Pengukuran Debit Pada Saluran Terbuka

PENDAHULUAN

            Debit merupakan banyaknya jumlah air yang mengalir pada suatu ruang atau saluran dalam satuan waktu. Debit memiliki satuan m3/detik yang merupakan hasil yang diperoleh dari besarnya luas penampang saluran dikali dengan kecepatan aliran. DAS atau daerah aliran sungai merupakan salah satu saluran terbuka yang memiliki fungsi untuk menyediakan kebutuhan air tanaman pada lahan-lahan  pertanian dengan kualitas yang baik dan dengan kuantitas yang besar sehingga mencukupi kebutuhan irigasi tanaman yang terdapat pada lahan yang ada pada area yang terairi olehnya. Dengan keadaan yang seperti ini DAS akan mampu mengalirkan air sampai ke bagian hilir sehingga semua yang berada diwilayah aliran sungai akan mendapatkan air untuk kebutuhan pertanian,keramba dan lain sebagainya .          Untuk menganalisa kebutuhan air lahan pertanian tentunya dibutuhkan  perhitungan perhitungan tertentu yang berkaitan dengan pengukuran debit ini. Hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah jumlah air yang tersedia mencukupi kebutuhan tanaman pada lahan pertanian atau sebaliknya.Sehingga kita bisa melakukan tindakan-tindakan tertentu apabila kebutuhan air yang tersedia kurang dari jumlah kebutuhan air tanaman yang sedang diusahakan pada suatu lahan yang dilalui oleh saluran irigasi. Irigasi sangat erat hubungannya dengan pertanian. Dibidang pertanian irigasi berfungsi untuk menyuplai pasokan air ke lahan pertanian agar kebutuhan air tanaman dapat terpenuhi sesuai dengan standar kebutuhannya. Dalam bidang teknik pertanian sendiri irigasi merupakan hal yang dibutukan untuk menganalisa kelayakan suatu irigasi sehingga tujuan ke lahan pertanian dapat terpenuhi secara sempurna.Selain itu irigasi dibidang teknik pertanian juga dapat digunakan sebagai media analisa untuk membuat atau membangun jaringan irigsi yang baru (Musyawir 2009).

             Untuk memenuhi kebutuhan air bagi tanaman perlu dilakukan pengukuran debit air guna untuk mengetahui berapa banyak air yang dibutuhkan oleh tanaman. Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam sutau tempat tiap satu satuan waktu.Dalam suatu jaringan irigasi, kita perlu mengetahui seberapa besar debit air yang mengalir di sungai tersebut dan seberapa cepat aliran airnya itu. Dengan adanya debit kita bisa mengetahui dan mendistribusi kan air secara efesien dan tidak ada air yang tidak terpakai.

DASAR TEORI

·       Pengukuran kecepatan aliran dilakukan dengan cara antara lain:

1. Menggunakan alat pengukur aliran (current meter) mengukur kecepatan rata-rata pada segmen-segmen penampang dengan membagi-bagi penampang saluran secara vertikal.
2. Menggunakan pelampung yang dihanyutkan ke dalam aliran dengan mencatat laju pelampung pada jarak tertentu.

·      Pengukuran debit cara sederhana untuk mengukur debit adalah dengan cara tidak langsung yaitu dengan pengukuran kecepatan aliran.

a.       Pengukuran dengan pelampung

Pengukuran dengan pelampung adalah metode tertua dan paling sederhana yang dilakukan untuk menghitung kecepatan aliran di saluran terbuka. Pengukuran dilakukan dengan cara mengamati waktu yang diperlukan pelampung untuk melewati jarak yang telah ditentukan.

            Pengukuran dengan pelampung:

-          Penggal sungai AB ditentukan jarak (L).

-          Pelampung dilepas di titik 0 ke titik A sepanjang jarak yang telah ditentukan dengan tujuan agar kecepatan pelampung stabil. Setelah pelampung mencapai titik A pengukuran waktu dilakukan hingga mencapai titik B dengan menggunakan stopwatch. Dari hasil pengukuran waktu tersebut maka akan didapatkan nilai kecepatan (V) dengan membagi jarak (L) terhadap waktu (T) yang didapat dari hasil pengukuran.

-          Lebar sungai sebaiknya dibagi 3 (tiga) bagian yaitu kanan-tengah-kiri.

-          Pengukuran sebaiknya dilaksanakan setiap ½ jam.

-          Kecepatan rata-rata vertikal perlu dikalikan dengan faktor K:

§  K = 0,85

§  K = 0,60 untuk kedalaman kurang dari 0,5 m

§  K = 0,90 – 0,95 untuk kedalaman lebih dari 4 m

b.      Pengukuran dengan Current meter

·       V = a*n + b

·      Current meter yang dipakai sumbu mendatar.

