Model Pintu Pak Tani Berbahan Kayu dan Ban Sebagai Pintu Irigasi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Mekanika Fluida dan Hidraulika
Mekanika Fluida dan hidraulika merupakan cabang mekanika terapan
yang terurai dari perilaku fluida saat bergerak maupun diam. Dalam fluida statis,
berat spesifik sangat penting, sedangkan dalam fluida dinamis, massa jenis dan
viskositas merupakan komponen utama.
Fluida merupakan zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan bentuknya
dengan bejana. Fluida diklasifikasikan sebagai cair atau gas (Schaum, 1995).
2.2
Sifat-Sifat Air
Tahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil, sehingga fluida
dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruangan/tempat yang membatasinya.
Fluida dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu zat cair dan zat gas.
Zat cair dan zat gas mempunyai sifat-sifat serupa, yang terpenting adalah
sebagai berikut ini:
1. Kedua zat ini tidak melawan perubahan bentuk, dan
2. Kedua zat tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser, yaitu gaya yang
bekerja sejajar dengan permukaan lapisan-lapisan zat cair atau gas yang
mencoba untuk menggeser lapisan-lapisan tersebut antara satu terhadap yang
lain. Oleh karena itu apabila ada sentuhan sedikit saja, dua lapisan yang saling
berdampingan akan bergerak antara satu terhadap lainnya.
Sedang perbedaan utama antara zat cair dan gas adalah sebagai berikut :
8
Universitas Sumatera Utara
1. Zat cair mempunyai permukaan bebas, dan massa zat cair hanya akan mengisi
volume yang diperlukan dalam suatu ruangan, sedangkan gas tidak
mempunyai permukaan bebas dan massanya akan mengisi seluruh ruangan,
dan
2. Zat cair merupakan zat yang praktis tak termampatkan, sedang gas adalah zat
yang bisa dimampatkan.
Perilaku zat cair, terutama air, banyak dipelajari dalam bidang teknik sipil,
sedang gas banyak dipelajari dalam bidang teknik mesin, kimia, aeronotika, dan
sebagainya. Zat cair mempunyai beberapa sifat berikut ini :
1. Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair, akan terbentuk permukaan
bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer,
2. Mempunyai rapat massa dan berat jenis,
3. Dapat dianggap tidak termampatkan (incrompressible),
4. Mempunyai viskositas (kekentalan), dan
5. Mempunyai kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan.
Diantara sifat-sifat tersebut, yang terpenting adalah rapat massa, berat
jenis, dan viskositas. Aliran zat cair dapat diklasifikasikan menjadin beberapa
macam seperti berikut :
2.2.1
Aliran Invisid dan Viskos
(a)
(b)
Gambar 2.1 (a)Aliran Viskos dan (b)Aliran Invisid
9
Universitas Sumatera Utara
Aliran invisid adalah aliran di mana kekentalan zat cair ,µ ,dianggap nol
(zat cair ideal). Sebenarnya zat cair dengan kekentalan nol tidak ada di alam,
tetapi dengan anggapan tersebut akan sangat menyederhanakan permasalahan
yangb sangat kompleks dalam hidraulika. Karena zat cair tidak mempunyai
kekentalan maka tidak terjadi tegangan geser antara partikel zat cair dan antara zat
cair dengan kekentalan kecil seperti air.
Aliran viskos adalah aliran di mana kekentalan diperhitungkan (zat cair
rill). Keadaan ini menyebabkan timbulnya tegangan geser antara partikel zat cair
yang bergerak dengan kecepatan berbeda. Apabila zat cair rill mengalir melalui
bidang batas yang diam, zat cair yang berhubungan langsung dengan bidang batas
tersebut akan mempunyai kecepatan nol (diam). Kecepatan zat cair akan
bertambah sesuai dengan jarak dari bidang tersebut. Apabila medan aliran sangat
dalam/lebar, di luar suatu jarak tertentu dari bidang batas, aliran tidak lagi
dipengaruhi oleh hambatan bidang batas. Pada daerah tersebut kecepatan aliran
hamper seragam. Bagian aliran yang berada dekat dengan bidang batas, di mana
terjadi perubahan kecepatan yang besar dikenal dengan lapis batas (boundary
layer ). Di daerah lapis batas ini tegangan geser terbentuk di antara lapis-lapis zat
cair yang bergerak dengan kecepatan berbeda karena adanya kekentalan zat cair
dan turbulensi yang menyebabkan partikel zat cair bergerak dari lapis yang satu
ke lapis lainnya. Di luar lapis batas tersebut pengaruh tegangan geser yang terjadi
karena adanya bidang batas dapat diabaikan dan zat cair dapat dianggap sebagai
zat cair ideal.
10
Universitas Sumatera Utara
2.2.2
Aliran Kompresibel dan Tak Kompresibel
Semua fluida kompresibel sehingga rapat massanya berubah dengan
perubahan tekanan. Pada aliran mantap dengan perubahan rapat massa kecil,
sering dilakukan penyederhanaan dengan menganggap bahwa zat cair adalah tak
kompresibel dan rapat massa adalah konstan. Oleh karena zat cair mempunyai
kemampatan yang sangat kecil, maka dalam analisis aliran mantap sering
dilakukan anggapan zat cair tak kompresibel. Tetapi pada aliran tak mantap
melalui pipa di mana bisa terjadi perubahan tekanan yang sangat besar, maka
kompresibilitas zat cair harus diperhitungkan.
Untuk gas di mana kemampatannya besar, maka perubahan rapat massa
karena adanya perubahan tekanan harus diperhitungkan.
2.2.3
Aliran Laminer dan Turbulen
(a)
(b)
Gambar 2.2 (a) aliran laminar dan (b) aliran turbulen
Aliran viskos dapat dibedakan dalam aliran laminer dan turbulen. Aliran
laminer adalah apabila partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan
membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Apabila zat
warna diinjeksikan pada suatu titik dalam aliran, maka zat warna tersebut akan
mengalir menurut garis aliran yang teratur seperti benang tanpa terjadi difusi atau
penyebaran.
11
Universitas Sumatera Utara
Pada aliran turbulen Gambar 2.2.b partikel-partikel zat cair bergerak tidak
teratur dan garis lintasannya saling berpotongan. Zat warna yang dimasukkan
pada suatu titik dalam aliran akan terdifusi dengan cepat ke seluruh aliran. Aliran
turbulen terjadi apabila kecepatan aliran besar, saluran besar, dan zat cair
mempunyai kekentalan kecil. Aliran di sungai, saluran irigasi/drainase dan di laut
adalah contoh dari aliran turbulen.
2.2.4
Aliran Mantap dan Tak Mantap
Aliran mantap (steady flow) terjadi jika variabel dari aliran seperti
kecepatan V, tekanan p, rapat massa ρ, penampang aliran A, debit Q, dsb, di
sembarang titik pada zat cair tidak berubah dengan waktu.
Dalam aliran turbulen, gerak partikel zat cair selalu tidak beraturan. Di
sembarang titik selalu terjadi fluktuasi kecil dari kecepatan. Tetapi jika nilai
reratanya pada suatu periode adalah konstan maka aliran tersebut adalah
permanen.
Gambar 2.3 Menunjukkan Kecepatan Sebagai Fungsi Waktu Pada Suatu Titik
Dalam Aliran Turbulen Untuk (a) Aliran Mantap dan (b) Tak Mantap
Aliran tak mantap (unsteady flow) terjadi jika variabel aliran pada setiap
titik berubah dengan waktu.
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3.b menunjukkan kecepatan sebagai fungsi waktu pada suatu
titik dalam aliran turbulen dan tak mantap. Analisis dari aliran ini adalah sangat
kompleks,
biasanya
penyelesaiannya
dilakukan
secara
numerik
dengan
menggunakan komputer.
2.2.5
Aliran Seragam dan Tak Seragam
Aliran disebut seragam (uniform flow) apabila tidak ada perubahan besar
dan arah dari kecepatan suatu titik ke titik yang lain di sepanjang aliran (Gambar
2.4.a). Demikian juga dengan variabel-variabel lainnya seperti tekanan, rapat
massa, kedalaman, debit, dsb.
Aliran tak seragam (nonuniform flow) terjadi jika semua variabel aliran
berubah pada jarak tertentu (Gambar 2.4.b)
Gambar 2.4 (a) Aliran Seragam dan (b) Aliran Tak Seragam
2.2.6
Aliran Satu, Dua dan Tiga Dimensi
Dalam aliran satu dimensi, kecepatan di setiap titik pada tampang lintang
mempunyai besar dan arah yang sama. Sebenarnya jenis aliran semacam ini
sangat jarang terjadi. Tetapi dalam analisa hidraulika, aliran tiga dimensi dapat
disederhanakan menjadi aliran satu dimensi berdasarkan beberapa anggapan,
misalnya mengabaikan perubahan kecepatan vertical dan melintang terhadap
13
Universitas Sumatera Utara
kecepatan pada arah memanjang. Keadaan pada tampang lintang adalah nilai ratarata dari kecepatan, rapat massa, dan sifat-sifat lainnya. Perubahan kecepatan
hanya terjadi pada arah aliran.
Dalam aliran dua dimensi, semua partikel dianggap mengalir dalam bidang
sepanjang aliran, sehingga tidak ada aliran tegak lurus pada bidang tersebut
(Gambar 2.5.b). Bidang tersebut bisa mendatar atau vertikal tergantung pada
masalah yang ditinjau. Apabila distribusi vertikal dari kecepatan atau sifat-sifat
yang lain adalah penting daripada arah melintang maka aliran dapat dianggap dua
dimensi vertikal. Sedang aliran di saluran yang sangat lebar, misalnya di pantai,
maka anggapan aliran dua dimensi mendatar adalah lebih sesuai.
