STUDI EKSPERIMEN MODEL PEREDAM ENERGI TERHADAP LONCATAN HIDROLIK PADA KOLAM OLAKAN
EXPERIMENTAL STUDY MODEL ENERGY ABSORBERS HYDRAULIC JUMP ON STILLING BASIN
Nenny1*, Hamzah Al Imran2,
*email: [email protected]
1,2Fakultas Teknik , Universitas Muhammadiyah Makassar Jalan Sultan Alauddin No. 259 Makassar Sul-Sel, Indonesia, Kode Pos : 90221
ABSTRACT
This study aimed to determine the effect of variations in models of hydraulic energy absorbers against stepping on an eddy, knowing the nature of the flow downstream of an eddy on each variation model of energy absorbers.The research was an experomental study using three different models : a land line model with a cross-section shape of a trepezium, lighthouse models spillway, and a model of energy absorbers. The observed parameters was the debit flow (Q), the flow velocity (V), the depth of flow and the specific energy (Δh).The results showed the model energy absorbers (MEA-1) high-jump very big that is 0.109 m, while the model of energy absorbers MEA-2, MEA-3 and MEA-4 happen very drastic reductions in energy that is 0.009 m – 0.021 m. The nature of the flow on each model change energy absorbers (MPE) is the flow of supercritical be subcritical.
Keywords : Spillway, Stilling Basin, Flow Velocity, Energy Absorbers
ABSTRAK
Salah satu konstruksi bangunan air yang digunakan untuk mengoptimalkan penggunaan sumber daya air adalah bendung. Peninggian muka air karena pembendungan akan mengakibatkan adanya aliran yang deras di bagian hilir. Jika dalam suatu aliran terjadi perubahan jenis aliran dari superkritis ke subkritis, maka akan terjadi loncatan hidrolis atau yang sering disebut hydraulic jump.Guna mereduksi energi yang terdapat di dalam aliran tersebut, maka di ujung hilir saluran peluncur biasanya dibuat suatu bangunan yang disebut peredam energi pencegah gerusan (scour protection basin). Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh variasi model peredam energi terhadap loncatan hidrolik pada kolam olakan, engetahui sifat aliran di hilir kolam olakan pada setiap variasi model peredam energi. Penelitian ini tergolong penelitian eksperimental dengan menggunakan model saluran terbuka dengan penampang bentuk trapezium, model mercu pelimpah, dan model peredam energi. Parameter yang diamati adalah Debit aliran (Q), Kecepatan Aliran (V), Kedalaman aliran dan energi spesifik (Δh). Hasil penelitian menunjukkan model peredam energi (MPE-1) tinggi loncatan sangat besar yaitu 0.109 m, sedangkan pada model peredam energi MPE-2, MPE-3 dan MPE-4 terjadi penurunan energi sangat drastis yaitu 0.009 m – 0.021 m. Hal ini menunjukkan bahwa dengan adanya baffle block pada kolam olak sangat mempengaruhi besarnya loncatan. Berdasarkan hasil pengamatan sifat aliran yang terjadi pada setiap perubahan model peredam energi (MPE) adalah aliran superkritis menjadi subkritis. Dan hasil pengamatan karakteristik aliran yang terjadi adalah aliran turbulen (aliran tidak seragam).
Kata Kunci : Mercu Pelimpah, Kolam Olakan, Kecepatan Aliran, Peredam Energi
pembendungan akan mengakibatkan adanya aliran yang deras di bagian hilir. Jika dalam suatu aliran terjadi perubahan jenis aliran dari superkritis ke subkritis, maka akan terjadi loncatan hidrolis atau yang sering disebut hydraulic jump. Guna mereduksi energi yang terdapat di dalam aliran tersebut, maka diperlukan bangunan peredam energi yaitu kolam olakan (stilling basin). Akibat loncatan hidraulik ini sering menimbulkan pusaran (vortex) yang bisa menyebabkan gerusan pada dasar saluran, terutama bagian hilir yang tidak diberi perlindungan sehingga menyebabkan sebagian besar bangunan air yang melintang pada alur sungai seperti ambang dasar, bendung, check dam, groundsill dan lain sebagainya mengalami kerusakan disebabkan oleh gerusan setempat yang tepat terjadi pada hilir bangunan.