·      Pengukuran vertikal pada dua titik 0,2H dan 0,8H (H=kedalaman);                    V = V_0,2 + V_0,8)/2

·      Pengukuran vertikal pada tiga titik:

     V = ½ (V_0,6 + (V_0,2 + V_0,8)/2)

·      Pengukuran vertikal pada empat dan lima titik:

     V = (V_0,2 + 2 V_0,6 + V_0,8)/4

     V = (V_p + 3 V_0,2 + 2 V_0,6 + 3 V_0,8 + V_d)/10

TUJUAN

Dalam percobaan ini diharapkan agar praktikan mampu memahami bagaimana cara pengukuran debit pada saluran alam, serta dapat mengaplikasikannya dalam bidang ilmu Teknik Mesin dan Biosistem. Tujuan praktkum meliputi:

1. Menentukan bilangan Froude berdasarkan debit yang mengalir.
2. Menentukan kecepatan rata-rata vertikal pada percobaan current meter.
3. Menentukan kecepatan rata-rata (permukaan) pada percobaan pelampung.
4. Menentukan debit pada saluran alam.

METODOLOGI

·           Pengukuran kecepatan aliran permukaan dengan pelampung mengikuti prosedur sebagai berikut:

1.      Mempersiapkan daerah pengukuran pada saluran alam (sungai) dengan patok-patok ditandai dengan titik 0, titik A, dan titik B.

2.      Menentukan jarak titik 0 ke titik A dan jarak titik A ke titik B.

3.      Melepaskan pelampung dari titik 0 sejauh 10 meter menuju titik A dengan tujuan agar kecepatan pelampung menjadi stabil. Kemudian ketika pelampung mencapai titik A maka dilakukan perhitungan waktu hingga pelampung mencapai titik B.

4.      Pekerjaan di atas dilakukan di daerah kiri, kemudian tengah dan kanan, kemudian diulangi sebanyak 3 kali, untuk mendapatkan harga kecepatan rata-rata.

·           Pengukuran kecepatan aliran dengan Current meter mengikuti prosedur sebagai berikut:

1.      Menyiapkan satu unit Current meter.

2.      Mengukur penampang melintang saluran yang akan digunakan sebagai saluran percobaan.

3.      Semua peralatan setelah siap, kemudian membagi-bagi penampang aliran menjadi 3 (tiga) pias atau bagian dengan lebar permukaan yang sama.

4.      Mengukur tinggi air penampang basah saluran, lebar permukaan basah dan lebar permukaan air setiap pias.

5.      Memasukkan stik dan propeller Current meter kedalam saluran dan ditempatkan pada masing-masing kedalaman 0,2 H; 0,6 H; 0,8 H; (H = tinggi muka air dari dasar saluran). Dipilih sesuai kedalaman aliran.

6.      Menempatkan Propeller tegak lurus menghadap arus aliran, setelah tepat pada posisi yang dimaksud kemudian menekan tombol pada counter bersamaan dengan itu juga menjalankan stopwatch sampai pada interval waktu tertentu (50 detik) counter dan menghentikan stopwatch, kemudian mencatat jumlah putaran (N) pada counter.

7.      Mengulangi percobaan di atas diulang sebanyak 3 kali untuk beberapa tinggi muka air (H) sesuai dengan perubahan aliran yang ditentukan.

8.      Menghitung kecepatan tiap pengukuran, menghitung kecepatan rata-rata.

HASIL

A.  Pengukuran Kecepatan dengan Pelampung

Lebar sungai                            : 18,8 m                                               α = 0,05

Asumsi kedalaman air             : 4 m                                                    γ = 0,8985

Asumsi kedalaman pelampung : 0,1 m

Tabel 1 Data pengukuran dengan metode pelampung

No	Pengukuran	Panjang L	Waktu T	U = L/T	Urata2	Kecepatan aliran
		(m)	(dt)	(m/dt)	(m/dt)	(V(m/det))
1	Kiri	50	111,5	0,448
	Kiri	50	115,8	0,432	0,429	0,384
	Kiri	50	123,1	0,406
2	Tengah	50	97,7	0,512
	Tengah	50	97,3	0,514	0,517	0,463
	Tengah	50	95,3	0,525
3	Kanan	50	105,2	0,475
	Kanan	50	105,9	0,472	0,498	0,446
	Kanan	50	91,2	0,548
	Urata-rata				0,481	0,481

Contoh perhitungan :

• U (m/dt) = L/T = 50/ 111,5 = 0,448 (m/dt)
• Urata-rata = (U₁₁ + U₁₂ + U₁₃)/3 = (0,448+0,432+0,406) = 0,429 (m/dt)
• Kecepatan aliran (V) = u * γ = 0,429 * 0,8985 = 0,384 (m/dt)

