Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi bukaan pintu geser terhadap jenis aliran dan juga hubungan debit aliran dengan panjang puting beliung dengan menggunakan ambang batas. Penelitian ini dilakukan dengan terlebih dahulu mengkalibrasi pintu geser, kemudian mengalirkan air serta mengukur tinggi air dan panjang lompatan di setiap titik pengamatan dengan menggunakan tiga variasi bukaan pintu dan tiga variasi debit. Binilang (2004) melakukan penelitian berjudul hubungan perilaku parameter hidrolik loncatan air melalui pintu geser pada saluran terbuka.
Hasil penelitian ini juga diharapkan dapat menjadi tambahan informasi bagi peneliti selanjutnya yang melakukan penelitian mengenai panjang lompatan air dan debit aliran pada pintu geser menggunakan jeram.
Aliran tunak (steady flow)
Ada dua jenis aliran tetap pada saluran terbuka, yaitu aliran seragam dan aliran variabel. Aliran seragam bisa stabil atau tidak stabil tergantung pada apakah kedalamannya berubah seiring waktu. Arus perubahan dapat dibedakan lagi menjadi arus yang berubah secara tiba-tiba (Rapidly Varied) dan arus yang berubah secara berangsur-angsur (Gradually Varied).
Arus dikatakan berubah secara tiba-tiba jika kedalamannya berubah secara tiba-tiba dalam jarak yang cukup pendek, sebaliknya arus harus berubah secara bertahap.
Aliran taktunak (Unsteady Flow)
Permasalahan aliran tidak tunak yang sering terjadi pada saluran terbuka adalah permasalahan yang berkaitan dengan gelombang translasi. Perubahan arus tidak stabil dibedakan menjadi dua macam, yaitu arus tidak stabil yang berubah secara bertahap dan arus tidak stabil yang berubah secara tiba-tiba. Pada arus tidak stabil, perubahannya bertahap menggambarkan profil gelombang berukuran sedang, perubahan kedalaman terjadi secara perlahan.
Contoh perubahan aliran tiba-tiba yang tidak seragam adalah peningkatan tekanan secara tiba-tiba dalam berbagai bentuk yang disebabkan oleh pengoperasian struktur kendali yang benar.
Loncatan Hidrolik (Hydraulic Jump)
Sifat Dasar Loncatan Hidrolik
Hilangnya energi dalam suatu lompatan sama dengan selisih energi spesifik sebelum dan sesudah lompatan. Perbedaan kedalaman sebelum dan sesudah lompatan disebut tinggi lompatan, sehingga setiap besaran dinyatakan sebagai perbandingan energi spesifik permukaan.
Panjang Loncatan Air
Peneliti Biro Rekonstruksi Amerika Serikat (USBR) mengusulkan bahwa panjang lompatan hidrolik air dalam saluran berbentuk persegi panjang adalah sebagai berikut. An = Konstanta yang nilainya bervariasi antara (5 – 6,9) y1 = Kedalaman air sebelum terjadi loncatan y2 = Kedalaman air setelah terjadi loncatan.
Lokasi Loncatan
Lompatan air hidrolik terjadi pada aliran superkritis, ketika terjadi perubahan kedalaman secara tiba-tiba relatif terhadap kedalaman lainnya. Persyaratan teoritis ini biasanya digunakan untuk menentukan lokasi loncatan air hidrolik, namun untuk pendekatan yang lebih lengkap dalam menentukan lokasi loncatan sebaiknya digunakan panjang loncatan. Salah satu letak loncatan hidrolik dibawah pintu geser tegak lurus saluran persegi dengan lapisan halus dapat dilihat pada Gambar 2.
Apabila lompatan hidraulik air berlaku di bawah pintu gelongsor menegak, air yang keluar dari pintu gerbang membentuk semburan.
Pintu Sorong
Panjang vena kontrakta ke bukaan pintu air biasanya lebih pendek dibandingkan dengan jaraknya, biasanya digunakan aturan yang menyatakan bahwa vena kontrakta sama dengan jarak h dari bukaan pintu air. Kondisi aliran yang melalui pintu pengunci akan jernih, baik dalam kondisi aliran bebas maupun terendam, tergantung pada kedalaman air di bagian hilir pintu gerbang yang selanjutnya ditentukan oleh kondisi aliran di bagian hilir pintu gerbang. Kondisi aliran bebas dicapai bila aliran hulu pintu bersifat subkritis, sedangkan aliran hilir pintu bersifat superkritis.
Debit Aliran
Pendekatan nilai debit dapat dilakukan dengan mengukur kenampakan aliran dan mengukur kecepatan aliran. Pengukuran luas tampak aliran dilakukan dengan mengukur tinggi muka air dan lebar dasar saluran saluran. Untuk memperoleh hasil yang akurat, pengukuran ketinggian air dapat dilakukan di berbagai titik sepanjang permukaan sungai.
