BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Bangunan pelimpah (spillway) merupakan bangunan hidrolik yang dibangun untuk menyalurkan aliran banjir lewat bendungan dengan tanpa membahayakan keamanan bendungan sekaligus berfungsi untuk membuang kelebihan air kearah hilir. Pelimpah tipe ogee salah satu struktur hidrolik yang banyak diterapkan. Pelimpah tipe ogee digunakan untuk mengontrol debit dan kedalaman tampungan pada bendungan (Badanapuri, 2018). Pelimpah tipe lain yang juga biasanya ditemui adalah pelimpah ogee yang kontrolnya diatur melalui pintu. Pelimpah tipe ini biasanya dibangun pada bendungan urugan untuk mengalirkan debit banjir dari waduk untuk mencegah terjadinya overtopping pada tubuh bendungan (Ahmed & Aziz, 2018). Pelimpah harus memiliki desain yang ekonomis dan fungsional, oleh karena itu, parameter hidrolik seperti debit, kedalaman aliran dan kecepatan harus diketahui secara akurat. Meskipun banyak informasi tentang pemahaman pelimpah ogee, namun setiap turunan dari parameter standar seperti kedalaman aliran dan bentuk puncak dapat mengubah parameter aliran.
Dalam proses perancangan struktur hidrolik, karena ada banyak variabel, karena kondisi yang direncanakan tidak teridentifikasi dengan cara pendekatan secara matematis. Studi model fisik memungkinkan untuk menghindari ketidakakuratan dan menemukan solusi yang paling tepat sebelumnya. Sebuah studi model fisik diselidiki di laboratorium untuk menentukan masalah yang mungkin timbul di lapangan (Alam, 2018). Namun, biaya yang diperlukan untuk model fisik mungkin sangat mahal jika dibandingkan dengan model numerik karena membutuhkan tenaga kerja profesional, waktu, dan laboratorium yang luas. Efek skala adalah kelemahan lain dari model fisik karena mungkin ada perbedaan antara hasil model dan prototipe terutama dalam aliran turbulen (Yildiz, et al., 2020).
Dengan keterbatasan tersebut membuat para peneliti mencoba menggunakan simulasi numerik dalam melalukan studi aliran yang melewati struktur hidrolik (Dehdar-Behbahani & Parsaie, 2016). Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah salah satu jenis teknik pemodelan numerik yang dikembangkan untuk
menemukan solusi untuk masalah- masalah yang meliputi aliran fluida (Hirt dan Nichols, 1981)
Penelitian ini dilakukan untuk mensimulasikan pola aliran yang melewati pelimpah Bendungan Leuwikeris menggunakan simulasi numerik 3 Dimensi. Gaya tekanan air yang bekerja di dinding saluran peluncur dan efektifitas peredam dalam meredam aliran, Sebab dalam penelitian sebelumnya kolam olak belum mampu meredam aliran pada debit rencana Q100 tahun sehingga perlu dilakukan modifikasi desain yang ada (Gerald Guntur P. Siregar,dkk ). Hasil dari simulasi numerik ini kemudian akan dibandingkan dengan hasil model tes model fisik yang sebelumnya sudah dilakukan. Perbandingan ini bertujuan untuk mengoptimalkan hasil simulasi numerik apabila dikemudian hari diperlukan suatu perubahan desain dan sebagai acuan pembangunan apabila ada yang mengunakan model bendungan yang sama. Apabila hasil dari simulasi numerik mendekati hasil dari model tes, tentunya ini akan sangat menunjang pelaksanaan pekerjaan konstruksi Bendungan Leuwikeris.