Kebanyakan aliran di alam adalah tiga dimensi, di mana komponen
kecepatan u, v, w adalah sangat sulit. Gambar 2.5.c menunjukkan aliran tiga
dimensi.
Gambar 2.5 (a) Aliran 1 Dimensi, (b) Aliran 2 Dimensi, dan
(c) Aliran 3 Dimensi
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.7
Aliran Rotasional dan Tak Rotasional
Aliran rotasonal adalah bila setiap partikel zat cair mempunyai kecepatan
sudut terhadap pusat massanya.
Gambar 2.6.a. menunjukkan distribusi kecepatan suatu aliran turbulen dari
zat cair rill melalui dinding batas lurus. Karena distribusi kecepatan yang tidak
merata, partikel zat cair akan berotasi. Suatu partikel yang semula kedua
sumbunya saling tegak lurus setelah mengalami rotasi akan terjadi perubahan
sudut. Pada aliran tak rotasional, distribusi kecepatan di dekat dinding batas
adalah merata (Gambar 2.6.b). Suatu partikel zat cair tidak berotasi terhadap pusat
massanya.
Gambar 2.6 (a) Aliran Rotasional dan (b) Tak Rotasional
2.2.8
Aliran Kritis, Subkritis, dan Superkritis
Aliran kritis merupakan kondisi aliran yang dipakai sebagai pagangan
dalam menentukan dimensi bangunan ukur debit. Pada kondisi tersebut, yang
disebut sebagai keadaan aliran modular ialah pada suatu kondisi debitnya
maksimum dan energi spesifiknya adalah minimum.
Fenomena aliran modular pada pintu yang diletakkan di atas ambang
untuk satu energi spesifik yang konstan (
dapat diidentifikasi melalui tiga
kondisi seperti berikut :
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Hubungan Antara Debit dan Tinggi Air pada Kondisi Energi
Spesifik konstan
Gambar 2.8 Gelombang (a) Aliran Sub Kritis, (b) Aliran Kritis, dan (c) Aliran
Super Kritis
Aliran subkritis dan aliran superkritis dapat diketahui melalui nilai
bilangan Froude (F). Bilangan Froude tersebut membedakan jenis aliran menjadi
tiga jenis yaitu aliran kritis, subkritis, dan superkritis (Queensland Department of
Natural Resources and Mines, 2004). Ketiga jenis aliran dapat dijelaskan sebagai
berikut :
a. Aliran subkritis, jika bilangan Froude lebih kecil dari 1 (Fr1). Untuk aliran
superkritis kedalaman relatif lebih kecil dan kecepatan relatif tinggi.
16
Universitas Sumatera Utara
Kondisi aliran melalui pintu sorong (sluice gate) akan tampak jelas apakah
dalam kondisi aliran bebas atau tenggelam, tergantung dari kedalaman air di hilir
pintu yang secara bergantian ditentukan oleh kondisi aliran dihilir pintu tersebut.
Kondisi aliran bebas (free flow) dicapai bila aliran di hulu pintu adalah subkritis,
sedangkan aliran di hilir pintu adalah superkritis (Bambang Triatmodjo, 1996).
2.3
Fluida Statik
Tekanan merupakan faktor yang sangat penting di banyak permasalahan
mekanika fluida dan hidrolika. Gaya yang diberikan berupa padat, cair dan gas.
Tekanan fluida diteruskan dengan intensitas yang sama ke semua arah
berlaku normal disemua wadah. Dalam wadah horizontal yang sama, intensitas
tekanan di cairan adalah sama.
Satuan tekanan pada umumnya ialah lb/ft2 (psf), lb/in2 (psi) atau Pa
(N/m2). Pada kondisi dimana gaya F didistribusikan terhadap luas, didapat :
p=
(2.1)
�
dimana : p = tekanan (Pa)
= gaya (Newton)
� = Luas Penampang (m2)
Tekanan atmosfer mengacu pada tekanan yang kuat pada udara disekitar
kita. Di laut, tekanan atmosfer rata-rata ialah 14,7 psi, 101,3 kPa, 29,9 in (760
mm) dalam air raksa atau 1 atmosfer yang umumnya disebut “tekanan standar
atmosfer”.
17
Universitas Sumatera Utara
2.4
Barometer
Barometer merupakan alat untuk mengukur tekanan atmosfer. Barometer
sederhana terdiri dari tabung 30 inchi (762 mm) yang dimasukkan ke wadah yang
terbuka yang mengandung air raksa dengan ujung tabung tertutup dan tabung
yang terbuka diujung dasarnya dengan air raksa keluar dari tabung. Air raksa naik
ke atas tabung setinggi 30 inchi (762 mm) di dalam laut. Hanya tekanan yang
mampu membuat air raksa naik ke atas tabung dan tentunya jumlah air raksanya
bervariasi sesuai tekanan atmosfernya.
Gambar 2.9 Barometer
2.5
Gaya Hidrostatis di Permukaan
Gaya Yang Diberikan Air Pada Bidang Datar
Gaya F diberikan air pada bidang datar A adalah sama terhadap hasil berat
specifik γ air, kedalaman pusat gravitasi bidang hcg dengan persamaan :
F=γ � .A
(2.2)
dimana : F = gaya ( N )
N
γair = Berat jenis air (
m
� = kedalaman pusat gravitasi (m)
A = Luas Penampang (m2)
18
Universitas Sumatera Utara
2.6
Tenaga Apung dan Daya Apung
2.6.1
Prinsip Archimedes
Prinsip dasar dari tenaga apung dan daya apung pertama kali ditemukan
oleh Archimedes lebih dari 2200 tahun yang lalu. Prinsip Archimedes berbunyi :
“Benda yang mengapung atau tenggelam akan terangkat oleh gaya yang sama
dengan berat air pada volume yang dipindahkan oleh fluida tersebut”. Gaya ini
disebut dengan gaya apung. Benda yang mengapung menggantikan berat benda
itu sendiri pada fluida saat mengapung. Di lain sisi, benda yang mengapung
mengganti volume fluida secukupnya menuju keseimbangan benda tersebut. Titik
yang melalui gaya apung tersebut disebut pusat apung, berada di pusat gravitasi
dari perpindahan fluida tersebut.
Dengan menggunakan prinsip Archimedes, volume benda padat yang tidak
teratur bisa diketahui dengan menentukan berat yang hilang saat benda dicelupkan
sepenuhnya ke dalam fluida yang diketahui specific gravitynya. Specific gravity
air dapat ditentukan dengan mengetahui kedalaman apung dari hidrometer.
Ws = W-Fa
(2.3)
dengan: Ws = berat benda dalam zat cair (Kg.m/s2)
W = berat benda sebenarnya (Kg.m/s2)
Fa = gaya apung (N)
2.6.2
Stabilitas Rendaman Dan Benda Apung
Untuk stabilitas benda yang tenggelam, pusat gravitasi dari benda harus
terletak di bawah pusat gravitasi dari perpindahan air. Jika ada dua titik yang
berhimpit, benda yang tenggelam akan berada pada posisi kesimbangan netral
pada semua posisi.
19
Universitas Sumatera Utara
Untuk stabilitas silinder yang mengapung, pusat gravitasi benda harus
berada dibawah pusat apung.
Stabilitas dari benda apung yang lain tergantung apakah momen geser
akan berubah saat pusat gravitasi dan pusat apung bergeser dari alignment vertical
karena perpindahan pusat apung. Pusat apung akan bergeser jika benda apung
terbalik, karena bentuk fluida yang dipindahkan terganti dan oleh karena itu pusat
gravitasi bergeser. Besarnya gaya apung (Fa) dirumuskan sebagai berikut :
Fa = ρcair Vb g
(2.4)
dengan: ρcair = massa jenis zat cair (kg/m3)
Vb = volume benda yang tercelup (m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
2.7
Persamaan Bernoulli
Pada zat cair diam, gaya-gaya yang bekerja dapat dihitung dengan mudah,
karena dalam hidrostatika hanya bekerja gaya tekanan yang sederhana. Pada zat
cair
mengalir,
permasalahan
menjadi
lebih
sulit.
Faktor-faktor
yang
diperhitungkan tidak hanya kecepatan dan arah partikel, tetapi juga pengaruh
kekentalan yang menyebabkan geseran antara partikel-partikel zat cair dan juga
antara zat cair dan dinding batas. Gerak zat cair tidak mudah diformulasikan
secara matematik, sehingga diperlukan anggapan-anggapan dan percobaanpercobaan untuk mendukung penyelesaian secara teoritis.
Persamaan energi yang menggambarkan gerak partikel diturunkan dari
persamaan gerak. Persamaan energi ini merupakan salah satu persamaan dasar
untuk menyelesaikan masalah yang ada dalam hidrolika. Persamaan energi dapat
ditunjukkan oleh persamaan Euler dan persamaan Bernoulli.
20
Universitas Sumatera Utara
Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus
didasarkan pada hukum Newton II tentang gerak yaitu :
(F= M.a)
(2.5)
Dimana : F = Gaya (Newton)
M = Massa (kg)
a = percepatan (m/� )
Persamaan ini diturunkan berdasarkan anggapan sebagai berikuti ini.
1. Zat cair adalah ideal, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi
akibat gesekan adalah nol),
2. Zat cair adalah homogen dan tidak termampatkan (rapat massa zat cair adalah
konstan),
3. Aliran adalah kontinyu dan sepanjang garis arus,
4. Kecepatan aliran adalah merata dalam suatu penampang,dan
5. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan tekanan.
Gambar 2.10 menunjukkan elemem berbentuk silinder dari suatu tabung
arus yang bergerak sepanjang garis arus dengan kecepatan dan percepatan di suatu
tempat dan suatu waktu adalah V dan a. Panjang, tampang lintang, dan rapat
massa elemen tersebut adalah ds, dA, dan�sehingga berat elemen adalah ds dA �g.
