PENDAHULUAN
Latar Belakang
Untuk mengarahkan air ke berbagai tempat untuk irigasi, drainase, air bersih, dll. saluran sering dibuat menggunakan saluran terbuka. Oleh karena itu perlu dilakukan pembendungan pada dasar sungai, yaitu suatu saluran yang berfungsi untuk mengetahui tinggi muka air di sepanjang dasar sungai (Edy Harseno, 2007). Salah satu fasilitas pelengkap yang dimiliki oleh cekungan terbuka adalah fasilitas aliran, yang fungsinya untuk melindungi cekungan dari bahaya luapan (overflow) serta mengatur aliran dan tinggi muka air yang melalui saluran air tersebut.
Jenis tumpahan akan mempengaruhi ketinggian air di lokasi tumpahan dan keakuratan pengukuran debit dan laju aliran. Oleh karena itu, perlu diteliti lebih lanjut pengaruh bangunan pelimpah khususnya pelimpah tipe ogee berdimensi 1:1 terhadap perubahan debit dan laju aliran pada saluran terbuka.
Rumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Batasan Masalah
Manfaat Penelitian
Sistematika Penulisan
TINJAUAN PUSTAKA
Saluran Terbuka
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana pengaruh pelimpah tipe ogee 1:1 terhadap karakteristik aliran saluran terbuka. Hasil penelitian menunjukkan bahwa energi spesifik bergantung pada tinggi muka air, dimana semakin tinggi tinggi muka air maka semakin rendah energi spesifik yang terjadi. V = Kecepatan aliran A = Penampang melintang b = Lebar dasar saluran w = Tinggi pemeliharaan saluran P = Keliling basah saluran R = Jari-jari hidrolik L = Panjang karakteristik E = Energi spesifik Fr = Bilangan Froude H = Tinggi energi h = Air ketinggian tingkat g = Kecepatan gravitasi Cd = koefisien pelepasan Q = pembuangan.
Pada aliran kritis, laju aliran hanya bergantung pada ketinggian permukaan air di atas saluran pelimpah. Permasalahan aliran melalui saluran pelimpah ogee berdimensi 1:1 dimana debit akan terbagi menjadi tiga jenis debit yang berbeda.
Konsep Dasar Aliran pada Saluran Terbuka
Biasanya pada saluran terbuka fluidanya adalah udara dan air yang mana massa jenis udara jauh lebih kecil dibandingkan massa jenis air. Pergerakan air pada saluran terbuka didasarkan pada pengaruh gravitasi bumi dan distribusi tekanan dalam air umumnya bersifat hidrostatis (French, 1987). Karena berat jenis aliran dapat diasumsikan konstan, tekanan hanya bergantung pada kedalaman; semakin dalam Anda pergi, semakin besar tekanannya.
Sifat-sifat aliran saluran terbuka pada dasarnya ditentukan oleh pengaruh viskositas dan pengaruh gravitasi dibandingkan dengan gaya fluida (gaya inersia) aliran tersebut. Saluran terbuka tidak seperti pipa, dimana aliran pada tekanan arus hanya terjadi pada saluran terbuka karena kemiringan saluran dan permukaan air (Lucio Canonica, 2013).
Karakteristik Aliran pada Saluran Terbuka
Aliran turbulen adalah aliran yang ditandai dengan pergerakan partikel-partikel fluida yang bergerak sepanjang suatu lintasan berbentuk kurva-kurva yang tidak beraturan dan saling mendorong. Aliran transisi merupakan peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen, aliran transisi biasanya paling sulit diamati. Jika kecepatan aliran lebih kecil dari kecepatan kritis maka aliran disebut subkritis, dan jika kecepatan aliran lebih besar dari kecepatan kritis maka aliran disebut superkritis.
Parameter tak berdimensi yang membedakan jenis aliran adalah bilangan Froude (FR), perbandingan antara gaya inersia dan gravitasi: 2) Pada aliran terbuka biasanya digunakan kedalaman hidrolik D, sehingga F dapat ditulis sebagai.
Penampang Saluran
Parameter Hidrolis Kecepatan dan Debit
Dengan adanya permukaan bebas dan gesekan sepanjang dinding saluran, maka kecepatan aliran dalam saluran tidak merata pada diameter saluran. Debit saluran ukur dikatakan tidak langsung apabila kecepatan alirannya tidak diukur secara langsung melainkan dihitung berdasarkan rumus hidrolik debit dengan menggunakan rumus Manning, Chezy dan Darcy Weisbach. Pada sungai-sungai besar, penggunaan alat ukur yang diterapkan di laboratorium menjadi tidak praktis dan pengukuran debit dilakukan dengan alat pengukur kecepatan aliran yang disebut current meter.
