"

PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DANBUATAN DI SALURAN CURAM

PRESS RELEASE

Oleh:

Yeri Sutopo07/259267/SMU/282

jPROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSIT AS GADJAH MADAYOGYAKARTA

2014

,. . ..

PRESS RELEASE

PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM(SELF AND ARTIFICIAL AIR ENTRAINMENT IN STEEP CHANNEL)

Oleh:Yen Sutopo

LATAR BELAKANG

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 luncur atau

bangunan pelimpah. Di samping itu, pemasukan udara dalam aliran dimungkinkan

untuk mencegah atau mengurangi kerusakan yang diakibatkan oleh kavitasi

(Chanson, 1993).

Menurut Borman seperti yang dikutip oleh Falvey (1980), reSlm

pemasukan udara secara alami di bangunan pelimpah melibatkan tiga wilayah

yaitu (1) no air entrainment, (2) developing, dan (3) fully developed. Aliran

superkritik yang teIjadi di saluran luncur serta pada wilayah pemasukan udara no

air entrainment dan developing diprediksi dapat menyebabkan erosi dan kavitasi.

Prediksi ini didukung oleh Kramer dan Hager (2005) bahwa erosi teIjadi di

wilayah yang mana tekanan rendah serta di wilayah yang mana gelembung udara

belum menyentuh dasar saluran atau di wilayah developing.

Pada saat kecepatan aliran meningkat (makin jauh dari crest pelimpah),

maka tekanan akan berkurang. Penurunan tekanan ini dapat saja cukup besar,

sehingga tekanan aliran tersebut turun mencapai tekanan uapnya (Kramer dan

Hager: 2006). Dalam situasi pendidihan teIjadi, gelembung uap terbentuk dan

kemudian pecah pada saat aliran bergerak ke daerah tekanan yang lebih tinggi

(kecepatan aliran lebih rendah). Pada saat gelembung uap pecah di dekat suatu

batas fisik tertentu, misalnya dasar atau dinding samping chute, maka dapat

menyebabkan kerusakan pada permukaan di daerah kavitasi.

Erosi di saluran luncur dapat dikurangi atau dihilangkan dengan cara (1)

meningkatkan tinggi tekanan, (2) meningkatkan kehalusan dasar dan dinding

1

,..

saluran luncur, (3) memasang slot aeration, dan (4) memasang aerator (Chanson,

1993). Upaya meningkatkan kehalusan dasar dan dinding saluran dengan cara

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

menyarankan agar erosi kavitasi dikurangi atau dihilangkan dengan cara

memasang slot aeration atau aerator.

Masalah yang timbul adalah pengaruh pemasukan udara baik secara

alamiah maupun secara buatan (self and artificial air entrainment) terhadap unjuk

kerja (performance) saluran berkemiringan curam. Oleh karena itu perlu

dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai permasalahan di atas.

HASIL PENELITIAN

Profil Distribusi Konsentrasi Gelembung Udara pada Kondisi PemasukanUdara Alamiah pada 0=25°, Q=20,9 Vs, di titik 7,2 m dari inlet flume

Konsentrasi gelembung udara di dasar kedalaman belum mencapai 10%,

sehingga masih dimungkinkan terjadinya tekanan rendah atau terjadinya indeks

kavitasi yang rendah. Kondisi demikian masih sangat membahayakan bagi

struktur saluran curam atau saluran luncur pelimpah bendungan. Oleh karena itu,

di titik 7,2 m dari inletflume masih diperlukan aerator (Kramer, 2004).

.h 0 ........O;~' ... ·· ···

0.. . '-----.. . ... , ,

§..

' ff~'.8 ..,..,.o.

fg6[l

0,0 ~10,0

o Konsentrasi gelembung udara C (%)eksperimen

----Konsentrasi gelembung udara C (%) teori

(Straub dan Anderson, 1958)

....... Konsentrasi gelembung udara C (%) teori(Chanson, 1995)

20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Konsentrasi gelembung udara C (%)

Gambar 1. Profil distribusi pada a=25°, Q=20,9l/s, di titik 7.2 m dari inlet flume

... 2

1,0

0,9=0,8e

:s 0,7r...Q

0,6(IS

0,5-=

0,4=.! 0,3.-..Q

0,2If

0,1

Profil Distribusi konsentrasi gelembung udara C eksperimen (gabungan) di titik 7,2 m dari inletflume

0,9-.r;; 0,8=~

.§ 0,7"EJ 0,6~= './-: 0,5 i= :)...:

gf 0,4 Iff

~ 0,3~~~ 02 ..

~ '~?-0,1 ~

oro

..,. . "/~ /1'

x+t(K

l~x. )K.

Xx.:w:

X)KIII+.

