PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM - repository civitas UGM

\ ~ I\ ~ c A l onmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN
BUATAN DI SALURAN CURAM ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFED
PRESS

RELEASE

Oleh:
Veri Sutopo
07/259267/SMU/282

PROGRAM PASCASARJANA FAKUL T AS TEKNIK
UNIVERSIT AS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2014

PRESS

PEMASUKAN

UDARA ALAMIAH

(S E L F A N D A R T IF IC IA L

A IR

R E L E A S E onmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

DAN BUATAN GFEDCBA
D I SALURAN CURAM

E N T R A IN M E N T

IN S T E E P

CHANNEL)

Oleh:
Yeri Sutopo
LATARBELAKANG

Pada aliran superkritik,

udara dari atmosfir

masuk ke dalam

aliran.

Masuknya udara dalam aliran akan memperbesar volume aliran, yang mana hal ini
dapat menyebabkan aliran melimpas di atas dinding samping saluran luneur atau
bangunan pelimpah. Di samping itu, pemasukan udara dalam aliran dimungkinkan
untuk meneegah

atau mengurangi

kerusakan yang diakibatkan

oleh kavitasi

(Chanson, 1993).

Menurut
pemasukan
yaitu (1)

Borman

seperti

yang

dikutip

oleh

Falvey

(1980),

resim

udara seeara alami di bangunan pelimpah melibatkan tiga wilayah
no

a ir

e n tr a in m e n t,

(2)

d e v e lo p in g ,

dan (3)

fu lly

d e v e lo p e d .

Aliran

superkritik yang terjadi di saluran luncur serta pada wilayah pemasukan udara

a ir e n tr a in m e n t

dan

d e v e lo p in g

no

diprediksi dapat menyebabkan erosi dan kavitasi.

Prediksi ini didukung oleh Kramer dan Hager (2005) bahwa erosi terjadi di
wilayah yang mana tekanan rendah serta di wilayah yang mana gelembung udara
belum menyentuh dasar saluran atau di wilayah

d e v e lo p in g .

Pada saat keeepatan aliran meningkat (makin jauh dari

crest

pelimpah),

maka tekanan akan berkurang. Penurunan tekanan ini dapat saja eukup besar,
sehingga tekanan aliran tersebut turun meneapai tekanan uapnya (Kramer dan
Hager: 2006). Dalam situasi pendidihan

terjadi, gelembung uap terbentuk dan

kemudian peeah pada saat aliran bergerak ke daerah tekanan yang lebih tinggi
(keeepatan aliran lebih rendah). Pada saat gelembung uap peeah di dekat suatu
batas fisik tertentu, misalnya dasar atau dinding samping

c h u te ,

maka dapat

menyebabkan kerusakan pada permukaan di daerah kavitasi.
Erosi di saluran luneur dapat dikurangi atau dihilangkan dengan eara (l)
meningkatkan

tinggi tekanan,

(2) meningkatkan

kehalusan dasar dan dinding IHGFEDCBA

I

saluran luncur, (3) memasang ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
s l o t a e r a t i o n , dan (4) memasang
1993). Upaya meningkatkan

a e r a to r

(Chanson,

kehalusan dasar dan dinding saluran dengan cara

menggunakan material tertentu merupakan langkah yang mahal. Chanson (1993)
menyarankan

memasang

agar

erosi

s lo t a e r a tio n

Masalah

kavitasi

atau

yang timbul

adalah pengaruh

dihilangkan

pemasukan

dengan

cara

udara baik secara

(s e lf a n d a r tific ia l a ir e n tr a in m e n t)

saluran

(p e r fo r m a n c e )

atau

a e r a to r .

alamiah maupun secara buatan
kerja

dikurangi

berkemiringan

curam.

Oleh

terhadap unjuk

karena

itu perlu

dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai permasalahan di atas.