Oleh karena tidak ada gesekan maka gaya-gaya yang bekerja hanya gaya tekanan
pada ujung elemen dan gaya berat. Hasil kali dari massa elemen dan percepatan
harus sama dengan gaya-gaya yang bekerja pada elemen (Schaum, 1995).
21
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Elemen zat cair bergerak sepanjang garis arus
2.8
Debit Aliran
Jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu
satuan waktu disebut debit aliran dan diberi notasi Q. Debit aliran biasanya diukur
dalam volume zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik
per detik (� ⁄� atau satuan yang lain (liter/detik, liter/menit, dsb).
Di dalam zat cair ideal, di mana tidak terjadi gesekan, kecepatan aliran V
adalah sama di setiap titik pada tampang lintang. Gambar 2.11 menunjukkan
distribusi kecepatan aliran untuk zat cair ideal dan zat cair rill melalui pipa dan
saluran terbuka.
Gambar 2.11.a Kecepatan Aliran Melalui Pipa
Gambar 2.11.b Kecepatan Aliran Melalui Saluran Terbuka
Apabila tampang aliran tegak lurus pada arah aliran adalah A, maka debit
aliran diberikan oleh bentuk berikut (Bambang Triatmodjo, 1993) :
22
Universitas Sumatera Utara
(2.6)
Q= AV
Dimana : Q = Debit (� /�
A = Luas Penampang (�
V = Kecepatan (�⁄�
2.9
Analisis Dimensional dan Kesamaan Hidraulik
Teori matematika dan data eksperimen dapat mengembangkan solusi
secara praktis pada banyak kasus hidraulika. Sangat penting struktur hidraulik
sekarang dirancang dan dibangun hanya setelah meluasnya model pembelajaran
yang telah ditemukan.
2.9.1
Analisis Dimensional
Analisis dimensional adalah kuantitas dimensi matematika dan alat
berguna lainnya dari mekanika fluida modern. Dalam persamaan menunjukkan
hubungan fisik antara kuantiti, numerical mutlak dan persamaan dimensional
harus ada. Umumnya, semua hubungan fisik akan berkurang karena gaya kuantiti
fundamental F , panjang L, dan waktu T ( atau massa M, panjang L dan waktu T ).
Applikasi yang dibuat mengubah satu sistem satuan ke lainnya , mengembangkan
persamaan, mengurangi jumlah variable yang dibutuhkan dalam program
eksperimental dan membangun prinsip dari model design.
2.9.2
Model Hidraulik
Model hidraulik, umumnya memiliki semua karakteristik yang signifikan
dari prototype yang diskalakan berupa kesamaan dinamik dan kinematika.
23
Universitas Sumatera Utara
2.9.3
Geometrik Similitude
Geometrik similitude berada diantara model dan prototype jika ratio semua
dimensi korespondensi dan prototypenya sama. Beberapa ratio dapat ditulis
sebagai berikut:
�
dan
�
�
�
= Lratio
atau
�
=
= Lr
= L2ratio = L
(2.7)
(2.8)
Dimana : � = panjang model (m)
� = panjang prototype (m)
�� = luas model (� )
�� = luas prototipe (� )
2.9.4
Kinematik Similitude
Kinematik Similitude berada pada model dan prototype jika perpindahan
partikel sama secara geometrik dan jika ratio kecepatan partikel yang sama adalah
sejajar.
Kecepatan :
�
�
/�
=
/�
Percepatan :
�
=
Discharge :
�
=
Dimana :
�
�
�
=
:
/�
=
:
�
=
:
�
/�
/�
/�
�
=
(2.9)
�
�
�
=
=
�
�
(2.10)
(2.11)
� = panjang model (m)
� = panjang prototype (m)
�� = kecepatan pada model (�⁄�
�� = kecepatan pada prototipe ( �⁄�
�� = waktu pada model (s)
�� = waktu pada prototipe (s)
24
Universitas Sumatera Utara
�� = percepatan pada model (m/� )
�� = percepatan pada prototipe (m/� )
�� = debit pada model (� /�
�� = debit pada prototipe (� /�
2.9.5
Dinamik Similitude
Dinamik similitude berada diantara sistem kesamaan kinematis dan
geometrikal jika rasio dari semua gaya dalam model sama dan prototipe adalah
sama.
Kondisi
yang
dibutuhkan
untuk
melengkapi
similitude
adalah
dikembangkan dari hukum kedua Newton, ƩF x = Ma x. Perwakilan gaya menjadi
salah satu, atau beberapa kombinasi, seperti : gaya lekat, gaya tekan, gaya
gravitasi, gaya tegangan permukaan dan gaya elastisitas:
Ʃ ����
� ⇸
Dimana :
= Massa model (kg)
= Massa prototipe (kg)
�� = percepatan pada model (m/� )
�� = percepatan pada prototipe (m/� )
Ʃ ����
� ⇸
� � ⇸� � � � � ⇸ �� ��
� � ⇸� � � � � ⇸ �� ��
�� ⇸ � � � �
�� ⇸ � � � �
=
� ��
� ��
Rasio Gaya Inersia :
Fr = ρr Lr2 Vr2 = �r Ar2 Vr2
(2.12)
Dimana : Fr = Rasio Gaya Inersia (N)
ρr = rasio massa jenis (kg/m³)
Lr = rasio panjang (m)
Vr = rasio kecepatan (�⁄�
Ar = rasio luas (� )
Persamaan ini menunjukkan hukum dasar dari kesamaan dinamis antara
model dan prototipe dan mengacu pada persamaan Newton.
25
Universitas Sumatera Utara
Rasio Gaya Tekan Inersia :
�
�
=
�
× /�
=
�
� /
=
�
�
=
��
(2.13)
Dimana : M = massa (kg)
a = percepatan (m/� )
� = tekanan (Pa)
� = massa jenis (kg/m³)
A = luas (� )
= panjang (m)
� = waktu (s)
V = kecepatan (m/s)
Rasio Gaya Inersia Gravitasi :
�
�
=
�
�
�
�
=
�
(2.14)
�
Dimana : M = massa (kg)
a = percepatan (m/� )
g = percepatan gravitasi (m/s2)
� = massa jenis (kg/m³)
= panjang (m)
V = kecepatan (m/s)
Rasio Waktu :
Tr =
�
(2.15)
√ � ��
Dimana : Tr = rasio waktu (sekon)
= rasio panjang (m)
= rasio elastisitas (N/m2 atau Pascal)
� = rasio massa jenis (kg/m³)
Rasio waktu digunakan untuk pola aliran yang disebabkan oleh viskositas,
gravitasi, tegangan permukaan dan elastisitas, dengan masing-masingnya.(
Bambang Triatmodjo, 2008)
26
Universitas Sumatera Utara
2.10
Jenis-jenis pintu air
Pada daerah datar, khususnya daerah pantai, kita sering menghadapi
kondisi saluran drainase mempunyai buangan (outlet) di badan air yang muka
airnya berfluktuasi. Saluran drainase yang membuang langsung ke laut
dipengaruhi oleh pasang surut, sedangkan drainase yang membuang ke banjir
kanal dipengaruhi oleh tinggi banjir. Pada kondisi air di hilir tinggi, baik akibat air
pasang maupun air banjir, maka air dari drainase tidak dapat mengalir ke
pembuangan , bahkan dimungkinkan terjadi aliran balik. Pada ujung saluran
drainase perlu dilengkapi dengan bangunan pengatur berpa pintu pengatur untuk
menghindari terjadinya aliran balik.
2.10.1 Pintu Otomatis
Gerakan
membuka
dan
menutup
pintu
mekanis
mengandalkan
keseimbangan momen yang ditimbulkan oleh pemberat pintu dan/atau pelampung
dan tekanan air dibantu oleh momen dari pemberat pintu. Pada saat air di hilir
naik ( akibat pasang surut atau banjir), maka tekanan air di hilir lebih tinggi dari
tekanan air di hulu, sehingga mendorong pintu untuk menutup.
Pintu klep apung terbuka karena momen yang ditimbulkan oleh berat
sendiri pelampung yang terjadi pada saat air di hilir rendah. Pada saat air di hilir
tinggi, pelampung akan mengalami daya angkat (Archimedes) ke atas, sehingga
pintu akan turun pada posisi menutup.
27
Universitas Sumatera Utara
2.10.2 Pintu Manual
Penggunaan pintu manual untuk system drainase atau pengendalian banjir
tidak populer, karena banyak kekurangannya sebagai berikut:
1. Air pasang atau banjir dapat terjadi kapan saja dan sering terjadi tengah
malam, pada saat itu operator pintu sering ketiduran.
2. Pada pintu ukuran besar, pembukaan secara manual sangat memakan waktu
dan bisa jadi kalah cepat dengan datangnya banjir (Suripin, 2004).
2.10.3 Pintu Sorong
Pintu sorong adalah pintu air yang berfungsi sebagai bangunan pengukur
debit pada saluran dan bangunan irigasi. Pintu ini terletak di bawah permukaan
air, yaitu di lantai saluran, terbuat dari pelat tipis yang berfungsi sebagai pembilas
dan dapat dibuka dan ditutup melalui stang ulir dari permukaan.
Ditinjau dari bentuk konstruksinya, bangunan pintu sorong ini dibedakan
atas penampang bulat dan penampang persegi. Pintu sorong yang sering
digunakan adalah pintu sorong berbentuk persegi.
Selanjutnya, jika ditinjau dari jenis aliran di belakang pintu maka jenis
pintu ini dibedakan atas pintu sorong yang terendam dan tidak terendam.
