6
2.2. Pintu Air
Pintu air gate, sluice merupakan sebuah bangunan struktur hidrolik yang biasa dibangun memotong tanggul saluransungai yang berfungsi sebagai pengatur
aliran air untuk irigasi dan drainase, penyadap dan pengaturan lalu lintas air Sosrodarsono dan Tominaga, 1984. Namun begitu, pintu air dapat digunakan
dengan baik untuk keperluan pengukuran debit. Pintu air yang umum digunakan di Indonesia adalah jenis pintu sorong
dengan sistem mekanik ke atas vertical lift dengan tipe gate dan sluice. Jenis ini umumnya digunakan untuk mengatur muka air dan laju aliran di saluran.
Mekanisme pengangkatan pintu yang naik dan turun menjadikannya lebih simpel mudah untuk dioperasikan bagi seorang juru pengairan secara manual, dengan
sistem mekanik worm gear atau rack and pinion drive atau secara elektrik otomatis.
2.2.1. Kondisi Aliran Kondisi aliran air yang melalui bawah pintu undershot akan mengalami
dua jenis aliran yang berbeda, yaitu kondisi aliran bebas free flow condition dan aliran tenggelam submerged flow condition seperti pada Gambar 1. Kondisi
aliran bebas terjadi apabila sebuah lompatan hidrolik hydraulic jump terjadi di bagian hilir pintu, sedangkan aliran tenggelam terjadi apabila muka air di hilir
pintu lebih besar dari pada tinggi muka air di bawah pintu. Biasanya sering terjadi di dalam saluran tertutup yang kecil.
Gambar 1. Kondisi aliran bebas free flow dan tenggelam submerged flow Dalam penelitian ini tidak akan dilakukan kajian tentang penentuan jenis
aliran ini secara mendalam, tetapi cukup menggunakan beberapa formula atau
7
teori yang telah dikembangkan sebelumnya, seperti formula yang dikembangkan oleh Swamee 1992 seperti berikut :
Free flow :
72 .
3 3
1
81 .
≥ l
h h
h 4
Submerged flow :
72 .
3 3
1 3
81 .
l h
h h
h 5
dimana, h
1
: tinggi muka air di hulu pintu, h
3
: tinggi muka air di hilir pintu, dan l : bukaan pintu.
2.2.2. Perhitungan Debit Aliran Perhitungan debit aliran yang mengalir di bawah pintu undershot
bukanlah perkara yang mudah. Secara teori, memang aliran ini dapat dihitung menggunakan formula apabila telah diketahui koefisien kontraksi yang terjadi
pada pintu tersebut. Persamaan umum perhitungan debit klasik secara umum adalah sebagai berikut :
1
. .
2 .
. .
h g
b w
C Q
d
= 6
dimana C
d
: koefisien pengaliran, w : bukaan pintu m, b : lebar saluran, g : percepatan gravitasi 9,81 mdet
2
, dan h
1
: tinggi aliran di hulu pintu m, dan Q : laju aliran m
3
det. Nilai koefisien pengaliran C
d
merupakan suatu fungsi dari koefisien kontraksi C
c
, lebar saluran b, tinggi muka aliran di hulu pintu, dan jenis aliran. Berikut ini adalah persamaan penentuan nilai C
d
untuk aliran free flow yang digambarkan seperti dalam persamaan berikut :
η
+ =
1
c d
C C
; dimana
1
. h
b C
c
= η
7 nilai C
c
akan bervariasi tergantung dari besaran bukaan pintu, bentuk daun pintu yang digunakan, kedalaman aliran air di hulu dan jenis aliran Lin et al., 2002.
Rajaratnam dan Subramanya 1967 menyatakan bahwa untuk aliran free flow, penentuan debit aliran bawah pada pintu sorong ditetapkan dengan
persamaan berikut :
8
2
1
w C
h g
b w
C Q
c d
− =
8 Rajaratnam dan Subramanya 1967 menyatakan telah menetapkan nilai C
c
untuk rumus aliran bawah pada pintu bentuk persegi sebesar 0,61, dengan nilai C
d
akan linier pada saat nilai wh
1
0,3, dan nilai C
d
dihitung dengan rumus Cd = 0,0297 x wh
1
+ 0,585. Sementara itu, Swamee 1992 telah menetapkan nilai C
d
untuk aliran free flow adalah sebagai berikut :
1
.