Gerusan yang terjadi pada hilir bangunan diakibatkan oleh aliran air yang melimpas diatas ambang bangunan, karena aliran mempunyai energi cukup besar sehingga mampu menggerus dasar sungai dan mampu mengangkut material ke hilir bangunan sehingga bangunan air tersebut tergerus. Dengan demikian kandungan energi dengan daya pengerusan yang sangat kuat yang timbul dalam aliran tersebut harus direduksi hingga mencapai yang normal kembali, sehingga aliran tersebut kembali ke dalam sungai tanpa membahayakan kestabilan alur sungai yang bersangkutan. (Nenny,2014)
Guna mereduksi energi yang terdapat di dalam aliran tersebut, maka di ujung hilir saluran peluncur biasanya dibuat suatu
sangat pendek, yang mengakibatkan pengerusan sangat besar dapat terjadi di kolam olak. (Pearson et.al, 1995)
Untuk mengurangi permasalahan yang diakibatkan oleh peredam energi yang kurang baik, kolam olak biasanya dilengkapi dengan baffle blocks sebagai bangunan pemecah energi dibangunan tersebut. Upaya untuk meminimalisasi penggerusan di hilir bendung dilakukan beberapa kali perubahan model dan modifikasi peredam energi.
Tujuan yang ingin dicapai adalah bagaimana sifat aliran di hilir kolam olakan pada setiap perubahan variasi model peredam energi.
METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah penelitian eksperimental dan kajian pustaka. Jenis pengujian yang dilakukan adalah pengujian bahan material dasar serta pengujian aliran untuk mengetahui jenis aliran dan debit, dengan menggunakan model peredam gerusan. Pelaksanaan pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Sungai dan Laboratorium Mekanika Tanah Universitas Muhammadiyah Makassar. Pengambilan sampel material pasir dari sungai Jeneberang Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan.
Model Saluran
Saluran yang digunakan adalah saluran tanah yang dihamparkan material pasir dengan penampang bentuk trapezium.
Bentuk geometris dari saluran adalah saluran lurus dengan dinding permanen, lebar dasar saluran 0,50 m, tinggi saluran 0,20 m dan panjang saluran percobaan 10 m.
Gambar 1. Model saluran profil memanjang
Gambar 2. Model profil saluran tampang samping.
Gambar 3. Kolam Olakan dengan buffle block
Gambar 4. Kolam Olakan dengan buffle block
Prosedur
Adapun langkah-langkah yang di lakukan dalam penelitian adalah sebagai berikut : 1. Studi Literatur
2. Mempersiapkan peralatan di laboratorium termasuk membuat model fisik saluran terbuka.
3. Melakukan pengaliran awal untuk mengetahui layak atau tidaknya saluran yang akan digunakan dalam pengaliran.
baffle blocks.