Dalam hal bangunan pintu sorong digunakan sebagai bangunan pengukur
debit pada saluran irigas, maka pada bagian atas pelat perlu dibuat celah
penampang untuk mengantisipasi overflow,atau membuat elevasi pelat bagian atas
pintu sorong lebih rendah daripada permukaan air maksimum. Tetapi apabila
dipakai pada bangunan bagi, umumnya bangunan pintu sorong ini dipergunakan
sebagai bangunan sadap pada sisi saluran irigasi, dan bangunan pengendali muka
air yang merangkap bangunan pengukur debit melintang saluran biasanya
28
Universitas Sumatera Utara
digunakan jenis bangunan pelimpah yang juga berfungsi mengakomodasi
overflow.
Rumus debit yang dapat dipakai untuk pintu sorong adalah :
Q = K.µ.a.b.√ �
(2.16)
dimana : Q = debit(� /s)
K = faktor aliran tenggelam (Grafik 2.12)
μ = koefisien debit (Grafik 2.13)
a = bukaan pintu (m)
b = lebar pintu (rn)
g = percepatan gravitasi (m/ s )
= kedalaman air di depan pintu di atas ambang (m)
Lebar standar untuk pintu pembilas bawah (undersluice) adalah 0,50 m;
0,75 m; 1,00 m; 1,25 m dan 1,50 m. Kedua ukuran yang terakhir memerlukan dua
stang pengangkat.
Gambar 2.12 Grafik koefisien K untuk debit tenggelam
Keuntungan penggunaan pintu sorong :
1. Tinggi muka air hulu dapat dikontrol dengan tepat,
2. Pintu pembilas kuat dan sederhana, dan
3. Sedimen yang diangkut oleh saluran hulu dapat melewati pintu.
Adapun kerugiannya antara lain :
29
Universitas Sumatera Utara
1. Benda-benda yang hanyut bisa tersangkut di pintu, dan
2. Kecepatan aliran dan permukaan air hulu dapat dikontrol dengan baik jika
aliran modular (Makmur Ginting, 2014).
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.13 (a) Pintu Sorong, (b) Penampang Pintu Sorong, dan
(c) Arah Aliran Pada Pintu Sorong
2.10.4 Pintu Radial
Pintu khusus dari pintu sorong adalah pintu radial. Pintu ini dapat dihitung
dengan persamaan 2.16 dan harga koefisiennya diberikan pada gambar 2.14
Gambar 2.14 Koefisien debit μ masuk permukaan pintu datar atau lengkung
30
Universitas Sumatera Utara
Kelebihan-kelebihan yang dimiliki pintu radial:
1. Hampir tidak ada gesekan pada pintu,
2. Alat pengangkatnya ringan dan mudah diekplotasi,dan
3. Bangunan dapat dipasang di saluran yang lebar.
Kelemahan-kelemahan yang dimiliki pintu radial:
1. Bangunan tidak kedap air,
2. Biaya pembuatan bangunan mahal,dan
3. Paksi pintu memberi tekanan horisontal besar jauh di atas pondasi.
2.10.5 Pintu Skot Balok
Dilihat dari segi konstruksi, pintu skot balok merupakan peralatan yang
sederhana. Balok-balok profil segi empat itu ditempatkan tegak lurus terhadap
potongan segi empat saluran. Balok-balok tersebut disangga di dalam sponeng/
alur yang lebih besar 0,03m sampai 0,05m dari tebal balok-balok itu sendiri.
Dalam bangunan-bangunan saluran irigasi, dengan lebar bukaan pengontrol 2,0 m
atau lebih kecil lagi, profil – profil balok seperti yang diperlihatkan pada Gambar
2.15 biasa dipakai.
Gambar 2.15 Koefisien debit untuk aliran di atas skot balok potongan
segi empat (� ≈ 1.0)
31
Universitas Sumatera Utara
Aliran pada skot balok dapat diperkirakan dengan menggunakan
persamaan tinggi debit berikut :
Q=� �
2
3
√2⁄3 b 1 1.5
(2.17)
Dimana : Q = debit (3 /s)
= Koefisien debit
= Koefisien kecepatan dating
g = percepatan gravitasi (m/ s2 )
b = Lebar normal (m)
1 = Kedalaman air di atas skot balok (m)
Koefisien debit untuk potongan segi empat dengan tepi hulu yang
tajamnya 90 derajat, sudah diketahui untuk nilai banding 1 ⁄ kurang dari 1,5
(Gambar 2.15).
Untuk harga- harga 1 ⁄ yang lebih tinggi, pancaran air yang melimpah
bisa sama sekali terpisah dari mercu skot balok. Bila 1 ⁄ menjadi lebih besar
dari sekitar 1,5 maka pola alirannya akan menjadi tidak mantap dan sangat
sensitive terhadap ketajaman tepi skot balok bagian hulu. Dan juga, besarnya air
dalam kantong udara di bawah pancaran, dan tenggelamnya pancaran sangat
mempengaruhi debit pada skot balok.
Karena kecepatan datang yang menuju ke pelimpah skot balok biasanya
rendah, 1 ⁄ 1 + 1 < 0,35 kesalahan yang timbul akibat tidak memperhatikan
harga tinggi kecepatan rendah berkenaan dengan kesalahan dalam . Dengan
menggunakan persamaan 2.17 dikombinasi dengan Gambar 2.16 aliran pada skot
balok dapat diperkirakan dengan baik.
Jelaslah bahwa tinggi muka air hulu dapat diatur dengan cara
menempatkan satu atau lebih skot balok. Pengaturan langkah demi langkah ini
dipengaruhi oleh tinggi sebuah skot balok. Seperti yang sudah disebutkan dalam
32
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 ketinggian yang cocok untuk balok dalam bangunan saluran irigasi
adalah 0,20 m.
Kelebihan-kelebihan yang dimiliki pintu skot balok:
1. Kontribusi ini sederhana dan kuat dan
2. Biaya pelaksanaannya kecil.
Kelemahan-kelemahan yang dimiliki pintu skot balok;
1. Pemasangan dan pemindahan balok memerlukan sedikitnya dua orang dan
memerlukan banyak waktu,
2. Tinggi muka air bisa diatur selangkah demi selangkah saja, setiap langkah
sama dengan tinggi sebuah balok,
3. Ada kemungkinan dicuri orang,
4. Skot balok bisa dioperasikan oleh orang yang tidak berwenang,dan
5. Karakteristik tinggi dan debit aliran pada balok belum diketahui secara pasti
(Standar Perencanaan Irigasi, KP-04).
Gambar 2.16 Aliran di bawah pintu sorong dengan dasar horizontal
2.11
Pompa
Pompa dapat diklasifikasikan ke dalam dua kelompok, yaitu pompa turbo
(ritodynamic pump), dan non turbo (positive displacement pump). Pompa turbo
33
Universitas Sumatera Utara
terdiri dari pompa sentrifugal, aliran campuran, dan aliran aksial. Sedangkan non
turbo terdiri dari pompa regenerative, pompa torak (reciprocating), pompa putar
(rotary), pompa vacuum, pompa jet, dan pompa air lift. Masing-masing sub-kelas
selanjutnya masih dibagi lagi menjadi sejumlah jenis yang berbeda-beda, seperti
yang terlihat dalam diagram berikut (suripin, 2004), :
Gambar 2.17 klasifikasi pompa (Kinoshita, J., 1988)
2.12
Kayu
Kayu yang berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat yang berbeda
beda. Bahkan yang berasal dari satu pohon pun dapat memiliki sifat-sifat berbeda
jika dibandingkan bagian ujung dengan pangkalnya. Perlu sifat-sifat kayu
diketahui terlebih dahulu, dan disesuaikan sebelum kayu dipergunakan sebagai
34
Universitas Sumatera Utara
bahan bangunan, industri, maupun untuk pembuatan perabot rumah tangga
(Haygreen and Bowyer, 1996).
2.12.1 Sifat Utama
Kayu sampai saat ini masih banyak dicari dan dibutuhkan orang.
Diperkirakan pada abad-abad yang akan datang kayu masih tetap selalu digunakan
manusia. Dari segi manfaatnya bagi kehidupan manusia, kayu dinilai mempunyai
sifat-sifat utama, yaitu sifat-sifat yang menyebabkan kayu tetap selalu dibutuhkan
manusia. Sifat-sifat utama tersebut antara lain:
•
Kayu merupakan sumber kekayaan alam yang tidak akan habis,
•
Kayu merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan barang
lain,dan
•
Kayu mempunyai sifat-sifat spesifik yang tidak bisa ditiru oleh bahan-bahan
lain (Frick, 1990).
2.12.2 Kekuatan kayu
Kekuatan kayu ialah kemampuan kayu menahan muatan dari luar berupa
gaya-gaya dari luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah
bentuk dan dimensi. Kekuatan kayu memegang peranan penting dalam
penggunaannya sebagai bahan bangunan, perkakas, dan penggunaan-penggunaan
lainnya (Damanauw, 1999).
Keuntungan pada umumnya antara lain:
•
Bahan ringan,
•
Bahan murah terutama di daerah-daerah hutan,
35
Universitas Sumatera Utara
•
Bahan mudah dikerjakan sehingga biaya pembangunan juga rendah,
•
Pelaksanaan cepat dan dapat dikerjakan oleh tenaga yang terdapat dimana saja
(Frick, 1986).
2.12.3 Ciri Umum Kayu Damar Laut
Warna bagian teras umumnya berwarna kuning kecoklatan bila segar,
lambat laun berubah menjadi coklat kekuning-kuningan sampai coklat tua, kayu
damar laut memiliki batasnya tegas dengan gubal yang berwarna lebih muda.
Coraknya polos atau berjalur-jalur warna agak gelap dan terang bergantian pada
bidang radialnya. Tekstur berkisar dari halus sampai kasar, umumnya agak halus.
Arah seratnya lurus sampai terpilin atau berpadu, agak mengkilap sampai
mengkilap. Kesan raba pada bidang tangensial licin, pada bidang radial antara
licin, dan kesat bergantian, disebabkan oleh arah serat yang berpadu.