Untuk menunjang pelaksanaan pekerjaan konstruksi Bendungan Leuwikeris, maka dilakukan beberapa tinjauan terhadap perencanaan yang telah dilakukan. Tinjauan tersebut antara lain tinjauan terhadap gaya tekanan air yang bekerja di dinding saluran dan efektifitas peredam dalam meredam aliran. Tinjauan yang dilakukan menggunakan pemodelan numerik 3 dimensi dengan memperhatikan skenario yang telah ditetapkan. Dari hasil pemodelan terhadap desain yang ada akan diperoleh gambaran dan rencana penyempurnaan desain tersebut. Kriteria perencanaan dari konstruksi pelimpah dan kolam olak bendungan Leuwikeris yang diperoleh dari Laporan Final Uji Model Fisik Bendungan Leuwikeris tahun 2018 adalah sebagai berikut:
a. Kriteria debit, QPMF : 4767 m3/s
b. Tipe : Pelimpah samping tipe Ogee (tanpa pintu) c. Debit QPMF dikurangi Qpintu : 3225,39 m3/s
d. Elevasi mercu pelimpah : +150,00 m e. Elevasi muka air banjir : +156,48 m
f. Elevasi apron : +148,00 m
Bangunan pemecah energi didesain dengan debit Q100 dengan lebar 35,00 m, elevasi dasar olakan + 74,00 m dan panjang mencapai 40,00 m dibangun untuk meredam energi akibat aliran dari saluran peluncur. Hasil perencanaan bangunan pemecah energi adalah sebagai berikut:
a. Kriteria debit, Q100 : 600,30 m3/s
b. Tipe : USBR Tipe II
c. Lebar kolam olak : 35,00 m d. Panjang kolam olak : 46,32 m e. Elevasi dasar kolam olak : +71,57 m
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana efektifitas model kolam olak dalam meredam aliran?
2. Bagaimana hasil simulasi dengan debit QPMF, Q1000 dan Q100? 3. Apakah elevasi muka air overtopping?
4. Bagaiamana Gaya tekanan air yang bekerja di dinding saluran peluncur?
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui perbedaan yang di hasilkan antara uji fisik dan numerik 2. Mengetahui hasil dengan debit QPMF, Q1000 dan Q100
3. Mengetahui apakah elevasi muka air terjadi overtopping 4. Mengetahui gaya yang bekerja pada dinding saluran 1.4 Batasan Masalah
1. Model yang digunakan adalah pada Uji Model Fisik Bendungan Leuwikeris
2. Variasi debit yang digunakan debit QPMF, Q1000 dan Q100 3. Pemodelan numerik menggunakan Aplikasi DualSPHysics 4. Pemeodelan dilakukan pada model pelimpah (Spillway)
1.5 Originalitas
no Pengarang Judul tahun Metode Hasil penelitian
Dalam penelitian ini, pengaturan eksperimental digunakan untuk mendapatkan nilai debit dan total head di atas spillway ogee. Total head dan nilai debit yang sesuai diukur untuk 16 ketinggian air yang berbeda di saluran pendekatan spillway ogee.
Debit nondimensional dan kurva kedalaman aliran digunakan untuk membandingkan hasilnya Hasil penelitian menunjukkan bahwa ada kecocokan yang cukup baik antara model fisik, numerik dan ANFIS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode numerik dan model ANFIS adalah alat yang berguna untuk merancang dan menganalisis aliran di atas spillway ogee
model numerik OpenFOAM memiliki performa baik.
Rentang nilai RMSE profil muka air antara 0,006–0,013, kecepatan aliran antara 0,086– 0,217, dan peredaman energi antara 0,036–0,103
Ukuran mesh merupakan parameter paling berpengaruh terhadap hasil model. Aliran pada pelimpah bertangga hasil model numerik dengan rasio debit dc/h=1,50 – dc/h=0,90 menghasilkan peredaman energi antara 51%
– 68%
Pemodelan Turbulensi menggunakan CFD
Pemodelan Permukaan Gratis menggunakan FLOW3D
Persamaan Aliran ersamaan Navier–Stokes
elevasi air di hulu pelimpah pada aliran debit QPMF, Q1000, dan Q100 telah sesuai dengan hasil pemodelan fisik yang telah dilakukan
Elevasi muka air pada tembok yang berhadapan dengan pelimpah dan pintu air perlu melebihi elevasi tembok desain yang ada untuk QPMF
5 Fajar Aldoko Kurniawan,dkk
Evalusai Aliran Getar Dan Kavirtasi Pelimpah Bendungan Dolok
2022
Pemodelan fisik Bendungan Dolok, Aliran debit Q2, Q25, Q100, dan Q1000
Berdasarkan hasil analisis diketahui bahwa aliran pada saluran peluncur pelimpah Bendungan Dolok tidak terjadi aliran getar sedangkan berdasarkan hasil perhitungan kavitasi masih terjadi di saluran peluncur
6 Ainun mumtaz m.g
Perbandingan model numerik dan fisik dalam struktur luapan aliran bebas dan terkendali (studi kasus:
Bendungan Leuwikeris) 2023
Pemodelan menggunakan freeCAD , DualSPHysics, debit QPMF, Q1000 dan Q100
1. Mengetahui perbedaan yang di hasilkan antara uji fisik dan numerik 2.Mengetahui hasil dengan debit QPMF, Q1000 dan Q100 3.Mengetahui apakah elevasi muka air terjadi overtopping 4.Mengetahui apakah dapat meredam aliran yang sudah di tentukan
Gerald Guntur P.
