Kajian Jarak Efektif Penempatan Bangunan

Kajian Jarak Efektif Penempatan Bangunan Ukur Debit Tipe Ambang Lebar di
Hilir Pintu Sorong (Uji Model Fisik di Laboratorium Hidrolika Saluran Terbuka)
Ir. Dwi Priyantoro, MS, Ir. Heri Suprijanto, MS, Erdiana Novani
Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia
Email: vaniezt_bonz@yahoo.com
ABSTRAK
Pintu pengatur merupakan salah satu alat yang digunakan untuk membagi air ke
lahan-lahan pertanian yang ada di suatu jaringan irigasi. Untuk memudahkan dalam
mengeksploitasi pintu maka diperlukan adanya bangunan ukur di hilir pintu. Perletakan
yang salah akan menyebabkan keberadaan bangunan ukur tersebut menjadi tidak
efisien.
Berdasarkan uraian di atas, dilakukan penelitian untuk mengetahui jarak efektif
penempatan bangunan ukur di hilir pintu dengan menggunakan peraga saluran terbuka
segi empat, model berupa pintu sorong dan bangunan ukur ambang lebar. Penelitian ini
difokuskan pada perubahan apa yang terjadi pada kondisi aliran di pintu sorong pada
saat diletakkan bangunan ukur ambang lebar di bagian hilirnya.
Analisa didasarkan atas pendekatan statistik dari hubungan variabel-variabel
yang disertakan dalam rancangan penelitian dan disajikan dalam bentuk grafik dan
Persamaan. Agar hasil penelitian dapat diterapkan dilapangan maka digunakan analisa
dimensi dengan metode matriks Langhaar. Dari hasil penelitian didapatkan grafik

perubahan Ho/a’ setelah pemasangan bangunan ukur dengan Ho/a sebelum pemasangan
bangunan ukur. Selanjutnya jarak penempatan bangunan ukur (Ls) dapat dicari dengan
menggunakan grafik hubungan Ho/a setelah pemasangan bangunan ukur dengan Ls/a.
Untuk bilangan Froude 1 – 3,5 pada kondisi aliran sebelum pemasangan bangunan ukur
ambang lebar jarak penempatan ambang dapat dicari dengan menggunakan grafik
hubungan bilangan Froude dengan Ls/a atau dengan persamaan.
Sebelum pemasangan bangunan ukur kondisi aliran di hilir pintu adalah bebas
dengan nilai Froude Fr > 1. Setelah pemasangan kondisi aliran di hilir pintu adalah
tenggelam dengan batas H1 < 0,7 Ho dengan nilai Froude Fr < 1.
Kata Kunci : pintu pengatur, bangunan ukur debit, jarak efektif

PENDAHULU
AN
Salah
satu bangunan
yang
sering
ditemui
pada
jaringan irigasi

adalah
pintu
pengatur. Pintu
pengatur
pada
jaringan irigasi
berfungsi untuk
membagi
air
agar
semua
daerah
irigasi
dapat
terairi
secara merata.
Jenis
pintu
pengatur yang
diketa-hui

berupa
pintu
sorong,
pintu
radial,
skot
balok dan pintu
sorong
bersegmen.
Sebagai
langkah
awal
dalam
perencanaan dari
suatu
pintu
sorong
yang
perlu
diperhatikan

beberapa
hal
dianta-ranya
adalah
kebutuhan tinggi
muka air di hulu
pintu, ketinggian
muka air di hilir,
dan
bukaan
pintu.
Dari
tinggi
bukaan
pin-tu
dapat
diketahui debit
yang mengalir di
bawah
pintu.

Untuk
mempermudah

da-lam
mengetahui
debit
yang
mengalir ma-ka
di hilir pintu
dilengkapi
dengan
bangunan
ukur
debit.
METODE
PENELITIAN
1. Lingkup
Penelitian
Sesuai
dengan

tujuan
penelitian
ini,
maka percobaan
dimaksudkan
untuk
mengetahui
jarak
efektif
penempatan bangunan
ukur
ambang
lebar.
Suatu ba-ngunan
ukur dikatakan
efektif apabila
de-bit
yang
terukur
oleh

bangunan
tersebut
sama
dengan
debit
yang mengalir di
bawah
pintu
sorong.
Penelitia
n ini bersifat
eksperimen-tal
di laboratorium,
dengan demikian
pe-makaian alat
dalam percobaan
tentunya
mempunyai
perbedaan
karakteristik

fisik
dengan
kondisi
yang

sebenarnya di lapangan.
2. Persiapan
Penelitian
Penelitian ini
menggunakan
fasilitas
Laboratorium
Hidrolika Dasar
Jurusan
Pengairan
Fakultas Teknik
Universitas
Brawijaya.
Adapun
peralatan yang

digu-nakan
dalam penelitian
ini adalah:
1. Peraga
saluran
terbuka
dengan
ketentuan:
- Bahan
dari
logam
pada
dasar
flum dan
perspex
glass
pada
sisinya (n
Manning
= 0,010)