6. Melakukan pengukuran pada saat pengaliran yaitu pengukuran kecepatan aliran (V) dengan menggunakan Flow watch.
7. Mangukur kedalaman air pada setiap titik pengamatan loncatan hidrolik yang telah ditentukan pada saluran.
8. Mencatat data-data penelitian yang diperlukan dalam perhitungan.
Angka 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 :
Hasil perhitungan bilangan Froude untuk berbagi debit dan model tipe penempatan krib yang digunakan dalam penelitian, dapat dilihat pada grafik berikut :
Gambar 5. Pengaruh Jarak spillway terhadap Angka Froude (Fr) untuk variasi jarak penempatan Model Energy Absorbers (MEA)
Pada Gambar 5 menunjukkan kecepatan aliran pada titik pengamatan 1 dan 2 cenderung kecil sehingga aliran yang terjadi adalah aliran subkritis setelah itu kecepatan aliran bertambah besar sehingga kecepatan aliran menjadi aliran superkritis, dan pada titik pengamatan 22 dan 23 kolam olakan dengan menggunakan buffle block (MEA- 2,MEA-3, MEA-4) kecepatan aliran cenderung menurun (subkritis). Besar kecepatan aliran bukanlah faktor utama penentu besarnya angka Froude (Fr) karena apabila semakin besar kecepatan aliran dan
semakin rendah tinggi muka air maka angka Froude (Fr) semakin besar.
Angka Reynold (Re)
Perilaku aliran pada saluran terbuka pada dasarnya ditentukan oleh pengaruh kekentalan dan gravitasi. Pengaruh kekentalan (viscosity) aliran dapat bersifat laminer, turbulen dan peralihan yang tergantung pada pengaruh kekentalan aliran.
Pengaruh kekentalan relatif dapat dinyatakan dengan bilangan Reynold, yang didefenisikan sebagai berikut :
Gambar 6. Pengaruh Jarak spillway terhadap Reynold Number (Re) untuk variasi jarak penempatan Model Energy Absorbers (MEA)
Dari hasil pengamatan jika kecepatan aliran semakin besar dan panjang karakteristik aliran juga bertambah besar maka angka Reynold akan semakin besar, hasil analisis untuk variasi jarak penempatan buffle block untuk angka Reynold rata-rara 115579,62 (aliran turbulen).
Prilaku Energi Kolam Olakan Energi Potensial (Ep)
Energi potensial (pada air jatuh) adalah energi yang mempengaruhi benda
karena posisi (ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak lain terkait dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut.
Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada tinggi air diatas tanah dan besarnya debit air, energi potensial ada karena adanya gaya gravitasi bumi. Hasil perhitungan Energi Potensial (Ep) pada beberapa variasi debit dan variasi model peredam energi yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada gambar 7 :
Gambar 7. Pengaruh Jarak spillway terhadap Energi Potensial (Ep) untuk variasi jarak penempatan Model Energy Absorbers (MEA)
potensial rata-rata 1366,043 joule.
Energi Kinetik (Ek)
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh sebuah benda karena
dalam penelitian dapat dilihat pada tabel berikut :
Gambar 8. Pengaruh Jarak spillway terhadap Energi Kinetik (Ek) untuk variasi jarak penempatan Model Energy Absorbers (MEA)
Gambar 8. Pengaruh Jarak spillway terhadap Energi Kinetik (Ek) untuk variasi jarak penempatan Model Energy Absorbers (MEA)
Dari hasil pengamatan Energi Kinetik (Ek) pada model MEA-1, MEA- 2,MEA-3, MEA-4, bahwa semakin besar kecepatan aliran maka energi kinetik (Ek) akan semakin besar. Kecepatan aliran rata- rata 0.868 m/dtk. Energi kenetik rata-rata 424,139 joule.
Energi Spesifik (E)
Hasil perhitungan Energi Spesifik (E) pada beberapa variasi model peredam energi yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 9. Pengaruh Jarak spillway terhadap Energi Spesific (Es) untuk variasi
Dari hasil pengamatan Energi Spesific (Es)) pada model MEA-1, MEA-2,MEA-3, MEA-4, bahwa semakin besar kedalaman aliran (hj) dan kecepatan aliran (v), maka semakin besar pula energi spesifiknya.