B.  Pengukuran Kecepatan dengan Current meter

Lebar sungai : 18, 8 m

Tabel 2 Data pengukuran dengan metode current meter

Pias ke	Kedalaman	Titik	Putaran	Waktu T	N = P/T	V	Vrata-rata		Q	Fr	Jenis
	(H)	Pengukuran	(P)								aliran
(-)	(m)	(m)	(-)	(dt)	(-)	(m/dt)	(m/dt)		(m3/dt)	(-)	(-)
1		0,226	64	50	1,28	0,364
	1,13	0,678	66	50	1,32	0,375	0,359	Mid	2,431	0,107	Subkritis
(Kiri)		0,904	56	50	1,12	0,320		Mean	2,4047
2		0,23	59	50	1,18	0,337
	1,15	0,69	52	50	1,04	0,298	0,301	Mid	2,3515	0,089	Subkritis
(Tengah)		0,92	47	50	0,94	0,271		Mean	2,2976
3		0,322	25	50	0,50	0,150
	1,61	0,966	39	50	0,78	0,227	0,218	Mid	2,1213	0,055	Subkritis
(Kanan)		1,288	48	50	0,96	0,276		Mean	-

·      N = P/T = 64/ 50 = 1,28

·      V = (a * 1,28) + b

    = (0,275 * 1,050) + 0,012

   = 0,359 (m/dt)

·      V rata-rata  = ½ (V_0,6 + (V_0,2 +V_0,8)/2)

= ½ (0,364 + (0,375 + 0,320)/2)

= 0,359 (m/dt)

·      Debit

1.      Mid Area Method

Q₁         =  Hn * Vn [B]

= 1,13 * 0,359 [6]

= 2,431 (m3/dt)

2.      Mean Area Method

 

 

= 2,4047 m3/dt

 

Pada pias satu didapatkan perkiraan dimana kecepatan alir 0 m/dt pada kedalaman 3,192 m.

Pada pias 2 didapatkan perkiraan kecepatan 0 m/dt pada kedalaman 3,799 m.

Pada pias 3 tidak didapatkan nilai yang tepat dimana akan terjadi kecepatan alir 0 m/dt.

PEMBAHASAN

            Pengukuran kecepatan aliran pada saluran terbuka dapat menggunakan metode pelampung dan metode pengukuran dengan current meter. Metode pengukuran dengan pelampung yaitu dengan meletakkan pelampung di beberapa titik pengukuran pada lebar sungai yang akan diukur kecepatan alirnya. Pada pengukuran kecepatan alir di titik tengah memiliki nilai tertinggi sebesar 0,517 m/dt. Kecepatan alir di bagian tengah lebih besar dibandingkan bagian kanan dan kiri karena bagian kanan dan kiri akan dibatasi langsung dengan penampang sungai bagian pinggir. Gaya gesek akan mempengaruhi dan mengakibatkan kecepatan alir di bagian pinggir akan lebih kecil daripada yang bagian tengah.

            Metode pengukuran kecepatan aliran pada saluran terbuka lainnya yaitu dengan menggunakan current meter. Kecepatan alir dari pengunaan metode ini tergantung pada posisi peletakan (kedalaman) current meter. Semakin dalam posisi current meter, maka kecepatan nya akan berkurang, karena aliran air pada bagian bawah sungai atau aliran lebih kecil atau lebih tenang daripada di bagian permukaan sungai (Grafik 4). Data yang didapatkan menunjukkan pada posisi peletakan current meter yang paling dalam yaitu pada posisi 1,61 meter, didapatkan data rata-rata kecepatan alir paling rendah yaitu 0,218 m/dt. Pengukuran kecepatan dengan current meter juga dilakukan tiap pias untuk mencari pada kedalaman berapa aliran tidak akan mengalir lagi (0 m/dt). Tiap pias diberlakukan penarikan grafik secara linier dan didapatkan kedalaman dimana aliran pada pias tersebut o m/dt.

            Perbedaan hasil pengukuran antara metode pelampung dan metode current meter dikarenakan prinsip prngukuran dari dua alat ini sudah berbeda, yaitu pelampung dengan prinsip titik pengukuran dan current meter dengan prinsip kedalaman peletakan instrumen.

            Nilai bilangan Froude pada pengukuran menunjukkan jenis alirannya subkritis karena Fr<1. Untuk aliransubkritis, kedalaman biasanya lebih besar dan kecepatan aliran rendah (semua riak yang timbul dapat bergerak melawan arus). Kecepatan air < kecepatangelombang hulu aliran dipengaruhi pengendali hilir.

            Penentuan debit pada saluran terbuka menggunakan metode mid area method dan mean area method. Dua metode yang digunakan tidak menunjukkan perbedaan yang besar, dimana didapatkan debit sungai sekitar 2,3 – 2,4 m3/dt.

KESIMPULAN

            Praktikum yang sudah dilakukan yaitu menentukan kecepatan alir dan debit. Kecepatan alir dicari dengan menggunakan metode pelampung dan current meter. Metode pelampung mencari kecepatan pada tiap bagian penampang melintang permukaan sungai, dan metode current meter pada tiap kedalaman penampang sungai. Debit diukur dengan menggunakan mean dan mid area method dan didapatkan hasil aliran sungai tersebut subkritis.

DAFTAR PUSTAKA

Musyawir H. 2009. Pengukuran Debit [terhubung berkala]:             http://www.academia.edu/5197106/Bab_4_revisi_praktikum_hidraulika_   kelom  pok_5 (2015 May 09).

Read More