HASIL PENELITIAN
Profil Distribusi Konsentrasi Gelembung Udara pad a Kondisi Pemasukan
Udara Alamiah pada 0.=25°, Q=20,9I1s, di titik 7,2 m dari i n l e t f l u m e

Konsentrasi gelembung udara di dasar kedalaman belum mencapai 10%,
sehingga masih dimungkinkan
kavitasi

yang rendah.

terjadinya tekanan rendah atau terjadinya indeks

Kondisi

demikian

masih

sangat membahayakan

bagi

struktur saluran curam atau saluran luncur pelimpah bendungan. Oleh karena itu,
di titik 7,2 m dari
1,0
~= =

E
~
~
~

0,9
0,8
0,7'
06

..!IC:

'

S

0,5

in le t flu m e

I

masih diperlukan aerator (Kramer, 2004).

~~~'-'-'-""()~~~~~~;r~::~=t=t'~~=--~~

1 ~ ...,'

fU r

~ :

•

1

~

t .

0,4

==
oS
0,3

:;s.
=

~

,

~

02,

{

0,1
0,0

,

= t

"o !

==

~

..

I

~

!

+
+

Konsentrasi gelembung udara C (%)
eksperimen
- - - - Konsentrasi gelembung udara C (%) teori
(Straub dan Anderson, 1958)

••••••• Konsentrasi gelembung udara C (%) teori
•
,
(Chanson, 1995)
1 ;: ~ + _ - .

0,0

40,0

20,0

60,0

80,0

.

100,0

Konsentrasi gelembung udara C (%)

Gambar 1. Profil distribusi pada

a= 25°.

Q=20.9 US. di titik 7.2 m dari

in le t flu m e

2

P r o fil D is tr ib u s i

k o n se n tr a si

g e le m b u n g

u d a r a C e k s p e r im e n

(g a b u n g a n )

d i t i t i k 7 , 2 m d a r i ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
i n l e t f l u m e onmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFED

0,9 IHGFEDCBA

-'fil

0,8

=~=

.§

0,7

~- O'6!~
"C

.::c
::

=

0,5

~

be

'J

=
~

=

,:

t
+

+C_Eksp_15 derajat_9,4 l i s
.C_Eksp_15 derajat_ll,5 1/s
AC_Eksp_15 derajat_20,91/s
XC_Eksp_20 derajat_9,41/s
~C_Eksp_20derajat_ll,51/s
eC_Eksp_20 derajat_20,91/s
.J C_Eksp_25 derajat_9,41/s

~

'

~

•.

t-

:- I- - - - - f- ;
~

0,4

_'
1 - ,

<

..•..

:-:

e

",

~

,,> :-"

,

+

,.
+

==
==

.

•
""-',

t

••

02

""

•.

.•.

-,

t

~"'!!I!',

~-

I.'

+)-

t

,

. .-' , -

;

t
+

e-: •.

,.

I" "

~

t

L'

J

+-

t-

.,

,t

• .

~
.J.

.

•.
~

"

~ t"I,.

.• • . :

0,3

t

:

t.,.

to

r"

t

•. ,.4.

r t

.•..

v

- - f- - - - - -

' ~.!' ' - :
.

-~

T

+

0,1 ~ ,_
.,

,"";'T
,

,':;,
t

+-

~

t

t

1

,

1 "-'

-

.r,..

'

t
•. "

,

10

20

;
t

30

40

K o n se n tr a si

Gambar 2. C di titik 7,2 m dari

C_Eksp_25 derajat_ll,5 1/s
C_Eksp_25 derajat_20,91/s

I

F

0

o

i

..

t

+
J.

~l

'

,

~ t

~

50
g e le m b u n g

i n l e t f l u m e ; Q = 9 ,4 l / s ,

L

I

I

I

60

70

80

90

100

udara C (% )

11,5 1/s, dan 20,91/s; serta

Berdasarkan Gambar 2 di atas, dapat disintesiskan bahwa gelembung udara di titik 7,2 m dari

a=

15°,20°, dan 25°

in le t flu m e

saluran yang besarnya 3%, dengan demikian dapat dikatakan bahwa wilayah ini termasuk dalam

sudah mencapai dasar

k a te g o r ifu lly

a e r a te d flo w .

3

Rancangan Aerator untuk Meningkatkan

Konsentrasi Gelembung Udara

Bilangan Froude pada titik 7,2 m di a=25° dan debit=20,9 l/s adalah 6,8.
Konsentrasi gelembung udara di dasar saluran adalah 2,9%. Berdasarkan pendapat
ahli mengenai bilangan Froude minimal 6 (pettersson,

2012) atau 7 sampai 8

(Chanson, 1995) serta konsentrasi gelembung udara di dasar saluran