Siregar,dkk 4
Model numerik menggunakan Open Foam Ali Yildiz,dkk
1
Afkarina Izzati,dkk
2020
2021
2020 Analysis of the Flow in a Typified USBR II Stilling Basin through a Numerical and PhysicalModeling
Approach Huber Boris,dkk
3 2
Flow-3D, Model Meggunakan ANFIS, Desain Plimpah Ogee
hasil dari analisis mengungkapkan tidak hanya kesamaan dengan aliran dalam lompatan hidrolik klasik tetapi juga pengaruh perangkat disipasi energi yang ada di stilling basin, semua sesuai dengan informasi bibliografi, meskipun ada sedikit perbedaan. Selanjutnya, distribusi fraksi void dianalisis, menunjukkan kinerja yang memuaskan dari model fisik, meskipun pendekatan numerik menyajikan beberapa keterbatasan untuk secara memadai mewakili mekanisme aerasi aliran, yang dibahas di sini. Secara keseluruhan, pendekatan pemodelan yang disajikan dapat dianggap sebagai alat yang berguna untuk mengatasi analisis aliran permukaan bebas yang terjadi di stilling basins.
menggunakan Open Foam software, aliran debit QPMF, Q1000, dan Q100 Komparasi model numerik
dan fisik pada bangunan pelimpah aliran bebas dan
terkontrol (Studi kasus:
Bendungan Leuwikeris) Permodelan Numerik Aliran
pada Pelimpah Bertangga Menggunakan Program
Open FOAM Numerical and ANFIS modeling of flow over an
ogee‑crested spillway
2022
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bagan Alir Penelitian
Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian Mulai
Studi literatur Pengumpulan Data
Data Pelimpah
1. Lebar Pelimah (B) 2. Panjang Puncak 3. Radius Upstream (R1) 4. Radius Downstream (R2) 5. Kemiringan
Setting Model
Hasil Model Numerik 1. Tinggi Muka Air (d) 2. Kecepatan Aliran (V)
Validasi
Kesimpulan dan Saran Analisa dan Pembahasan
Selesai Data Aliran
Debit (Q)
Parameter Hidraulik
Hasil Eksperimen - Tinggi Muka Air (d) - Kecepatan aliran (V)
Runing Model
3.2 Input Data
Data yang digunakan untuk penelitian ini yaitu data eksperimen sebelumnya, antara lain data Pelimpah, debit (Q), dan parameter hidraulik hasil eksperimen meliputi tinggi muka air (d), dan kecepatan (v).
3.3 Setting Model
Beberapa tahapan dalam setting model yaitu membuat geometri pelimpah, mengatur physical parameter, membuat mesh, mengatur kondisi awal model dan boundary condition.
3.4 Pemodelan
Dalam penelitian ini pemodelan secara numerik yang dilakukan menggunakan aplikasi 3D yaitu FreeCAD yang sudah terintegerasi dengan DualSPHysics.
3.5 Running Model
Penelitian ini akan dilakukan dengan tiga variasi debit. Simulasi dilakukan hingga aliran mendapatkan nilai yang sesui.
3.6 Validasi
Hasil simulasi dalam penelitian ini yaitu tinggi muka air (d) dan kecepatan aliran (v) dari berbagai debit. Dalam penelitian ini, proses validasi menggunakan hasil eksperimen penelitian pelimpah Ogee. Model dikatakan akurat apabila nilai mendekati atau sama dari hasildari uji fisik artinya hasil model numerik mendekati model eksperimen.