36
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Mekanika Fluida dan Hidraulika
Mekanika Fluida dan hidraulika merupakan cabang mekanika terapan
yang terurai dari perilaku fluida saat bergerak maupun diam. Dalam fluida statis,
berat spesifik sangat penting, sedangkan dalam fluida dinamis, massa jenis dan
viskositas merupakan komponen utama.
Fluida merupakan zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan bentuknya
dengan bejana. Fluida diklasifikasikan sebagai cair atau gas (Schaum, 1995).
2.2
Sifat-Sifat Air
Tahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil, sehingga fluida
dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruangan/tempat yang membatasinya.
Fluida dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu zat cair dan zat gas.
Zat cair dan zat gas mempunyai sifat-sifat serupa, yang terpenting adalah
sebagai berikut ini:
1. Kedua zat ini tidak melawan perubahan bentuk, dan
2. Kedua zat tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser, yaitu gaya yang
bekerja sejajar dengan permukaan lapisan-lapisan zat cair atau gas yang
mencoba untuk menggeser lapisan-lapisan tersebut antara satu terhadap yang
lain. Oleh karena itu apabila ada sentuhan sedikit saja, dua lapisan yang saling
berdampingan akan bergerak antara satu terhadap lainnya.
Sedang perbedaan utama antara zat cair dan gas adalah sebagai berikut :
8
Universitas Sumatera Utara
1. Zat cair mempunyai permukaan bebas, dan massa zat cair hanya akan mengisi
volume yang diperlukan dalam suatu ruangan, sedangkan gas tidak
mempunyai permukaan bebas dan massanya akan mengisi seluruh ruangan,
dan
2. Zat cair merupakan zat yang praktis tak termampatkan, sedang gas adalah zat
yang bisa dimampatkan.
Perilaku zat cair, terutama air, banyak dipelajari dalam bidang teknik sipil,
sedang gas banyak dipelajari dalam bidang teknik mesin, kimia, aeronotika, dan
sebagainya. Zat cair mempunyai beberapa sifat berikut ini :
1. Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair, akan terbentuk permukaan
bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer,
2. Mempunyai rapat massa dan berat jenis,
3. Dapat dianggap tidak termampatkan (incrompressible),
4. Mempunyai viskositas (kekentalan), dan
5. Mempunyai kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan.
Diantara sifat-sifat tersebut, yang terpenting adalah rapat massa, berat
jenis, dan viskositas. Aliran zat cair dapat diklasifikasikan menjadin beberapa
macam seperti berikut :
2.2.1
Aliran Invisid dan Viskos
(a)
(b)
Gambar 2.1 (a)Aliran Viskos dan (b)Aliran Invisid
9
Universitas Sumatera Utara
Aliran invisid adalah aliran di mana kekentalan zat cair ,µ ,dianggap nol
(zat cair ideal). Sebenarnya zat cair dengan kekentalan nol tidak ada di alam,
tetapi dengan anggapan tersebut akan sangat menyederhanakan permasalahan
yangb sangat kompleks dalam hidraulika. Karena zat cair tidak mempunyai
kekentalan maka tidak terjadi tegangan geser antara partikel zat cair dan antara zat
cair dengan kekentalan kecil seperti air.
Aliran viskos adalah aliran di mana kekentalan diperhitungkan (zat cair
rill). Keadaan ini menyebabkan timbulnya tegangan geser antara partikel zat cair
yang bergerak dengan kecepatan berbeda. Apabila zat cair rill mengalir melalui
bidang batas yang diam, zat cair yang berhubungan langsung dengan bidang batas
tersebut akan mempunyai kecepatan nol (diam). Kecepatan zat cair akan
bertambah sesuai dengan jarak dari bidang tersebut. Apabila medan aliran sangat
dalam/lebar, di luar suatu jarak tertentu dari bidang batas, aliran tidak lagi
dipengaruhi oleh hambatan bidang batas. Pada daerah tersebut kecepatan aliran
hamper seragam. Bagian aliran yang berada dekat dengan bidang batas, di mana
terjadi perubahan kecepatan yang besar dikenal dengan lapis batas (boundary
layer ). Di daerah lapis batas ini tegangan geser terbentuk di antara lapis-lapis zat
cair yang bergerak dengan kecepatan berbeda karena adanya kekentalan zat cair
dan turbulensi yang menyebabkan partikel zat cair bergerak dari lapis yang satu
ke lapis lainnya. Di luar lapis batas tersebut pengaruh tegangan geser yang terjadi
karena adanya bidang batas dapat diabaikan dan zat cair dapat dianggap sebagai
zat cair ideal.
10
Universitas Sumatera Utara
2.2.2
Aliran Kompresibel dan Tak Kompresibel
Semua fluida kompresibel sehingga rapat massanya berubah dengan
perubahan tekanan. Pada aliran mantap dengan perubahan rapat massa kecil,
sering dilakukan penyederhanaan dengan menganggap bahwa zat cair adalah tak
kompresibel dan rapat massa adalah konstan. Oleh karena zat cair mempunyai
kemampatan yang sangat kecil, maka dalam analisis aliran mantap sering
dilakukan anggapan zat cair tak kompresibel. Tetapi pada aliran tak mantap
melalui pipa di mana bisa terjadi perubahan tekanan yang sangat besar, maka
kompresibilitas zat cair harus diperhitungkan.
Untuk gas di mana kemampatannya besar, maka perubahan rapat massa
karena adanya perubahan tekanan harus diperhitungkan.
2.2.3
Aliran Laminer dan Turbulen
(a)
(b)
Gambar 2.2 (a) aliran laminar dan (b) aliran turbulen
Aliran viskos dapat dibedakan dalam aliran laminer dan turbulen. Aliran
laminer adalah apabila partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan
membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Apabila zat
warna diinjeksikan pada suatu titik dalam aliran, maka zat warna tersebut akan
mengalir menurut garis aliran yang teratur seperti benang tanpa terjadi difusi atau
penyebaran.
11
Universitas Sumatera Utara
Pada aliran turbulen Gambar 2.2.b partikel-partikel zat cair bergerak tidak
teratur dan garis lintasannya saling berpotongan. Zat warna yang dimasukkan
pada suatu titik dalam aliran akan terdifusi dengan cepat ke seluruh aliran. Aliran
turbulen terjadi apabila kecepatan aliran besar, saluran besar, dan zat cair
mempunyai kekentalan kecil. Aliran di sungai, saluran irigasi/drainase dan di laut
adalah contoh dari aliran turbulen.
2.2.4
Aliran Mantap dan Tak Mantap
Aliran mantap (steady flow) terjadi jika variabel dari aliran seperti
kecepatan V, tekanan p, rapat massa ρ, penampang aliran A, debit Q, dsb, di
sembarang titik pada zat cair tidak berubah dengan waktu.
Dalam aliran turbulen, gerak partikel zat cair selalu tidak beraturan. Di
sembarang titik selalu terjadi fluktuasi kecil dari kecepatan. Tetapi jika nilai
reratanya pada suatu periode adalah konstan maka aliran tersebut adalah
permanen.
Gambar 2.3 Menunjukkan Kecepatan Sebagai Fungsi Waktu Pada Suatu Titik
Dalam Aliran Turbulen Untuk (a) Aliran Mantap dan (b) Tak Mantap
Aliran tak mantap (unsteady flow) terjadi jika variabel aliran pada setiap
titik berubah dengan waktu.
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3.b menunjukkan kecepatan sebagai fungsi waktu pada suatu
titik dalam aliran turbulen dan tak mantap. Analisis dari aliran ini adalah sangat
kompleks,
biasanya
penyelesaiannya
dilakukan
secara
numerik
dengan
menggunakan komputer.
2.2.5
Aliran Seragam dan Tak Seragam
Aliran disebut seragam (uniform flow) apabila tidak ada perubahan besar
dan arah dari kecepatan suatu titik ke titik yang lain di sepanjang aliran (Gambar
2.4.a). Demikian juga dengan variabel-variabel lainnya seperti tekanan, rapat
massa, kedalaman, debit, dsb.
Aliran tak seragam (nonuniform flow) terjadi jika semua variabel aliran
berubah pada jarak tertentu (Gambar 2.4.b)
Gambar 2.4 (a) Aliran Seragam dan (b) Aliran Tak Seragam
2.2.6
Aliran Satu, Dua dan Tiga Dimensi
Dalam aliran satu dimensi, kecepatan di setiap titik pada tampang lintang
mempunyai besar dan arah yang sama. Sebenarnya jenis aliran semacam ini
sangat jarang terjadi. Tetapi dalam analisa hidraulika, aliran tiga dimensi dapat
disederhanakan menjadi aliran satu dimensi berdasarkan beberapa anggapan,
misalnya mengabaikan perubahan kecepatan vertical dan melintang terhadap
13
Universitas Sumatera Utara
kecepatan pada arah memanjang. Keadaan pada tampang lintang adalah nilai ratarata dari kecepatan, rapat massa, dan sifat-sifat lainnya. Perubahan kecepatan
hanya terjadi pada arah aliran.
Dalam aliran dua dimensi, semua partikel dianggap mengalir dalam bidang
sepanjang aliran, sehingga tidak ada aliran tegak lurus pada bidang tersebut
(Gambar 2.5.b). Bidang tersebut bisa mendatar atau vertikal tergantung pada
masalah yang ditinjau. Apabila distribusi vertikal dari kecepatan atau sifat-sifat
yang lain adalah penting daripada arah melintang maka aliran dapat dianggap dua
dimensi vertikal. Sedang aliran di saluran yang sangat lebar, misalnya di pantai,
maka anggapan aliran dua dimensi mendatar adalah lebih sesuai.
Kebanyakan aliran di alam adalah tiga dimensi, di mana komponen
kecepatan u, v, w adalah sangat sulit. Gambar 2.5.c menunjukkan aliran tiga
dimensi.