Metode ini dilakukan dengan mengukur kecepatan yang diperoleh pada kedalaman 0,2 jam dan 0,8 jam diukur dari permukaan air.
Ambang Lebar
Matriks Penelitian Terdahulu Tabel 1. Matriks Penelitian Terdahulu
Semakin tinggi bukaan pintu air maka kedalaman, debit dan energi spesifik yang dihasilkan pada bagian hulu semakin berkurang, sedangkan pada bagian hilir baik sebelum maupun sesudah loncatan semakin meningkat. Bukaan pintu geser yang bervariasi akan mengakibatkan ketinggian permukaan air yang bervariasi baik di bagian hulu maupun hilir. Tujuan pengoperasian bukaan pintu geser pada saluran irigasi adalah untuk mengukur distribusi air secara tepat ke saluran yang dioperasikan.
Pintu geser juga berfungsi untuk mengatur aliran dan ketinggian air sesuai kebutuhan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa evaluasi debit di bawah pintu air adalah untuk aliran bebas dan terendam serta untuk peralihan antara kedua aliran tersebut. Variabel bebas : -Model hidrolik -Dimensi pintu geser -Tinggi bukaan pintu Variabel terikat : -Laju aliran -Kecepatan aliran -Tekanan.
Pengujian hasil numerik dibandingkan dengan persamaan momentum analitik menunjukkan bahwa keduanya sama dan konsisten. Berdasarkan solusi numerik yang konsisten ini, empat model hidraulik Malcherek telah diverifikasi, yaitu kecepatan aliran keluar, kecepatan aliran, tekanan sub-pintu air, dan tekanan tanah, dan semua model ini berguna untuk prediksi hidraulik pada tingkat analitis. Tekanan pada tanah di bawah kunci adalah sekitar setengah tekanan antara tekanan hidrostatik hulu dan hilir, namun sulit untuk ditentukan.
Penelitian ini dilakukan dengan eksperimen laboratorium di Laboratorium Hidraulik Bendungan dan Sumber Daya Air, Departemen Teknik, Universitas Mosul, Irak. Variabel bebas : - Dimensi pipa - Tinggi bukaan pintu Variabel terikat : - Kecepatan aliran - Kecepatan aliran - Panjang loncatan air.
Lokasi dan Waktu Penelitian
Jenis Penelitian dan Sumber Data 1. Jenis Penelitian
Sumber Data
Rancangan Model Penelitian
Alat dan Bahan Penelitian
Alat ini bekerja dengan cara menciptakan aliran kritis yang dapat dilihat dengan adanya loncatan hidrolik pada bagian neck. Alat ini memungkinkan dua kondisi aliran yaitu kondisi aliran bebas dan kondisi aliran terendam. Aliran yang mengalir dikatakan aliran bebas apabila laju aliran yang melalui leher saluran tidak dipengaruhi oleh aliran di bagian hilir saluran.
Apabila paras air di hilir lebih tinggi daripada paras air di hulu, maka tiada lompatan hidraulik berlaku, jadi keadaan aliran ini adalah aliran tenggelam. Saluran ini berfungsi sebagai ruang untuk air mengalir dan juga digunakan sebagai alat untuk memodelkan pelbagai jenis aliran. Pintu gelongsor adalah tiruan daripada pintu air yang sering digunakan dalam saluran pengairan, model pintu air ini diperbuat daripada keluli tahan karat.
Memiliki dimensi 35 cm x 10 cm dengan ketebalan 0,75 cm dan disesuaikan dengan model saluran yang ada. Pintu geser ini mengatur aliran dan ketinggian air sesuai kebutuhan yang diinginkan. Kusen lebar adalah jenis struktur air yang digunakan untuk menaikkan permukaan air dan mengontrol laju aliran air.
Memiliki dimensi 7,5 cm x 5 cm dengan ketebalan 2 cm dan disesuaikan dengan model saluran yang ada. Pemilihan air yang digunakan harus bersih tanpa sedimen untuk menghindari karat dan sedimentasi pada rangkaian saluran dan tangki.
Skema Multi Purpose Teaching Flume
Variabel Penelitian
Prosedur Penelitian
Setelah debit dalam saluran konstan, ukur tinggi muka air di belakang pintu geser (y0), tinggi air di depan pintu geser sebelum dilakukan lompat (y1), dan tinggi muka air setelah dilakukan lompat (y2 ) menggunakan meteran titik atau penggaris. Ulangi percobaan 5 dan 6 dengan menambahkan ambang batas pada dasar saluran sebelum memasang pintu geser di atas ambang batas. Jumlah pengukuran ulang setiap pergantian bukaan pintu geser dilakukan sebanyak 3 kali untuk mendapatkan hasil yang lebih teliti.
