akan masuk kedalam pipa flushing conduit
j) Kertas A4 dan alat tulis untuk mencatat pengambilan data awal pada saat uji model
k) Kamera digital berfungsi mengambil dokumentasi penelitian. l) Cangkul, linggis, skop untuk pengambilan sedimen yang akan diuji
m) dan Rol meter untuk mengukur ketinggian sedimen dan panjang pipa yang digunakan Mistar dalam penelitian.
2) Bahan
a) Sedimen sebagai model percoban, diameter butiran sedimen yang digunakan bervariasi (pasir sedang/medium sand), (pasir halus/fine sand), (lumpur kasar/coarse silt)
b) Bak air untuk suplay, bak sirkulasi, dan bak disertai saringan untuk sedimen
c) Air untuk mengamati jenis aliran dalam pipa
C. Jenis Penelitan dan Sumber Data
1. Jenis penelitian
Jenis penelitan yang digunakan adalah eksperimental, dimana penelitian tersebut dibuat dan dirancang sendiri oleh peneliti dengan berpedoman pada literatur-literatur yang berkaitan dengan flushing conduit, serta adanya kontrol
dengan tujuan untuk mengetahui sebab akibat dari penggelontoran sedimen serta berapa besar pengaruh penggelontoran terhadap variasi diameter butiran sedimen. 2. Sumber Data
Pada penelitian ini akan digunakan dua (2) sumber data antara lain sebagai berikut:
a) Data primer yaitu data yang diperoleh langsung dari hasil simulasi model fisik di laboratorium
b) Data sekunder yaitu data yang diperoleh dari literarur dan hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya baik yang telah dilakukan di laboratorium maupun ditempat lain (lapangan) yang berkaitan dengan penelitian tentang pengglontoran sedimen flushing conduit.
D. Variabel yang di Teliti
Pada penelitian ini akan menggunakan dua Variabel, yaitu : 1) Variabel bebas yaitu variabel penyebab (Independent Variables)
a) Kecepatan Aliran (V) b)Volume Gelontor (Vg) c) Variasi Butiran Sedimen (db)
2) Variabel terikat atau Variabel tergantung (Dependent Variables)
a) Debit (Q) b) Waktu (t)
c) Tekanan Dalam Pipa (P) d) Panjang Pipa (L)
E. Tahap Penelitian
1.Tahap pertama : Studi literatur
Hal ini dilakukan untuk mencari sumber data dan informasi yang akan dimuat sebagai referensi teori dalam melakukan penelitian ini (Flushing Conduit) serta melakukan persiapan pembuatan model di Laboratorium dan mempersiapkan alat dan bahan untuk pembuatan saluran
2 Tahap kedua : Perancangan Model
Perancangan model untuk penelitian dilakukan terlebih dahulu untuk perancangan model untuk penelitian Flushing Conduit yang lebih jelas sehingga dalam penerapan dilapangan dapat berjalan sesuai rencana.
Gambar 7. Rancangan Model Flushing Conduit (Denah)
Gambar 8. Rancangan Model Flushing Conduit (tampak samping) PIPA ISAP TAMPUNGAN SEDIMEN PENANGKAP SEDIMEN BAK OUTLET ALIRAN BA K OU TLET A L IR A N BUKAAN KATUP POMPA INLET PIPA SPIRAL PIPA SIRKULASI PINTU THOMSON PITOT MANOMETER 2.3 m POMPA SIRKULASI 2.0 m 5.0 m 0.5m 3.5 m 1.5 m 1.7 m PIPA SIRKULASI BAK OUTLET ALIRAN BAK INTLET ALIRAN POMPA INLET 100 30 PITOT MANOMETER
Gambar 9. Detail Rancangan tebal lapisan sedimen 3. Tahap ketiga : Pembuatan Model Saluran
Pelaksanaan pembuatan uji model merupakan pekerjaan yang utama dalam penelitian ini (Flushing Conduit) guna mengetahui cara kerja konsep
Flushing Conduit, serta untuk pengambilan data hasil percobaan yang akan dilakukan.
4. Tahap keempat : pengambilan data awal
Pengambilan data dilakukan untuk menarik kesimpulan dari hasil uji coba model untuk memperoleh informasi yang dibutuhkan dalam rangka mencapai tujuan penelitian.
5. Tahap kelima : Analisi dan Pembahasan
Analisis dan pembahasan dilakukan setelah diperoleh data yang dibutuhkan untuk diolah menjadi sebuah informasi yang aktual.