Gambar 2.5 (a) Aliran 1 Dimensi, (b) Aliran 2 Dimensi, dan
(c) Aliran 3 Dimensi
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.7
Aliran Rotasional dan Tak Rotasional
Aliran rotasonal adalah bila setiap partikel zat cair mempunyai kecepatan
sudut terhadap pusat massanya.
Gambar 2.6.a. menunjukkan distribusi kecepatan suatu aliran turbulen dari
zat cair rill melalui dinding batas lurus. Karena distribusi kecepatan yang tidak
merata, partikel zat cair akan berotasi. Suatu partikel yang semula kedua
sumbunya saling tegak lurus setelah mengalami rotasi akan terjadi perubahan
sudut. Pada aliran tak rotasional, distribusi kecepatan di dekat dinding batas
adalah merata (Gambar 2.6.b). Suatu partikel zat cair tidak berotasi terhadap pusat
massanya.
Gambar 2.6 (a) Aliran Rotasional dan (b) Tak Rotasional
2.2.8
Aliran Kritis, Subkritis, dan Superkritis
Aliran kritis merupakan kondisi aliran yang dipakai sebagai pagangan
dalam menentukan dimensi bangunan ukur debit. Pada kondisi tersebut, yang
disebut sebagai keadaan aliran modular ialah pada suatu kondisi debitnya
maksimum dan energi spesifiknya adalah minimum.
Fenomena aliran modular pada pintu yang diletakkan di atas ambang
untuk satu energi spesifik yang konstan (
dapat diidentifikasi melalui tiga
kondisi seperti berikut :
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Hubungan Antara Debit dan Tinggi Air pada Kondisi Energi
Spesifik konstan
Gambar 2.8 Gelombang (a) Aliran Sub Kritis, (b) Aliran Kritis, dan (c) Aliran
Super Kritis
Aliran subkritis dan aliran superkritis dapat diketahui melalui nilai
bilangan Froude (F). Bilangan Froude tersebut membedakan jenis aliran menjadi
tiga jenis yaitu aliran kritis, subkritis, dan superkritis (Queensland Department of
Natural Resources and Mines, 2004). Ketiga jenis aliran dapat dijelaskan sebagai
berikut :
a. Aliran subkritis, jika bilangan Froude lebih kecil dari 1 (Fr1). Untuk aliran
superkritis kedalaman relatif lebih kecil dan kecepatan relatif tinggi.
16
Universitas Sumatera Utara
Kondisi aliran melalui pintu sorong (sluice gate) akan tampak jelas apakah
dalam kondisi aliran bebas atau tenggelam, tergantung dari kedalaman air di hilir
pintu yang secara bergantian ditentukan oleh kondisi aliran dihilir pintu tersebut.
Kondisi aliran bebas (free flow) dicapai bila aliran di hulu pintu adalah subkritis,
sedangkan aliran di hilir pintu adalah superkritis (Bambang Triatmodjo, 1996).
2.3
Fluida Statik
Tekanan merupakan faktor yang sangat penting di banyak permasalahan
mekanika fluida dan hidrolika. Gaya yang diberikan berupa padat, cair dan gas.
Tekanan fluida diteruskan dengan intensitas yang sama ke semua arah
berlaku normal disemua wadah. Dalam wadah horizontal yang sama, intensitas
tekanan di cairan adalah sama.
Satuan tekanan pada umumnya ialah lb/ft2 (psf), lb/in2 (psi) atau Pa
(N/m2). Pada kondisi dimana gaya F didistribusikan terhadap luas, didapat :
p=
(2.1)
�
dimana : p = tekanan (Pa)
= gaya (Newton)
� = Luas Penampang (m2)
Tekanan atmosfer mengacu pada tekanan yang kuat pada udara disekitar
kita. Di laut, tekanan atmosfer rata-rata ialah 14,7 psi, 101,3 kPa, 29,9 in (760
mm) dalam air raksa atau 1 atmosfer yang umumnya disebut “tekanan standar
atmosfer”.
17
Universitas Sumatera Utara
2.4
Barometer
Barometer merupakan alat untuk mengukur tekanan atmosfer. Barometer
sederhana terdiri dari tabung 30 inchi (762 mm) yang dimasukkan ke wadah yang
terbuka yang mengandung air raksa dengan ujung tabung tertutup dan tabung
yang terbuka diujung dasarnya dengan air raksa keluar dari tabung. Air raksa naik
ke atas tabung setinggi 30 inchi (762 mm) di dalam laut. Hanya tekanan yang
mampu membuat air raksa naik ke atas tabung dan tentunya jumlah air raksanya
bervariasi sesuai tekanan atmosfernya.
Gambar 2.9 Barometer
2.5
Gaya Hidrostatis di Permukaan
Gaya Yang Diberikan Air Pada Bidang Datar
Gaya F diberikan air pada bidang datar A adalah sama terhadap hasil berat
specifik γ air, kedalaman pusat gravitasi bidang hcg dengan persamaan :
F=γ � .A
(2.2)
dimana : F = gaya ( N )
N
γair = Berat jenis air (
m
� = kedalaman pusat gravitasi (m)
A = Luas Penampang (m2)
18
Universitas Sumatera Utara
2.6
Tenaga Apung dan Daya Apung
2.6.1
Prinsip Archimedes
Prinsip dasar dari tenaga apung dan daya apung pertama kali ditemukan
oleh Archimedes lebih dari 2200 tahun yang lalu. Prinsip Archimedes berbunyi :
“Benda yang mengapung atau tenggelam akan terangkat oleh gaya yang sama
dengan berat air pada volume yang dipindahkan oleh fluida tersebut”. Gaya ini
disebut dengan gaya apung. Benda yang mengapung menggantikan berat benda
itu sendiri pada fluida saat mengapung. Di lain sisi, benda yang mengapung
mengganti volume fluida secukupnya menuju keseimbangan benda tersebut. Titik
yang melalui gaya apung tersebut disebut pusat apung, berada di pusat gravitasi
dari perpindahan fluida tersebut.
Dengan menggunakan prinsip Archimedes, volume benda padat yang tidak
teratur bisa diketahui dengan menentukan berat yang hilang saat benda dicelupkan
sepenuhnya ke dalam fluida yang diketahui specific gravitynya. Specific gravity
air dapat ditentukan dengan mengetahui kedalaman apung dari hidrometer.
Ws = W-Fa
(2.3)
dengan: Ws = berat benda dalam zat cair (Kg.m/s2)
W = berat benda sebenarnya (Kg.m/s2)
Fa = gaya apung (N)
2.6.2
Stabilitas Rendaman Dan Benda Apung
Untuk stabilitas benda yang tenggelam, pusat gravitasi dari benda harus
terletak di bawah pusat gravitasi dari perpindahan air. Jika ada dua titik yang
berhimpit, benda yang tenggelam akan berada pada posisi kesimbangan netral
pada semua posisi.
19
Universitas Sumatera Utara
Untuk stabilitas silinder yang mengapung, pusat gravitasi benda harus
berada dibawah pusat apung.
Stabilitas dari benda apung yang lain tergantung apakah momen geser
akan berubah saat pusat gravitasi dan pusat apung bergeser dari alignment vertical
karena perpindahan pusat apung. Pusat apung akan bergeser jika benda apung
terbalik, karena bentuk fluida yang dipindahkan terganti dan oleh karena itu pusat
gravitasi bergeser. Besarnya gaya apung (Fa) dirumuskan sebagai berikut :
Fa = ρcair Vb g
(2.4)
dengan: ρcair = massa jenis zat cair (kg/m3)
Vb = volume benda yang tercelup (m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
2.7
Persamaan Bernoulli
Pada zat cair diam, gaya-gaya yang bekerja dapat dihitung dengan mudah,
karena dalam hidrostatika hanya bekerja gaya tekanan yang sederhana. Pada zat
cair
mengalir,
permasalahan
menjadi
lebih
sulit.
Faktor-faktor
yang
diperhitungkan tidak hanya kecepatan dan arah partikel, tetapi juga pengaruh
kekentalan yang menyebabkan geseran antara partikel-partikel zat cair dan juga
antara zat cair dan dinding batas. Gerak zat cair tidak mudah diformulasikan
secara matematik, sehingga diperlukan anggapan-anggapan dan percobaanpercobaan untuk mendukung penyelesaian secara teoritis.
Persamaan energi yang menggambarkan gerak partikel diturunkan dari
persamaan gerak. Persamaan energi ini merupakan salah satu persamaan dasar
untuk menyelesaikan masalah yang ada dalam hidrolika. Persamaan energi dapat
ditunjukkan oleh persamaan Euler dan persamaan Bernoulli.
20
Universitas Sumatera Utara
Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus
didasarkan pada hukum Newton II tentang gerak yaitu :
(F= M.a)
(2.5)
Dimana : F = Gaya (Newton)
M = Massa (kg)
a = percepatan (m/� )
Persamaan ini diturunkan berdasarkan anggapan sebagai berikuti ini.
1. Zat cair adalah ideal, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi
akibat gesekan adalah nol),
2. Zat cair adalah homogen dan tidak termampatkan (rapat massa zat cair adalah
konstan),
3. Aliran adalah kontinyu dan sepanjang garis arus,
4. Kecepatan aliran adalah merata dalam suatu penampang,dan
5. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan tekanan.
Gambar 2.10 menunjukkan elemem berbentuk silinder dari suatu tabung
arus yang bergerak sepanjang garis arus dengan kecepatan dan percepatan di suatu
tempat dan suatu waktu adalah V dan a. Panjang, tampang lintang, dan rapat
massa elemen tersebut adalah ds, dA, dan�sehingga berat elemen adalah ds dA �g.