Analisa Data
Bagan Alur Penelitian
- Perhitungan Koefisien Debit (Cd) Diketahui
- Perhitungan Debit Aliran (Q)
- Hubungan Antara Panjang Loncatan Air dengan Tinggi Bukaan Pintu (Yg)
- Hubungan Antara Debit Aliran (Q) dengan Panjang Loncatan Air (Lj)
Berdasarkan data penelitian, bilangan Froude (Fr) debit saluran dapat dihitung menggunakan persamaan (2). Dari Tabel 10 dan 11 dapat dibuat plot perbandingan bilangan Froude sebelum dan sesudah lompat dengan mengambil nilai rata-ratanya. Berdasarkan gambar diatas terlihat jenis aliran yang terjadi sebelum loncatan adalah aliran subkritis dan sesudah loncatan adalah aliran superkritis dengan nilai rata-rata bilangan Froude sebelum loncatan untuk Q1 = 0.318, Q2 = 0.300, Q3 = 0,271, dan angka mean frud setelah lompat untuk Q1 = 1,261, Q2 = 1,223, Q3 = 1,164.
Sama halnya dengan grafik aliran tanpa menggunakan ambang batas, aliran yang menggunakan ambang batas juga mempunyai aliran subkritis sebelum terjadi loncatan dan aliran superkritis setelah terjadi loncatan. Dari Gambar 14 terlihat bahwa tinggi ambang pintu berbanding terbalik dengan panjang loncatan air, dimana semakin tinggi ambang pintu maka semakin kecil nilai loncatan air yang dihasilkan, baik secara analisa maupun hasil loncatan air. pengamatan. Lj Ukur Tanpa Ambang Batas Analisis Lj Dengan Ambang Batas Analisis Lj Tanpa Ambang Batas Lj Ukur Dengan Ambang Batas.
Hal ini disebabkan penggunaan kusen yang menghalangi aliran dari hulu sehingga menyebabkan tinggi muka air naik sehingga loncatan hidrolik yang ditimbulkan menjadi lebih besar dibandingkan dengan loncatan hidrolik yang terjadi pada sungai tanpa menggunakan kusen. Nilai panjang loncatan hidrolik yang digunakan merupakan hasil observasi laboratorium dan hasil analisa menggunakan persamaan panjang loncatan menurut Smetana, sedangkan nilai debit aliran merupakan hasil analisa. Dari Tabel 16 dapat dibuat grafik perbandingan antara debit arus dengan panjang loncatan hidrolik dengan mengambil nilai rata-ratanya.
Hubungan laju aliran dengan lama loncatan air Gambar 14 menunjukkan bahwa laju aliran (Q) berbanding lurus dengan panjang loncatan air (Lj) untuk arus tanpa menggunakan ambang batas atau arus dengan menggunakan ambang batas, dimana semakin besar arus maka panjang lompatan yang terbentuk akan semakin besar dan sebaliknya semakin rendah debit air maka panjang lompatan yang dihasilkan akan semakin pendek.
Pembahasan Hasil Penelitian
Jenis Aliran Akibat Variasi Bukaan Pintu
Arus Tanpa Ambang Arus Dengan. transisi) meningkat dan bila di bagian tengah saluran (tempat dipasang pintu geser) kecepatan aliran menurun dan setelah bagian tengah saluran kecepatan aliran meningkat. Dari hasil pengujian yang dilakukan pada saat menghitung bilangan Froude (Fr), diperoleh rata-rata karakteristik aliran mengalami aliran subkritis untuk aliran sebelum loncatan, karena mempunyai nilai bilangan Froude kurang dari 1. Hal ini merupakan akibat mempunyai nilai bilangan Froude yang kecil laju aliran karena pemasangan pintu. Sedangkan aliran superkritis terjadi setelah loncatan karena mempunyai nilai bilangan Froude lebih besar dari 1.
Dimana rata-rata angka Froude tertinggi sebesar 0,100 terjadi pada aliran yang menggunakan ambang batas dan rata-rata angka Froude terendah terjadi pada saat beroperasi tanpa dipasang ambang batas.
Pengaruh Debit Terhadap Panjang Loncatan Air
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, arus yang menggunakan ambang batas mempunyai nilai panjang lompatan yang lebih besar dibandingkan dengan arus yang tidak menggunakan ambang batas. Nilai panjang lompat air tertinggi untuk aliran yang menggunakan bendungan terjadi pada variasi debit Q1 dengan nilai rata-rata 0,100 m dan nilai debit terendah terjadi pada variasi debit Q3 dengan nilai rata-rata 0,084 m. Untuk aliran yang menggunakan bendungan, kecepatan aliran berbanding lurus dengan panjang loncatan air, dimana semakin besar nilai debit aliran maka semakin besar pula nilai panjang langkah air, seperti halnya pada aliran tanpa ambang batas.
PENUTUP
Kesimpulan
Saran
Kajian loncatan hidrolik pada bukaan pintu air saluran irigasi berbentuk persegi panjang skala laboratorium. Analisis Teoritis dan Numerik Distribusi Kecepatan Tekanan dan Debit pada Aliran di Bawah Gerbang Retak.