- Panjang
9 meter
- Lebar
0,078
meter
- Kedalam
an
maksimal
0,22
meter
- Kemiring
an
0,0001

2. Tandon
kendali debit
konstan
- Panjang
0,5 m
- Lebar 0,6

m
- Tinggi
0,31 m
- Bahan
fiber
glass (n
Manning
= 0,010)
3. Alat
ukur
ketinggian
muka
air
(point
gauge)
4. Tabung pitot
5. Arloji ukur
(stopwatch)
6. Satu
set
model pintu
sorong
(sluice gate)
7. Model
ambang
lebar yang
terdiri dari:
- Balok
ambang
dengan
panjang
30 cm
- Tinggi
balok
5,00 cm
- Model
balok
terbuat
dari
balok
kayu.

Gambar 1.
Sketsa alat
percobaan
Keterangan:
1. Flume
tenggorok
panjang
2. Alat ukur
tinggi muka
air
3. Pintu
sorong
4. Penjalaran
gelombang
5. Saluran
percobaan
6. Pompa air
7. Bak
penampung
bawah
8. Kran
pengatur
3. Kalibrasi
dan
Verifikasi
Kalibrasi
adalah
suatu
tahap
yang
dilakukan untuk
mencocokkan
parameter yang
akan digunakan
dalam penelitian,
sedangkan
verifikasi adalah
tahapan
pembuktian

kebenaran
parameter
dengan
perlakuan fisik pada
model.
Kedua
tahapan tersebut
secara terperinci
mengikuti uraian
berikut:
A. Kalibrasi alat
ukur
kecepatan
aliran (pitot
tube)
Kalibrasi
pada
pitot
dimaksudkan
untuk
mendapatkan
angka
penyesuaian
(koreksi)
dari
pitot serta untuk
menda-patkan
persamaan
kecepatan yang
baru
sesuai
dengan
angka
koreksi.
Langkahlangkah
yang
dilakukan dalam
kalibrasi pitot ini
adalah sebagai
berikut:
a.
Pada
saluran
peraga
dialirkan
debit
tertentu
dengan
kondisi
penambahan ambang
lebar
di
hlir pintu
sorong
dengan
ketinggian

b.

tertentu,
kemudi-an
diukur
kecepatann
ya dengan
pi-tot pada
tiap bagian
(section)
de-ngan
jarak antar
section
diambil 3,0
m.
Dilakukan
penakaran
volume air
yang
keluar di
hilir
saluran
peraga
sebanyak
±10
kali
dan dicatat
waktu yang
diperlukan
untuk
penakaran
volume air
tersebut.
Dari
tahapan ini
didapatkan
kecepatan
aliran dari
debit takar
serta
koefisien
kecepatan
pitot (c).
sedangkan:

c.

, dimana:
upt
=kecepatan
aliran pitot
teoritis
(m/dt)

d.

c =
koefisien
kecepatan
pitot
g =
kecepatan
gravitasi
(m/dt2)
∆hpt = beda
tinggi dari
pembacaan
tabung
pitot (m)
Langkah
(1)
diulangi
untuk
3
debit yang
berbeda.
Setelah
diketahui
besar nilai
∆h
dari
tabung
pitot dan
koefisien
kecepatan
pitot
(c)
dapat
dicari
kecepatan
dari
pembacaan
ta-bung
pitot.
Setelah itu
digambark
an dalam
diagram
pencar
(scatter)
be-rupa
hubungan
kecepatan
dari debit
takar dan
∆h pitot.
Selanjutny
a hasil dari
penggam-

baran
diagram
pencar di
atas, didekati dengan
kurva
regrasi
yang paling sesuai
mengguna
kan
indikasi
koefisien
determinas
i. Setelah
itu
kemudian
didapatkan
persamaan
regresinya,
persamaan
regresi
tersebut
merupakan
persamaan
baru dari
pitot untuk
menentuka
n
kecepatan
aliran.
B. Kalibrasi Cc
dan Cd
Kalibrasi
ini dilaksanakan
untuk
mendapatkan
koefisien
kontraksi
dari
pintu
yang
digunakan dalam
penelitian serta
koefisien
debitnya,
dan
selanjut-nya
akan digunakan
dala perhitungan
bilang-an Froude
lebih
lanjut.