Oleh karena tidak ada gesekan maka gaya-gaya yang bekerja hanya gaya tekanan
pada ujung elemen dan gaya berat. Hasil kali dari massa elemen dan percepatan
harus sama dengan gaya-gaya yang bekerja pada elemen (Schaum, 1995).
21
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Elemen zat cair bergerak sepanjang garis arus
2.8
Debit Aliran
Jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu
satuan waktu disebut debit aliran dan diberi notasi Q. Debit aliran biasanya diukur
dalam volume zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik
per detik (� ⁄� atau satuan yang lain (liter/detik, liter/menit, dsb).
Di dalam zat cair ideal, di mana tidak terjadi gesekan, kecepatan aliran V
adalah sama di setiap titik pada tampang lintang. Gambar 2.11 menunjukkan
distribusi kecepatan aliran untuk zat cair ideal dan zat cair rill melalui pipa dan
saluran terbuka.
Gambar 2.11.a Kecepatan Aliran Melalui Pipa
Gambar 2.11.b Kecepatan Aliran Melalui Saluran Terbuka
Apabila tampang aliran tegak lurus pada arah aliran adalah A, maka debit
aliran diberikan oleh bentuk berikut (Bambang Triatmodjo, 1993) :
22
Universitas Sumatera Utara
(2.6)
Q= AV
Dimana : Q = Debit (� /�
A = Luas Penampang (�
V = Kecepatan (�⁄�
2.9
Analisis Dimensional dan Kesamaan Hidraulik
Teori matematika dan data eksperimen dapat mengembangkan solusi
secara praktis pada banyak kasus hidraulika. Sangat penting struktur hidraulik
sekarang dirancang dan dibangun hanya setelah meluasnya model pembelajaran
yang telah ditemukan.
2.9.1
Analisis Dimensional
Analisis dimensional adalah kuantitas dimensi matematika dan alat
berguna lainnya dari mekanika fluida modern. Dalam persamaan menunjukkan
hubungan fisik antara kuantiti, numerical mutlak dan persamaan dimensional
harus ada. Umumnya, semua hubungan fisik akan berkurang karena gaya kuantiti
fundamental F , panjang L, dan waktu T ( atau massa M, panjang L dan waktu T ).
Applikasi yang dibuat mengubah satu sistem satuan ke lainnya , mengembangkan
persamaan, mengurangi jumlah variable yang dibutuhkan dalam program
eksperimental dan membangun prinsip dari model design.
2.9.2
Model Hidraulik
Model hidraulik, umumnya memiliki semua karakteristik yang signifikan
dari prototype yang diskalakan berupa kesamaan dinamik dan kinematika.
23
Universitas Sumatera Utara
2.9.3
Geometrik Similitude
Geometrik similitude berada diantara model dan prototype jika ratio semua
dimensi korespondensi dan prototypenya sama. Beberapa ratio dapat ditulis
sebagai berikut:
�
dan
�
�
�
= Lratio
atau
�
=
= Lr
= L2ratio = L
(2.7)
(2.8)
Dimana : � = panjang model (m)
� = panjang prototype (m)
�� = luas model (� )
�� = luas prototipe (� )
2.9.4
Kinematik Similitude
Kinematik Similitude berada pada model dan prototype jika perpindahan
partikel sama secara geometrik dan jika ratio kecepatan partikel yang sama adalah
sejajar.
Kecepatan :
�
�
/�
=
/�
Percepatan :
�
=
Discharge :
�
=
Dimana :
�
�
�
=
:
/�
=
:
�
=
:
�
/�
/�
/�
�
=
(2.9)
�
�
�
=
=
�
�
(2.10)
(2.11)
� = panjang model (m)
� = panjang prototype (m)
�� = kecepatan pada model (�⁄�
�� = kecepatan pada prototipe ( �⁄�
�� = waktu pada model (s)
�� = waktu pada prototipe (s)
24
Universitas Sumatera Utara
�� = percepatan pada model (m/� )
�� = percepatan pada prototipe (m/� )
�� = debit pada model (� /�
�� = debit pada prototipe (� /�
2.9.5
Dinamik Similitude
Dinamik similitude berada diantara sistem kesamaan kinematis dan
geometrikal jika rasio dari semua gaya dalam model sama dan prototipe adalah
sama.
Kondisi
yang
dibutuhkan
untuk
melengkapi
similitude
adalah
dikembangkan dari hukum kedua Newton, ƩF x = Ma x. Perwakilan gaya menjadi
salah satu, atau beberapa kombinasi, seperti : gaya lekat, gaya tekan, gaya
gravitasi, gaya tegangan permukaan dan gaya elastisitas:
Ʃ ����
� ⇸
Dimana :
= Massa model (kg)
= Massa prototipe (kg)
�� = percepatan pada model (m/� )
�� = percepatan pada prototipe (m/� )
Ʃ ����
� ⇸
� � ⇸� � � � � ⇸ �� ��
� � ⇸� � � � � ⇸ �� ��
�� ⇸ � � � �
�� ⇸ � � � �
=
� ��
� ��
Rasio Gaya Inersia :
Fr = ρr Lr2 Vr2 = �r Ar2 Vr2
(2.12)
Dimana : Fr = Rasio Gaya Inersia (N)
ρr = rasio massa jenis (kg/m³)
Lr = rasio panjang (m)
Vr = rasio kecepatan (�⁄�
Ar = rasio luas (� )
Persamaan ini menunjukkan hukum dasar dari kesamaan dinamis antara
model dan prototipe dan mengacu pada persamaan Newton.
25
Universitas Sumatera Utara
Rasio Gaya Tekan Inersia :
�
�
=
�
× /�
=
�
� /
=
�
�
=
��
(2.13)
Dimana : M = massa (kg)
a = percepatan (m/� )
� = tekanan (Pa)
� = massa jenis (kg/m³)
A = luas (� )
= panjang (m)
� = waktu (s)
V = kecepatan (m/s)
Rasio Gaya Inersia Gravitasi :
�
�
=
�
�
�
�
=
�
(2.14)
�
Dimana : M = massa (kg)
a = percepatan (m/� )
g = percepatan gravitasi (m/s2)
� = massa jenis (kg/m³)
= panjang (m)
V = kecepatan (m/s)
Rasio Waktu :
Tr =
�
(2.15)
√ � ��
Dimana : Tr = rasio waktu (sekon)
= rasio panjang (m)
= rasio elastisitas (N/m2 atau Pascal)
� = rasio massa jenis (kg/m³)
Rasio waktu digunakan untuk pola aliran yang disebabkan oleh viskositas,
gravitasi, tegangan permukaan dan elastisitas, dengan masing-masingnya.(
Bambang Triatmodjo, 2008)
26
Universitas Sumatera Utara
2.10
Jenis-jenis pintu air
Pada daerah datar, khususnya daerah pantai, kita sering menghadapi
kondisi saluran drainase mempunyai buangan (outlet) di badan air yang muka
airnya berfluktuasi. Saluran drainase yang membuang langsung ke laut
dipengaruhi oleh pasang surut, sedangkan drainase yang membuang ke banjir
kanal dipengaruhi oleh tinggi banjir. Pada kondisi air di hilir tinggi, baik akibat air
pasang maupun air banjir, maka air dari drainase tidak dapat mengalir ke
pembuangan , bahkan dimungkinkan terjadi aliran balik. Pada ujung saluran
drainase perlu dilengkapi dengan bangunan pengatur berpa pintu pengatur untuk
menghindari terjadinya aliran balik.
2.10.1 Pintu Otomatis
Gerakan
membuka
dan
menutup
pintu
mekanis
mengandalkan
keseimbangan momen yang ditimbulkan oleh pemberat pintu dan/atau pelampung
dan tekanan air dibantu oleh momen dari pemberat pintu. Pada saat air di hilir
naik ( akibat pasang surut atau banjir), maka tekanan air di hilir lebih tinggi dari
tekanan air di hulu, sehingga mendorong pintu untuk menutup.
Pintu klep apung terbuka karena momen yang ditimbulkan oleh berat
sendiri pelampung yang terjadi pada saat air di hilir rendah. Pada saat air di hilir
tinggi, pelampung akan mengalami daya angkat (Archimedes) ke atas, sehingga
pintu akan turun pada posisi menutup.
27
Universitas Sumatera Utara
2.10.2 Pintu Manual
Penggunaan pintu manual untuk system drainase atau pengendalian banjir
tidak populer, karena banyak kekurangannya sebagai berikut:
1. Air pasang atau banjir dapat terjadi kapan saja dan sering terjadi tengah
malam, pada saat itu operator pintu sering ketiduran.
2. Pada pintu ukuran besar, pembukaan secara manual sangat memakan waktu
dan bisa jadi kalah cepat dengan datangnya banjir (Suripin, 2004).
2.10.3 Pintu Sorong
Pintu sorong adalah pintu air yang berfungsi sebagai bangunan pengukur
debit pada saluran dan bangunan irigasi. Pintu ini terletak di bawah permukaan
air, yaitu di lantai saluran, terbuat dari pelat tipis yang berfungsi sebagai pembilas
dan dapat dibuka dan ditutup melalui stang ulir dari permukaan.
Ditinjau dari bentuk konstruksinya, bangunan pintu sorong ini dibedakan
atas penampang bulat dan penampang persegi. Pintu sorong yang sering
digunakan adalah pintu sorong berbentuk persegi.
Selanjutnya, jika ditinjau dari jenis aliran di belakang pintu maka jenis
pintu ini dibedakan atas pintu sorong yang terendam dan tidak terendam.