DETAIL RANCANGAN MODEL SEDIMEN
100
30
DIAMETER LUBANG ISAP
JARAK LUBANG ISAP PIPA
SEDIMEN
DETAIL PIPA ISAP POTONGAN MELINTANG FLUSHING CONDUIT
60
30
6. Tahap keenam : Penyusunan Laporan hasil penilitian
Laporan penelitian bertujuan untuk memberitahukan kegiatan penelitian mulai dari proses penelitian sampai hasil akhir. Selain itu tujuan laporan penelitian adalah mengungkapkan sasaran yang ingin di capai dalam penelitian baik secara umum maupun secara khusus.
F. Prosedur Penelitian
Langkah-langkah dalam melakukan percobaan dalam penelitian :
a) Persiapan area pembuatan model di laboratorium serta persiapan alat dan bahan.
b) Menyiapkan rancangan Pipa Flushing PVC diameter (2.0 inci), dengan panjang 0,5 m dan dibuat 6 lubang pipa isap, 3 pada sisi kiri dan 3 pada sisi kanan sepanjang 60 cm dengan arah horizontal dengan diameter 1,2 cm dan jarak (spasi) lubang 20 cm.
c) Melakukan penyaringan sampel sedimen dengan menggunakan saringan No. 16 Dan No.40.
d) Pisahkan sampel sedimen yang tertahan dan yang lolos saringan No. 16 dan No.40 untuk membedakan yang mana sedimen halus, sedang, dan kasar.
e) Pada Bak penyuplay air di pasang pintu ukur Thomson untuk mengatur aliran permukaan, dan pipa (suplay) dipasang alat ukur kecepatan air dan alat ukur tekanan air (Manometer). Selain itu dipasang pula stop kran ( bukaan katup) sebelum air melewati pitot dan alat ukur tekanan air (Manometer). Pada pipa intlet juga dipasang sambungan dengan pompa untuk flushing conduit
kemudian dipasang stop kran dan juga pipa pembuang di pasang sambungan dengan pompa untuk sirkulasi.
f) Merangkai alat dan bahan yang sudah tersedia kemudian percobaan siap dilakukan
g) Menjalankan pompa air dengan mengalirkan air dan sedimen dalam pipa sesuai debit dan ketebalan sedimen yang ditentukan.
h) mengamati kondisi sedimen yang terhisap dan alat pengukur tekanan selama waktu yang telah ditentukan. Dalam hal ini waktu (t) dan diameter butiran sedimen yang digunakana 3 macam variasi.
i) Setelah variasi dan pembacaan tekanan selesai, selanjutnya mengukur banyaknya volume sedimen yang tergelontor dengan memperhatikan berapa nilai yang didapatkan ditampungan sedimen sesuai tampungan yang ditentukan.
j) Prosedur ini ini dilakukan dengan beberapa kali percobaan dimulai dari diameter butiran sedimen halus, sedang, kasar untuk dijadikan bahan perbandingan.
G. Pelaksanaan Simulasi
Pelaksanaan pengujian model dan langkah-langkah pengujian adalah : a) Disiapkan pipa PVC dengan ukuran 2 inci flushing sepanjang 0,5 m dengan
jarak lubang 20 cm dan diameter lubang 1,2 cm. Pipa PVC meter dibuat lubang pipa isap sisi kiri dan kanan arah horizontal.
b) Sedimen dibuat dengan bentuk segi empat dengan menggunakan 3 variasi diameter butiran sedimen yaitu : (pasir sedang/medium sand), (pasir halus/fine sand), (lumpur kasar/coarse silt).
c) Bak air untuk suplay diisi sesuai kebutuhan pengujian yang cukup untuk sirkulasi air
d) Kemudian dilakukan bukaan katup (stop keran) untuk menghasilkan debit aliran,dengan pengujian bukaan (450), (600), (900).
e) Selanjutnya dilakukan pengujian dengan masing-masing diameter butiran sedimen. Percobaan dilakukan dengan sistem bukaan katup (stop keran). Bukaan dilakukan sebanyak 3 kali untuk masing-masing variasi untuk mendapatkan debit aliran untuk mendapatkan tekanan kejut.
f) Pengamatan kondisi sedimen dimulai terhisap sedimen dan menjalankan stopwatch sesuai dengan waktu yang telah ditentukan dan membaca tekanan pada manometer, tinggi air pada pitot.
g) Data hasil percobaan yang harus dicatat adalah tekanan pada manometer, tinggi air pada pitot dan volume sedimen tergelontor.
h) Hasil pengukuran sedimen yang tergelontor menjadi data jumlah sedimen endapan yang tergelontor dalam bentuk m³.
i) Tahapan dari point (a) sampai dengan (h) menjadi tahapan simulasi penelitian. Selanjutnya tahapan ini diulang dengan variasi diameter butiran sedimen 3 kali sehingga data penelitian cukup sejumlah 81 data.