Langkahlangkah
yang
dilakukan adalah
sebagai berikut:
a. Koefisien
kontraksi
- Langkah
awal adalah
dengan menetapkan
tinggi muka
air hulu (H0)
dengan
mengatur
bukaan
katup, sa-tu
nilai
besaran h1
menyatakan
satu besaran
debit (Q)
- Menetapkan
tinggi
bukaan
pintu
(a)
dari
yang
terkecil
- Setelah
aliran
konstan
dilakukan
pengukuran
kecepatan
tepat pada
bu-kaan
pintu
dan
melakukan
pena-karan
debit
sebanyak 10
kali.
- Dari debit
takaran dan
kecepatan
yang telah
didapatkan
dimasukkan
dalam
persamaan
2.12 untuk

men-cari
nilai Cc.
- Percobaan
diulangi lagi
dari langkah
(a) sampai
(d)
untuk
tinggi
H0
dan a yang
berbeda,
sehingga
akan didapatkan
variasi nilai
Cc
untuk
nilai a/H0.
b. Koefisien
debit (Cd)
Nilai
Cd
diperoleh
dengan menggunakan
persamaan 2.6
berdasarkan nilai
Cc dan H0 yang
telah dihitung.
4. Penelitian
Pemasangan
Ambang
Lebar
Urutan/
tahapan
penelitian yang
dilakukan adalah
sebagai berikut:
Debit
dialirkan ke
saluran
dengan
kondisi
bukaan
pintu
tertentu dan
kondisi di
hilir saluran
peraga
bebas (tidak
ada ambang
lebar)

-

-

-

Dicatat
kondisi
yang terjadi
(initial
condition)
yang terdiri
atas
bilangan
Froude,
panjang
loncatan,
kedalam-an
konjugasi,
tinggi muka
air
hulu,
distribusi
kecepatan
dan
debit
yang
mengalir.
Dipasang
ambang
lebar
dengan
jarak
sembarang
dengan
ketinggian
mini-mum.
Diukur
kondisi
yang terjadi
yang terdiri
atas
bilangan
Froude,
pan-jang
loncatan,
kedalaman
konjugasi,
tinggi muka
air
hulu,
distribusi
ke-cepatan
dengan
debit
dan
bukaan
pintu yang
sama.

-

-

-

-

Letak
ambang
dirubah
dengan arah
menuju hulu
dengan
interval
jarak
tertentu dan
dicatat
kondisi
aliran yang
terjadi.
Tahapan di
atas
dihentikan
sampai
kondisi
batas
dimana
terjadi
aliran
tenggelam
(submerged)
di hilir pintu
sorong.
Selanjutnya
diulang
tahapan
no.3 dengan
tinggi
ambang
yang
berlain-an
dan dengan
bukaan
pintu yang
berbeda,
setiap
perubahan
jarak
penempatan
ambang,
tinggi muka
air
diusahakan
konstan.
Dicatat hasil
yang terjadi
dan dibuat

kurva
hubungan
kedalaman
muka
air
hulu, tinggi
bukaan
pintu
dengan jarak
penempatan
.
5. Rancangan
Perlakuan
Untuk
memudahkan
percobaan dan
hasil yang terjadi
maka rancangan
perlakuan yang
dikerjakan
dalam
penelitian ini dapat
disajikan dalam
tabel be--rikut:
Tabel 1.
Rancangan
Perlakuan

Dalam
rancangan
perlakuan
ini
ditetap-kan
bahwa perlakuan
yang sama akan

di-lakukan pada
beberapa jarak
penempatan
bangunan ukur
(Ls).
6. Analisa
Hubungan
Parameter
dan
Variabel
Kajian dalam
hasil penelitian
ini me-nyertakan
beberapa
parameter dan
vari-abel yang
berpengaruh.
Dengan adanya
beberapa
variabel
dan
parameter
hidrolis yang ada
pada kajian ini,
maka perlu diketahui
faktor
dominan mana
yang
akan
menjadi
dasar
matematis untuk
memper-oleh
suatu hubungan
persamaan antar
va-riabel
maupun
parameter
hidrolis tersebut.
Untuk
itulah
perlunya
dilakukan
analisa dimensi
agar
dapat
hubungan
variabel-variabel
dan parameter
tersebut. Parameter
dan
variabel hidrolis
yang
berpengaruh
dalam

kajian
ini
terlebih dahulu
dikelompokkan
sebagai berikut:
Parameter
adalah
merupakan
faktor yang
ditetapkan
dalam
penelitian
dan
besarnya
tidak pernah
berubah, dalam hal ini
parameter
hidrolis adalah bentuk
dan dimensi
saluran (saluran yang
digunakan
adalah
peraga
saluran
terbuka
berpenampa
ng
segi
empat
dengan
lebar dasar
dan tinggi
tertentu)
serta tinggi
bangunan
ukur
ambang
lebar.
Variabel
merupakan
faktor yang
da-pat
dipengaruhi
dan nilainya
dapat
berubah.
Variabel
yang terlibat
da-lam

a.