1 1
k c
d
w k
h w
h C
C
+
− =
9
Swamee 1992 melaporkan bahwa berdasarkan hasil eksperimen untuk pintu sorong berbentuk persegi dengan nilai C
c
sebesar 0,611, memiliki nilai konstanta k
dan k
1
sebesar 15 dan 0.072 dengan nilai C
d
sesuai dengan Nomogram Henry, yaitu akan memiliki nilai C
d
maksimum yang konstan sebesai 0,611. Untuk menghasilkan rancang bangun pintu air irigasi yang mampu
mengatur dan mengukur aliran air, maka nilai koefisien dari C
d
dan Cc harus diperhatikan dan diharapkan mampu ~ 1. Nilai koefisien yang mendekati 1,
diharapkan mampu meningkatkan tingkat akurasi perhitungan debit di lapangan. Pada model Crump-de Guyter telah dikembangkan pintu air dengan tambahan
tonjolan pintu berbentuk ¼ lingkaran pada bagian ujung bawah, yang dimaksudkan untuk meningkatkan nilai koefisien C
c
dan C
d
mendekati 1. Oleh karena itu pembuatan desain harus memperhatikan faktor-faktor tersebut,
sehingga pengembangan otomatisasi irigasi dapat dilakukan dengan baik dan mudah apabila pintu air sendiri memiliki tingkat akurasi dalam pengaturan dan
pengukuran air dengan baik. 2.2.3. Perhitungan Beban Pintu dan Pengangkat
a Pembebanan Pintu Pada pintu sorong tekanan air diteruskan ke sponeng, dan pada pintu radial
ke bantalan pusat. Apabila suatu benda berada di dalam zat cair yang diam, maka akan mengalami gaya hidrostatik yang diakibatkan oleh tekanan zat cair. Tekanan
tersebut bekerja tegak lurus terhadap permukaan benda. Gaya hidrostatik yang
9
bekerja pada benda tersebut, dipengaruhi oleh bentuk permukaan benda. Gaya hidrostatik pada bidang datar tegak Gambar 2, dapat ditentukan sebagai berikut
F =
B h
g
2
2 1
ρ
10 h
a
t
3 2
= 11
dimana, F : gaya hidrostatik, a
t
: titik tangkap gaya hidrostatik diukur dari permukaan air, h : kedalaman air, dan B : lebar bidang yang ditinjau tegak lurus
bidang Gambar.
Gambar 2. Gaya Hidrostatik Pada Bidang Datar Tegak b Alat Pengangkat
Alat pengangkat dengan stang biasanya dipakai untuk pintu-pintu lebih besar. Untuk pintu-pintu yang dapat menutup sendiri, karena digunakan rantai
berat sendiri atau kabel baja tegangan tinggi. Pemilihan tenaga manusia atau mesin tergantung kepada ukuran dan berat pintu, tersedianya tenaga listrik, waktu
eksploitasi, mudahtidaknya
eksploitasi, dan
pertimbangan-pertimbangan ekonomis. Perhitungan gaya pengangkatan pintu dapat dilakukan dengan
menggunakan rumus : L
b h
g W
b T
f F
c c
1
ρ +
+ =
12 dimana, F : gaya angkat yang diperlukan N, f : koefisien gesekan 0.6 pada saat
akan diangkat, dan 0.3 pada saat pintu sedang diangkatberjalan, T : luas pembebanansegitiga kgdet
2
, b
c
: lebar pintu m, W : berat pintu N,
ρ
: berat jenis air 1000 kgm
3
, h
1
: tinggi muka air m, dan L : lebar weir jika memiliki ambang lebar pada pintu tersebut
z=0
F p=
?.g.h z=-h
h a
t
B p =
ρ .g.h
10
2.3. Kontrol Fuzzy
Kategori