H. Pengambilan Data
Hal penting dalam penelitian adalah pengambilan data. Pada dasarnya data yang diambil adalah data yang akan digunakan sebagai parameter dalam analisa. Data-data yang yang telah diukur saat penelitian berjalan, langsung dapat di input pada tabel 3 format pengambilan data.
I. Analisa Data
Dari data laboratorium kemudian diolah sebagai bahan analisa hasil kajian sesuai dengan tujuan dan sasaran penilitian. Data yang diolah adalah data yang relevan yang dapat mendukung dalam menganalisa data penelitian, antara lain :
a) Perhitungan kecepatan aliran pada tabung pitot
V = √ ………..………(3)
=√ ………...…(4)
Dimana
:
= Tekanan stagnasi (kg/ )= Tekanan statis (kg/ ) h = Tinggi air pitot (cm)
g = Percepatan gravitasi(m/ )
b) Perhitungan luas penampang pipa flushing conduit ²
c) Perhitungan besar debit pada pipa flushing conduit
d) Perhitungan tipe aliran dengan menggunakan bilangan Reynold (Re)
e) Perhitungan kehilangan tinggi tekanan akibat gesek dalam pipa
f) Perhitungan kehilangan tinggi tekanan pada lubang isap
g) Perhitungan kehilangan tinggi tenaga akibat lapisan sedimen
h) Perhitungan kehilangan tinggi tenaga total
i) Perhitungan perubahan tinggi tekanan
J. Kerangka Pikir Penelitian
Gambar 10. Kerangka pikir penelitian Permasalahan sedimentasi yang terjadi di Waduk dan penyebab Pendangkalan
Waduk
Pengaruh Flushing Conduit jika menggunakan variasi diameter butiran sedimen dengan pengaliran bertekanan
Secara teoritas penggelontoran sedimen dengan flushing conduit dapat diterapkan
Diperlukan eksperimen Laboratorium
Diharapakan Flushing Conduit dapat menjadi solusi dalam penanggulangan sedimentasi di waduk dan muara sungai Diharapkan Flushing Conduit dapat
diterapkan di waduk untuk meningkatkan usia guna waduk
pemanfaatan flushing conduit dalam mengatasi sedimentasi di waduk
1. Karakteristik Sedimen 2. Erosi lahan
K. Flow chart Penelitian
Gambar 11. Flow Chart Penelitian Studi Literatur
Pembuatan Model
Pengambilan Data
Memenuhi?
Analisis data dan Pembahasan a) Mekanisme penggelontoran
dengan sistem flushing conduit
b) Pengaruh variasi diameter butiran sedimen terhadap penggolontoran (db) tidak Hasil Akhir/Laporan MULAI Variabel Terikat Variabel Bebas ya a) Tekanan dalam pipa b) Debit c) Waktu d) Panjang Pipa e) Diameter Lubang Pipa Isap a) Kecepatan Aliran b) volume gelontor c) Variasi diameter Butiran Sedimen SELESAI
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A.Deskripsi Data Hasil Penelitian
Deskripsi data yang akan disajikan dari hasil penelitian ini adalah untuk memberikan gambaran secara umum mengenai penyebaran data yang diperoleh di laboratorium. Adapun data penelitian yang diperoleh di laboratoirium dibedakan menjadi dua yaitu:
Data data yang diperoleh dari hasil percobaan di laboratoium adalah untuk mengetahui jumlah sedimen yang tergelontor terhadap variasi diameter butiran sedimen, sebelum pengambilan data dimulai terlebih dahulu dilakukan running pendahuluan (running awal). tujuan dilakukan running awal (running pendahuluan) adalah untuk mendapatkan data yang ideal dengan maksud agar data yang diperoleh nantinya bisa semaksimal mungkin dan untuk menentukan debit pembanding dengan debit yang masuk pada saluran pipa flushing conduit.
Setelah running pendahuluan (running awal) selesai, maka pengambilan data penggolontoran sedimen dapat dimulai.
Hasil dari pengambilan data penggolotoran sedimen dapat di sajikan sebagai pembanding sebaerapa banyak sedimen yang tergelontor (Vg), jika diameter butiran sedimen divariasikan menjadi sedimen halus, sedimen sedang, dan sedimen kasar. Selain itu dapat pula di jadikan sebagai perbandingan antar bukaan katub yang di variasikan menjadi 45˚, 60˚, dan 90˚ dengan sedimen yang tergelontor dari setiap bukaan katubnya. Dan yang terakhir sebagai perbandingan.