-

-

-

-

b.
-

-

c.

kajian
ini
dapat
dikelompok
kan
lagi
sebaai
berikut:
Variabel
tergantung/ti
dak
tetap,
yaitu:
Kedalaman
air
awal
loncatan
(h1)
Kecepatan
dibawah
pintu sorong
(u1)
Kedalaman
air di hilir
loncatan/
ke-dalaman
konjugasi
(h2)
Jarak antara
loncatan
hidrolis
dengan
pintu (Lh2)
Variabel
yang diatur,
yaitu:
Tinggi
bukaan
pintu sorong
(a)
Kedalaman
air di hulu
pintu (Ho)
Jarak
horizontal
penempatan
ambang
lebar
terhadap
pintu (Ls)
Variabel
yang lain,
yaitu:

- Percepatan
gravitasi
(g); dan
- Rapat massa
(ρ)

adalah bila-ngan
Froude apabila a
= h1.

Ho

h2
a

h1
Ls
Lh2

Gambar 2.
Sketsa Perlakuan
Penelitian

k9
=0
k1 + k2 + k3 + k4 +
k5 + k6 + k7 + k8 –
3k9 = 0
- k2 – 2 k8
=0

eliminasi k5, k8
menghasilkan :
k8 = - 0,5 k2
k5 = - k1 – 0,5k2
– k3 – k 4 – k 6 –
k7 + 3k9
Selanjutnya
untuk
menentukan
produk bilangan
tak berdimensi,
digunakan bantuan
matrik
Langhaar pada
tabel berikut:

Dari
ketujuh
bilangan
tak
berdimensi
tersebut
selanjutnya
dapat
difungsikan
untuk
membentuk
bilangan
tak
berdimen-si
lainnya. Dalam
kaitan
ini
bilangan
tak
berdimensi yang
dapat dibentuk
adalah:

Dari
tujuh
bilangan tidak
berdimensi diatas dapat kita
tinjau bahwa π2

HASIL DAN
PEMBAHASA
N
1. Kondisi
Sebelum
Pemasangan
Ba-ngunan
Ukur Debit
Pada saluran
yang digunakan
dalam penelitian
ini
terlebih
dahulu
dilakukan
perlakuan awal,
yaitu
dimana
dialirkan debit
tertentu dengan
tinggi
bukaan
dan tinggi muka
air hulu tertentu.
Kemudian
diamati
dan
dicatat variabelvariabel
yang
terjadi.
a. Kalibrasi
Koefisien
Kontraksi
(Cc)
dan
Koefisien
Debit (Cd)
Untuk
memudahkan
kontrol
aliran
dan
ketelitian
dalam
pengukuran data,
maka
perlu
dilakukan
percobaan untuk
mencari nilai Cc
dan Cd dari
pintu
sorong
yang
akan
digunakan

sebagai
pembentuk nilai
bilangan Froude.
Dalam hal ini
nilai
Cd,
diperoleh
dari
nilai Ho dan Cc
yang di-hitung
dengan
menggunakan
persamaan:

Gambar 3.
Grafik hubungan
koefisien
kontraksi (Cc)
dengan a/Ho
b. Hubungan
Variabelvariabel
yang terjadi
- Hubungan
a/Ho dengan
bilangan
Froude (Fr)
Dari
pengamatan
variabel-variabel
tersebut, pertama
dapat kita lihat
hu-bungan
antara
tinggi
bukaan pintu (a)
dan tinggi muka
air hulu pintu
(Ho)
dengan
bilangan Froude
yang dihasilkan.
Hu-bungan

antara
a/Ho
dengan Fr dapat
dibuat
grafik
atau
kurva
hubungannya.
Dari kurva ini
diharapkan dapat
diten-tukan
berapa besarnya
tinggi
bukaan
pin-tu
untuk
dapat
menghasilkan
bilangan Froude
dengan
tinggi
muka air hulu
yang
sudah
ditentukan.