Kedalaman aliran (hj) rata-rata 0.05 m Energi Spesific (Es) rata-rata 0.090 m
Karakteristik Loncatan Hidrolik Kolam Olakan
Panjang Loncatan (Lr)
Loncatan hidrolik ini terjadi apabila terjadi perubahan kedalaman yang mendadak terhadap kedalaman lanjutannya. Seperti pada gambar 10 pengaruh debit aliran pada spillway terhadap panjang loncatan (Lr)
Gambar 10. Hubungan variasi debit terhadap panjang loncatan (Lr)
Pada gambar 10, bahwa dengan adanya perubahan jarak penempatan model peredam energi sangat berpengaruh terhadap panjang loncatan hidrolik (Lr) yang terjadi pada kolam olak. Dimana pada model peredam energi 1 (MPE-1) panjang locatan sangat besar yaitu 0.206 m, sedangkan pada model peredam energi 2, 3 dan 4. (MPE-2, MPE-3 dan MPE-4) terjadi penurunan sangat draktis yaitu 0,018 m. Semakin besar
debitnya maka semakin panjang pula loncatan yang terjadi.
1. Tinggi Loncatan (hj)
Hasil perhitungan tinggi loncatan (hj) pada beberapa variasi debit dan variasi model peredam energi yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada gambar 11
Gambar 11. Grafik hubungan variasi debit terhadap tinggi loncatan (hj)
(MPE-1) tinggi locatan sangat besar yaitu 0.109 m, sedangkan pada model peredam energi 2, 3 dan 4. (MPE-2, MPE-3 dan MPE-4) terjadi penurunan sangat deraktis yaitu 0,009 m. Semakin besar debitnya maka semakin tinggi pula loncatan yang terjadi.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengamatan dari beberapa variasi model peredam energi (MPE) sangat berpengaruh terhadap loncatan hidrolik, dimana model peredam energi yang tidak dilengkapi baffle block (MPE-1) loncatan yang terjadi sangat besar yaitu dengan tinggi 0,109 m sedangkan model peredam energi (MPE) yang dilengkapi baffle block yaitu 0,021 m. Hal ini menunjukkan bahwa dengan adanya baffle block pada kolam olak sangat mempengaruhi besarnya loncatan. Sifat aliran yang terjadi pada setiap perubahan model peredam energi (MPE) adalah aliran superkritis menjadi subkritis. Dan hasil pengamatan karakteristik aliran yang terjadi adalah aliran turbulen (aliran tidak seragam).
Referensi
Chow, V.T. (1992). Hidrolika Saluran Terbuka, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Jaji, Abdurrosyid . 2005, Gerusan di Hilir Kolam Olak Bendung, Jurnal Dinamika Teknik (Abdurrosyid, 2005) Sipil, Volume 5, Nomor 2, Hal 73-79, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Kim, Y. and Kim, W. J. . Roles of Water Hyacinth and their Roots for Reducing Algal Concentration in the Effluent from Waste Stabilization Ponds”, Water Research, vol. 34, no.13, pp. 3285-3294.
Ponds”,Water Science & Technology, vol.
35, no.8, pp.275-284.
Nenny, Hamzah Al Imran, 2014. Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Gerusan Lokal Disekitar Pilar Heksagonal (Uji Model Laboratorium). Jurnal Hidro Vol. 7 No. 14 Tahun 2014
Pearson et.al, 1995; Pedahzur et.al, 1993; Vega e t.al, 2001; Xianghua and Desain Bangunan Penangkap Sedimen dengan Teknologi Baff le (Sekat).
Pembra Juned Adipura, 2013, Pengaruh Variasi Kemiringan Tubuh Bendung dan Penempatan Baffle Blocks Pada Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket Terhadap Loncatan Hidrolis dan Peredam Energi, Jurnal Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Peterka, A.J. (1974). Hidrolics Design Of Stilling Basin And Energy Dissipaters.
United States Departement Of Interior, Bureau Of Reclamation. Denfer, Colorado.
Triatmodjo, Bambang. 2008. Hidrolika II. Beta Offset. Yogyakarta.
USBR. (1984). Design Of Small Dams. USBR, Oxford and IBH Publishing CO, New Delhi. Bombay-Calcuta.