B. Analisis Data
1) Perhitungan kecepatan aliran pada tabung pitot
√
√
2) Perhitungan luas penampang pada pipa flushing conduit :
²
²
3) perhitungan besar debit pada pipa flushing conduit
4) Contoh perhitungan bilangan reynold
5) Contoh perhitungan kehilangan tinggi tekanan akibat gesek dalam pipa
m
6) Contoh perhitungan kehilangan tinggi tekanan pada lubang isap
m
7) Contoh perhitungan kehilangan tinggi tenaga akibat lapisan sedimen
8) Contoh perhitungan kehilangan tinggi tenaga total
9) Contoh perhitungan perubahan tinggi tekanan
C.Karakteristik Sedimen
Karakteristik sedimen yang digunakan dalam penelitian ini adalah sedimen halus, sedimen sedang, dan sedimen kasar sesuai dengan hasil pemeriksaan ukuran butir dengan uji saringan dan gradasi ukuran butir yang disajikan pada gambar dan tabel berikut.
Tabel 4. Data Analisa Saringan
Gambar 12. Gradasi Ukuran Butiran Sedimen (sampel)
Berdasarkan diameter sedimen dari hasil analisa saringan, maka klarifikasi material sedimen yang digunakan ialah sedimen halus, sedimen sedang, dan sedimen kasar menurut Wentworth. Dimana diameter partikel sedimen halus berada diantara (0,25 mm – 0,125 mm), sedimen sedang berada di antara (0,5 mm – 0,25 mm), dan sedimen kasar berada di antara (0,5 mm - 1 mm).
0 20 40 60 80 100 120 4,76 2,38 1,19 0,595 0,297 0,149 0,074 per sen lo los (% ) Diameter Saringan Series1
D.Hubungan variasi butiran sedimen terhadap volume gelontor (Vg).
Berdasarkan hasil data-data yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa Pengaruh variasi butiran sedimen (db) adalah salah satu faktor yang mempengaruhi jumlah sedimen yang tergelontor dalam proses pengurasan metode
flushing conduit, Maka dibuat kajian hubungan butiran sedimen (db) terhadap volume gelontor (Vg) pada gambar dan tabel berikut:
Tabel 5. Pengaruh variasi diameter butiran sedimen terhadap volume gelontor Q1 = 0,00318 m3/dtk
No. Diameter butiran sedimen,db Waktu,t Volume gelontor,Vg
(mm) (menit ) (m³) 1 Halus 3 0,0042 2 6 0,0052 3 9 0,0087 4 Sedang 3 0,0035 5 6 0,0042 6 9 0,0067 7 Kasar 3 0,0001 8 6 0,0003 9 9 0,0006 Jumlah 0,0335
Tabel 5 menunjukkan data hasil pengambilan sampel sedimen pada saat penggelontoran selama 9 menit pada setiap variasi diameter butiran sedimen (db) di flushing conduit. Debit (Q1) yang di gunakan dalam penggelontoran sedimen sebesar 0.00318 m³/dtk. Dimana jumlah volume gelontor (vg) sedimen yang dikeluarkan sebesar 0.0335 m³. Dan proses pengambilan sampel sebanyak 9 kali.
Gambar 13. Grafik hubungan antara diameter butiran sedimen (db) terhadap volume gelontor pada Q1 = 0,00318 m3/dtk
Gambar 13 menunjukan bahwa untuk hasil dari Q1 = 0,00318 m3/dtk ,dengan waktu (t) 3 menit menggunakan (db) sedimen halus menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0042 m³, dengan waktu (t) 6 menit menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0052 m³, dengan waktu (t) 9 menit menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0087 m³. Sedangkan menggunakan db sedimen yang sedang dengan waktu (t) 3 menit menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0035 m³, dengan waktu (t) 6 menit menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0042 m³, dengan waktu (t) 9 menit menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0067 m³. Dan menggunakan db sedimen yang kasar dengan waktu (t) 3 menit menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0001 m³, dengan waktu (t) 6 menit menghasilkan sedimen yang teergelontor sebesar 0,0003 m³, dengan waktu (t) 9 menit menghasilkan sedimen yang tergelontor sebesar 0,0006 m³. Hal ini diperkirakan dipengaruhi ukuran butiran sedimen yang kecil memungkinkan butiran sedimen leluasa untuk masuk ke lubang pipa isap, sehingga menghisap endapan sedimen yang cukup besar.
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 3 6 9 V ol u m e Gel on tor ( V g ) Waktu (t) halus sedang kasar