Sedangkan persamaan Manning-Gaukler-Strickler (MGS) paling sering digunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada saluran terbuka. Laju aliran (Q) adalah laju aliran air yang berupa volume air yang melewati suatu penampang saluran per satuan waktu.
Pelimpah
Hasil perhitungan kecepatan aliran pada daerah hulu dapat dilihat pada tabel berikut dengan debit 0,0015 m3/detik, 0,0020 m3/detik, dan. Pada Gambar 14 di atas, hubungan antara kecepatan dan tinggi muka air pada daerah setelah bangunan dengan debit aliran (Q1, Q2 dan Q3) menunjukkan bahwa semakin tinggi tinggi muka air maka semakin lambat kecepatan alirannya. Pada Gambar 15 diatas, hubungan antara kecepatan dengan bilangan Froude pada daerah hulu dan debit aliran (Q1, Q2 dan Q3) menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan aliran maka bilangan Froude juga semakin besar.
Pada Gambar 16 di atas, hubungan antara kecepatan dan bilangan Froude pada daerah setelah lewatnya bangunan dengan debit aliran (Q1, Q2 dan Q3) menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan aliran maka semakin tinggi pula bilangan Froude. Kehilangan energi spesifik pada zona atas dan bawah dengan debit 0,0015 m3/detik pada gardu pandang dengan jarak 0,705 m di depan saluran pelimpah dan jarak 2,00 m di zona bawah adalah sebagai berikut. Dari hasil perhitungan pada Tabel 15 diperoleh nilai kecepatan yang diperoleh pada daerah hulu dengan menggunakan pelampung yang perbandingannya dapat dilihat pada Gambar 13.
Dari hasil perhitungan pada tabel 18, 19 dan 20 diperoleh nilai kecepatan pada luas terhadap bangunan dengan menggunakan rumus, dimana persamaannya dapat dilihat pada gambar 14. Dari hasil perhitungan pada tabel 21 diperoleh nilai kecepatan pada daerah hilir dengan bantuan alat current meter, dimana perbandingannya dapat dilihat pada grafik pada gambar 15, 16 dan 17. Dari hasil perhitungan energi spesifik pada daerah hulu dapat dilihat pada tabel 28 dan perbandingannya dapat dilihat pada gambar 23, dimana semakin besar kecepatan maka semakin besar pula energi spesifiknya.
Pada area belakang gedung dapat dilihat pada Tabel 30, 31 dan 32, dan perbandingannya dapat dilihat pada Gambar 24, dimana semakin tinggi kecepatan maka semakin besar pula energi yang muncul. Pada daerah hilir dapat dilihat pada Tabel 33, dan perbandingannya dapat dilihat pada Gambar 25, 26 dan 27, dimana semakin tinggi kecepatan maka semakin rendah energi yang muncul. Dari hasil perhitungan kehilangan energi terlihat bahwa semakin tinggi aliran maka semakin rendah kehilangan energi pada daerah hulu dan hilir.
Persamaan Debit Bentuk Mercu Oge (Lengkung)
Energi Spesifik (Spesific Energy)
- Skala Model
Prinsip energi yang diturunkan untuk aliran melalui pipa juga dapat digunakan untuk aliran melalui saluran terbuka. Energi kinetik pada suatu penampang saluran terbuka dinyatakan dalam bentuk V2/2g, dimana V adalah kecepatan aliran rata-rata pada penampang tersebut. 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 acuan).
Jika aliran dalam saluran terbuka mempunyai kemiringan lurus, maka tekanan di titik A yang terendam air sama dengan jarak vertikal dari permukaan air ke titik tersebut. Energi spesifik aliran pada setiap penampang tertentu dihitung sebagai energi total pada penampang tersebut dengan menggunakan dasar saluran sebagai acuan (Rangga Raju, 1981). Menurut Bambang Triatmojo: 2011, model skala dalam bidang hidrodinamika atau lebih dikenal dengan “model hidrolik”. adalah eksperimen mekanika fluida yang bertujuan untuk memecahkan masalah hidrolik dalam teknik praktis.
Skala model harus disimulasikan secara akurat, model harus secara akurat mereproduksi fenomena alam yang dipelajari. Skala model harus peka, kepekaan skala model harus disesuaikan dengan kebutuhan yang diinginkan dalam mereproduksi proses alam yang diamati. Menurut majalah Suprijanto (2013), secara umum pengertian model adalah ciptaan tiruan atau peniruan suatu fenomena atau peristiwa alam.