Dalam hal bangunan pintu sorong digunakan sebagai bangunan pengukur
debit pada saluran irigas, maka pada bagian atas pelat perlu dibuat celah
penampang untuk mengantisipasi overflow,atau membuat elevasi pelat bagian atas
pintu sorong lebih rendah daripada permukaan air maksimum. Tetapi apabila
dipakai pada bangunan bagi, umumnya bangunan pintu sorong ini dipergunakan
sebagai bangunan sadap pada sisi saluran irigasi, dan bangunan pengendali muka
air yang merangkap bangunan pengukur debit melintang saluran biasanya
28
Universitas Sumatera Utara
digunakan jenis bangunan pelimpah yang juga berfungsi mengakomodasi
overflow.
Rumus debit yang dapat dipakai untuk pintu sorong adalah :
Q = K.µ.a.b.√ �
(2.16)
dimana : Q = debit(� /s)
K = faktor aliran tenggelam (Grafik 2.12)
μ = koefisien debit (Grafik 2.13)
a = bukaan pintu (m)
b = lebar pintu (rn)
g = percepatan gravitasi (m/ s )
= kedalaman air di depan pintu di atas ambang (m)
Lebar standar untuk pintu pembilas bawah (undersluice) adalah 0,50 m;
0,75 m; 1,00 m; 1,25 m dan 1,50 m. Kedua ukuran yang terakhir memerlukan dua
stang pengangkat.
Gambar 2.12 Grafik koefisien K untuk debit tenggelam
Keuntungan penggunaan pintu sorong :
1. Tinggi muka air hulu dapat dikontrol dengan tepat,
2. Pintu pembilas kuat dan sederhana, dan
3. Sedimen yang diangkut oleh saluran hulu dapat melewati pintu.
Adapun kerugiannya antara lain :
29
Universitas Sumatera Utara
1. Benda-benda yang hanyut bisa tersangkut di pintu, dan
2. Kecepatan aliran dan permukaan air hulu dapat dikontrol dengan baik jika
aliran modular (Makmur Ginting, 2014).
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.13 (a) Pintu Sorong, (b) Penampang Pintu Sorong, dan
(c) Arah Aliran Pada Pintu Sorong
2.10.4 Pintu Radial
Pintu khusus dari pintu sorong adalah pintu radial. Pintu ini dapat dihitung
dengan persamaan 2.16 dan harga koefisiennya diberikan pada gambar 2.14
Gambar 2.14 Koefisien debit μ masuk permukaan pintu datar atau lengkung
30
Universitas Sumatera Utara
Kelebihan-kelebihan yang dimiliki pintu radial:
1. Hampir tidak ada gesekan pada pintu,
2. Alat pengangkatnya ringan dan mudah diekplotasi,dan
3. Bangunan dapat dipasang di saluran yang lebar.
Kelemahan-kelemahan yang dimiliki pintu radial:
1. Bangunan tidak kedap air,
2. Biaya pembuatan bangunan mahal,dan
3. Paksi pintu memberi tekanan horisontal besar jauh di atas pondasi.
2.10.5 Pintu Skot Balok
Dilihat dari segi konstruksi, pintu skot balok merupakan peralatan yang
sederhana. Balok-balok profil segi empat itu ditempatkan tegak lurus terhadap
potongan segi empat saluran. Balok-balok tersebut disangga di dalam sponeng/
alur yang lebih besar 0,03m sampai 0,05m dari tebal balok-balok itu sendiri.
Dalam bangunan-bangunan saluran irigasi, dengan lebar bukaan pengontrol 2,0 m
atau lebih kecil lagi, profil – profil balok seperti yang diperlihatkan pada Gambar
2.15 biasa dipakai.
Gambar 2.15 Koefisien debit untuk aliran di atas skot balok potongan
segi empat (� ≈ 1.0)
31
Universitas Sumatera Utara
Aliran pada skot balok dapat diperkirakan dengan menggunakan
persamaan tinggi debit berikut :
Q=� �
2
3
√2⁄3 b 1 1.5
(2.17)
Dimana : Q = debit (3 /s)
= Koefisien debit
= Koefisien kecepatan dating
g = percepatan gravitasi (m/ s2 )
b = Lebar normal (m)
1 = Kedalaman air di atas skot balok (m)
Koefisien debit untuk potongan segi empat dengan tepi hulu yang
tajamnya 90 derajat, sudah diketahui untuk nilai banding 1 ⁄ kurang dari 1,5
(Gambar 2.15).
Untuk harga- harga 1 ⁄ yang lebih tinggi, pancaran air yang melimpah
bisa sama sekali terpisah dari mercu skot balok. Bila 1 ⁄ menjadi lebih besar
dari sekitar 1,5 maka pola alirannya akan menjadi tidak mantap dan sangat
sensitive terhadap ketajaman tepi skot balok bagian hulu. Dan juga, besarnya air
dalam kantong udara di bawah pancaran, dan tenggelamnya pancaran sangat
mempengaruhi debit pada skot balok.
Karena kecepatan datang yang menuju ke pelimpah skot balok biasanya
rendah, 1 ⁄ 1 + 1 < 0,35 kesalahan yang timbul akibat tidak memperhatikan
harga tinggi kecepatan rendah berkenaan dengan kesalahan dalam . Dengan
menggunakan persamaan 2.17 dikombinasi dengan Gambar 2.16 aliran pada skot
balok dapat diperkirakan dengan baik.
Jelaslah bahwa tinggi muka air hulu dapat diatur dengan cara
menempatkan satu atau lebih skot balok. Pengaturan langkah demi langkah ini
dipengaruhi oleh tinggi sebuah skot balok. Seperti yang sudah disebutkan dalam
32
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 ketinggian yang cocok untuk balok dalam bangunan saluran irigasi
adalah 0,20 m.
Kelebihan-kelebihan yang dimiliki pintu skot balok:
1. Kontribusi ini sederhana dan kuat dan
2. Biaya pelaksanaannya kecil.
Kelemahan-kelemahan yang dimiliki pintu skot balok;
1. Pemasangan dan pemindahan balok memerlukan sedikitnya dua orang dan
memerlukan banyak waktu,
2. Tinggi muka air bisa diatur selangkah demi selangkah saja, setiap langkah
sama dengan tinggi sebuah balok,
3. Ada kemungkinan dicuri orang,
4. Skot balok bisa dioperasikan oleh orang yang tidak berwenang,dan
5. Karakteristik tinggi dan debit aliran pada balok belum diketahui secara pasti
(Standar Perencanaan Irigasi, KP-04).
Gambar 2.16 Aliran di bawah pintu sorong dengan dasar horizontal
2.11
Pompa
Pompa dapat diklasifikasikan ke dalam dua kelompok, yaitu pompa turbo
(ritodynamic pump), dan non turbo (positive displacement pump). Pompa turbo
33
Universitas Sumatera Utara
terdiri dari pompa sentrifugal, aliran campuran, dan aliran aksial. Sedangkan non
turbo terdiri dari pompa regenerative, pompa torak (reciprocating), pompa putar
(rotary), pompa vacuum, pompa jet, dan pompa air lift. Masing-masing sub-kelas
selanjutnya masih dibagi lagi menjadi sejumlah jenis yang berbeda-beda, seperti
yang terlihat dalam diagram berikut (suripin, 2004), :
Gambar 2.17 klasifikasi pompa (Kinoshita, J., 1988)
2.12
Kayu
Kayu yang berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat yang berbeda
beda. Bahkan yang berasal dari satu pohon pun dapat memiliki sifat-sifat berbeda
jika dibandingkan bagian ujung dengan pangkalnya. Perlu sifat-sifat kayu
diketahui terlebih dahulu, dan disesuaikan sebelum kayu dipergunakan sebagai
34
Universitas Sumatera Utara
bahan bangunan, industri, maupun untuk pembuatan perabot rumah tangga
(Haygreen and Bowyer, 1996).
2.12.1 Sifat Utama
Kayu sampai saat ini masih banyak dicari dan dibutuhkan orang.
Diperkirakan pada abad-abad yang akan datang kayu masih tetap selalu digunakan
manusia. Dari segi manfaatnya bagi kehidupan manusia, kayu dinilai mempunyai
sifat-sifat utama, yaitu sifat-sifat yang menyebabkan kayu tetap selalu dibutuhkan
manusia. Sifat-sifat utama tersebut antara lain:
•
Kayu merupakan sumber kekayaan alam yang tidak akan habis,
•
Kayu merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan barang
lain,dan
•
Kayu mempunyai sifat-sifat spesifik yang tidak bisa ditiru oleh bahan-bahan
lain (Frick, 1990).
2.12.2 Kekuatan kayu
Kekuatan kayu ialah kemampuan kayu menahan muatan dari luar berupa
gaya-gaya dari luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah
bentuk dan dimensi. Kekuatan kayu memegang peranan penting dalam
penggunaannya sebagai bahan bangunan, perkakas, dan penggunaan-penggunaan
lainnya (Damanauw, 1999).
Keuntungan pada umumnya antara lain:
•
Bahan ringan,
•
Bahan murah terutama di daerah-daerah hutan,
35
Universitas Sumatera Utara
•
Bahan mudah dikerjakan sehingga biaya pembangunan juga rendah,
•
Pelaksanaan cepat dan dapat dikerjakan oleh tenaga yang terdapat dimana saja
(Frick, 1986).
2.12.3 Ciri Umum Kayu Damar Laut
Warna bagian teras umumnya berwarna kuning kecoklatan bila segar,
lambat laun berubah menjadi coklat kekuning-kuningan sampai coklat tua, kayu
damar laut memiliki batasnya tegas dengan gubal yang berwarna lebih muda.
Coraknya polos atau berjalur-jalur warna agak gelap dan terang bergantian pada
bidang radialnya. Tekstur berkisar dari halus sampai kasar, umumnya agak halus.
Arah seratnya lurus sampai terpilin atau berpadu, agak mengkilap sampai
mengkilap. Kesan raba pada bidang tangensial licin, pada bidang radial antara
licin, dan kesat bergantian, disebabkan oleh arah serat yang berpadu.
36
Universitas Sumatera Utara