Gambar 4
Hubungan a/Ho
dengan bilangan
Froude
- Hubungan
h2/a dengan
bilangan
Froude
Setelah itu
dibuat tabel dan
kurva hubungan

antara
h2/a
dengan bilangan
Froude.
Dari
tabel dan kurva
diharapkan
untuk kemudian
dapat diketahui
besarnya h2 yang
terjadi
pada
kondisi bilangan
Froude
dan
bukaan
pintu
yang sama pada
kondisi
sebelumnya.

Gambar 5.
Hubungan h2/a
dengan bilangan
Froude
- Hubungan
h1/h2 dengan
bilangan
Froude
Dari hubungan
antara
tinggi
muka air di awal
loncatan (h1) dan
tinggi muka air
di akhir loncatan
(h2)
dengan
bilangan Froude
dari
hasil
pengamatan
dapat
dibuat
kurva hubungan
antara variabel
h1/h2
dengan
bilangan Froude
(Fr). Dari kurva

dapat ditentukan
berapa
besar
nilai h1 dengan
kondisi Froude
dan h2 tertentu.

Gambar 6
Hubungan h1/h2
dengan bilangan
Froude
- Hubungan
Lh2/a dengan
bilangan
Froude
Tahapan
selanjutnya
adalah mencari
hu-bungan
kondisi muka air
tenang dari pintu (Lh2) dan
tinggi
bukaan
pintu (a) de-ngan
bilangan Froude
yang terbentuk.
Dari
hasil
pengamatan ini
kemudian
dibuat
kurva/grafik
hubungan antara
vari-abelvariabel tersebut.
Dengan adanya
grafik ini dapat

ditentukan letak
ter-capainya
aliran
tenang
(sub kritis) dari
pintu
dengan
perlakuan seperti
di atas.

Gambar 7.
Hubungan Lh2/a
dengan bilangan
Froude
2. Kondisi
Setelah
Pemasangan
Bangunan
Ukur
Ambang
Lebar
di
Hilir Pintu
Pada
kondisi
perlakuan yang
sa-ma
dengan
sebelumnya,
dilakukan kemudian
adalah
pemasangan
bangunan ukur
ambang
lebar
dengan kondisi
variabel
yang
sama. Bangunan
ukur
tersebut
juga
diperlakukan
bervariasi
terhadap jarak
penempatan dari

pintu
(Ls).

sorong

Setelah
dilakukan
pengamatan
pada
kondisi
aliran di pintu
sebelum
pemasangan
bangunan ukur
ambang
lebar
dengan sesudah
pemasangan
bangunan ukur
didapatkan
perbandingan
tinggi mu-ka air
di hulu (Ho) dan
tinggi
bukaan
pin-tu (a) dengan
debit yang sama
sebelum
pemasangan
ambang
dan
sesudah pemasangan
bangunan ukur.
Dari hubungan
tersebut
dapat
dibuat
kurva
hubungan Ho/a
(sebelum
pemasangan
bangunan ukur
dengan
Ho/a’
(setelah
pemasangan
bangunan ukur)
yang
dapat
digunakan untuk
menentukan
tinggi
bukaan
pintu (a) setelah
dipasang
bangunan ukur
di hilir pintu.

Gambar 8.
Grafik
Hubungan Ho/a
dan Ho/a’
Selanjutn
ya
dari
penelitian ini didapat hubungan
antara
tinggi
muka air (Ho)
dan
tinggi
bukaan
pintu
setelah
pemasangan
ambang
(a’)
dengan jarak penempatan
ambang
(Ls).
Dari tabel dapat
dibuat
grafik
hubungan Ho/a’
dan Ls/a’ yang
selanjutnya
grafik tersebut
dapat
digunakan untuk
menentukan
jarak
penempatan bangunan
ukur
debit
ambang lebar.

Gambar 9.
Grafik hubungan
Ho/a’ dan Ls/a’
Selain
dengan
grafik hubungan
Ho/a’ de-ngan
Ls/a’,
jarak
perletakan
ambang da-pat
dicari dari grafik
hubungan
bilangan Froude
(Fr)
sebelum
pemasangan
ambang dengan
Ls/a’.
Hanya
saja
grafik
tersebut hanya
terbatas
pada
bilangan Froude
1 – 3,5.

Gambar 10.
Grafik
Hubungan
bilangan Froude
dengan Ls/a’
KESIMPULAN
DAN SARAN
Setelah
melakukan
penelitian
di
laboratorium dan
melakukan
analisa
hasil
penelitian, maka
dapat
disimpulkan
sebagai berikut:

1. Aliran
di
hilir
pintu
sorong
sebelum
pemasangan
ambang
lebar dalam
kondisi
aliran bebas
dengan
bilangan
Froude
1