Pada model fisik, replika atau peniruan dilakukan dengan meniru domain atau ruang atau area tempat terjadinya fenomena atau peristiwa alam. Pada model analogi, replika atau peniruan dilakukan dengan cara menganalogikan fenomena/peristiwa/alam dengan fenomena atau peristiwa alam lain kemudian dibuat model fisiknya. Kesesuaian model terhadap fenomena atau peristiwa alam tergantung pada keakuratan persamaan matematika simulasi dalam menggambarkan fenomena atau peristiwa alam yang disimulasikan.
METODOLOGI PENELITIAN
- Tempat dan Waktu Penelitian
- Jenis Penelitian Sumber Data
- Desain Penelitian
- Variabel Penelitian
- Prosedur Penelitian
- Flow Chart Penelitian
Hasil pengukuran tinggi muka air di daerah hulu disajikan pada Tabel 4, pengukuran tinggi muka air di atas bangunan dirangkum pada Tabel 5, pengukuran tinggi muka air pada saat melewati bangunan dirangkum pada Tabel 6, 7, 8, dan Hasil pengukuran tinggi muka air di daerah hilir terangkum pada tabel 9. Gambar 13 diatas menunjukkan bahwa semakin tinggi muka air maka kecepatannya semakin besar, dengan kecepatan terbesar terdapat pada debit (Q3) dengan jarak dari sudut pandang dapat dilihat pada tabel 16 di atas. Kehilangan energi spesifik pada daerah hulu dan hilir pada debit 0,002 m3/detik pada titik pandang pada jarak 0,70 m sebelum pelimpah dan jarak 2,00 m pada daerah hilir adalah sebagai berikut.
Kehilangan energi spesifik pada daerah hulu dan hilir pada debit 0,0025 m3/detik pada titik pandang pada jarak 0,695 m sebelum pelimpah dan jarak 2,00 m pada daerah hilir adalah sebagai berikut. Tabel 22 menunjukkan bahwa pada wilayah hulu diperoleh nilai bilangan Froude < 1 yang berarti wilayah hulu mengalami aliran subkritis. Pada wilayah hilir diperoleh angka Froude < 1 sebagaimana tercantum pada Tabel 27 yang berarti wilayah hilir mengalami aliran subkritis.
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa Koefisien Debit (Cd)
Ketinggian Air
Gambar 12 diatas menunjukkan hubungan antara tinggi muka air dengan debit (Q1, Q2, Q3) berbanding lurus, dimana semakin tinggi debit maka tinggi muka air juga semakin besar.
Luas Penampang
Kecepatan Aliran
Bilangan Froude
Pada gambar diatas terlihat bahwa energi spesifik akan bergantung pada besarnya kecepatan yang terjadi. Pada Gambar 18 diatas terlihat bahwa energi spesifik akan bergantung pada besarnya kecepatan yang terjadi.
Kehilangan Energi
Pembahasan
Pada tabel 23 terlihat bahwa pada area di atas bangunan pelimpah diperoleh nilai Froude = 1 yang berarti terdapat aliran kritis di atas bangunan pelimpah dan pada tabel 24, 25 dan 26 terlihat pada area tersebut. setelah bangunan pelimpah dengan debit 0,0015 m3/detik pada jarak 0,852 m hingga 0,96 m mengalami aliran superkritis dan aliran berubah menjadi subkritis pada jarak selanjutnya 0,98 m, sedangkan untuk ' Debit 0,002 m3/detik aliran superkritis terjadi pada jarak 0,90 m hingga 1,00 m dan berubah menjadi aliran subkritis pada jarak 1,02 m ke atas, sedangkan untuk debit 0,0025 m3/detik aliran superkritis terjadi pada jarak 0,92 m hingga jarak 1,01 m dan perubahan aliran subkritis pada jarak 1,03 m dan seterusnya. Dari perbandingan tersebut terlihat bahwa semakin besar debit yang digunakan maka semakin besar pula jarak perubahan aliran dari aliran superkritis ke aliran subkritis. Kemudian pada bangunan pelimpah, semakin tinggi permukaan air maka semakin rendah kehilangan energinya.
Aliran air dapat mengalami perubahan ketinggian akibat adanya struktur pelimpah dan hal ini mempengaruhi karakteristik aliran. Energi spesifiknya bergantung pada tinggi muka air, dimana semakin tinggi tinggi muka air maka semakin rendah energi spesifiknya. Selain itu dapat disimpulkan bahwa semakin rendah energi spesifik maka laju aliran semakin tinggi.
Disadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, sehingga penelitian ini masih perlu dilakukan penelitian dengan beberapa kondisi sebagai berikut. Pengukuran laju aliran dan ketinggian air perlu dilakukan lebih cermat untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Untuk perbaikan dan pengembangan disarankan untuk penelitian selanjutnya menggunakan kolam yang masih dan menggunakan saluran yang lebih lebar dibandingkan dengan saluran pada penelitian kami.
PENUTUP
Kesimpulan
Saran