.)K+

.. +C_Eksp_15 derajat_9,4 1/s.C_Eksp_15 derajat_ll,5 1/s

C_Eksp_15 derajat_20,91/sXC_Eksp_20 derajat_9,41/s~C_Eksp_20derajat_ll,51/s

C_Eksp_20 derajat_20,91/sC_Eksp_25 derajat_9,41/sC_Eksp_25 derajat_ll,5 1/sC_Eksp_25 derajat_20,9 1/s

10 20 80 100,

30 40 50 60 70Konsentrasi gelembung udara C (%)

Gambar 2. C di titik 7,2 m dari inletflume; Q=9,4l/s, 11,5 1/s,dan 20,91/s; serta a= 15°,20°, dan 25°

90

Berdasarkan Gambar 2 di atas, dapat disintesiskan bahwa gelembung udara di titik 7,2 m dari inletflume sudah mencapai dasar

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

.

.

.

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 adaJah2,9%. Berdasarkan pendapat

ahli mengenai bilangan Froude minimal 6 (Pettersson, 2012) atau 7 sampai 8

(Chanson, 199?) serta konsentrasi gelembung udara di dasar saluran <10%, maka

aerator dapat dipasang di penggal 7,2 m di hilir inlet flume. Pada penggal yang

lain tidak diperlukan pemasangan aerator, namun hanya diperlukan penghalusan

pennukaan dasar salurannya.

25/1/11) ? //1// .

1 (, <11111'I

Gambar 3. Dimensi aerator hasil rancangan penelitian

Profil Distribusi Konsentrasi Gelembung Udara pada Kondisi PemasukanUdara Buatan (ArlijicialAir Entrainment) pada «=25°, Q=20,9I/s

Di bawah ini disajikan Gambar 4 tentang Profil distribusi konsentrasi

gelembung udara setelah dipasang aerator.

Gambar 4. Profil distribusi konsentrasi gelembung udara setelah dipasang aerator

... 4

.. ...

...~.,)J.. - ",.,,:-: .'. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .' .

--8-- KonsentrasigelembungudaraC (%)

.J.. . eksperimen di wilayah ftee surface1-.. ... aeration

" " · . . . . e Ko~ntrasigelembungudaraC(%)'. teon(Chanson,1995)diwilayahftee" ... .. surfaceaeration..-- ..

- - . .."- .-.' . ... -.-- ,. ....--.... ........0,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Konsentrasi gelembung udara C (%)

Gambar 5. Profil distribusi (1=25°,Q=20,91/s di titik 7,2 m dari inletflume difree surface aeration tepat di x/l=0,54

KESIMPULAN

Pertama, pada Q=20,9 1/sdan kemiringan dasar aliran (1=25°aerator dapat

dipasang di penggal 7,2 m di hilir inletflume penelitian, karena (1) besar bilangan

Froudenya adalah 6,8, serta (2) konsentrasi gelembung udara di dasar aliran

belurn mencapai 10%; sedangkan pada penggal yang lain tidak diperlukan

pemasangan aerator, namun hanya diperlukan penghalusan permukaan dasar saja;

Kedua, dimensi aerator hasil rancangan penelitian adalah do =7mm

(tinggi deflektor), panjang deflektor=30mm, kedalamanoffsets D =20mm ,

panjang offsets =80 mm, diameter lubang ventilasi 10 mm, dan kemiringan dasar

saluran (1=25°;

Ketiga, persamaan yang dikemukakan oleh Chanson (1995) bahwa

distribusi konsentrasi gelembung udara C (%) di wilayah free surface aeration di

hilir aerator mempunyai distribusi normal atau Gaussian didukung hasil

penelitian, sehingga persamaan ini tidak perlu dimodifikasi;

... 5

] ,0

:=- 0,9II.)=

0,8e;a 0,7"'"

,Q 0,6t.s

0.,5...=:m 0,4=.! 0,3:s

0,2If'N 0,]

..

Keempat, distribusi konsentrasi gelembung udara C (%) di wilayah down

stream flow region tidak homogen. Di dasar aliran, konsentrasi gelembung

udaranya lebih kecil dibanding di bagian tengah dan permukaan aliran. Distribusi

konsentrasi gelembung udara C (%) di wilayah ini cenderung trapesium;

Kelima, pada kemiringan dasar saluran curam a=25°, serta Q=9,4 US,

Q=II,5 USclanQ=20,9 US,di titik 7,2 m dari inletflume pada kondisi pemasukan

udara buatan (artificial air entrainment) di wilayah down stream flow region

setelah aerator yang pertama terpasang tidak diperlukan aerator barn. Di samping

itu, pemasangan aerator di lokasi 7,2 m di hilir inletflume bermanfaat mencegah

teIjadinya kavitasi, karena konsentrasi gelembung udara di dasar aliran mencapai

besaran 33, I% sampai dengan 59,41% yang lebih besar dari 10%.

SARAN

Pertama, berdasarkan kesimpulan penelitian diketahui bahwa pada kondisi

pemasukan udara alamiah (self air entrainment) di saluran curam misalnya chute

spillway yang memiliki kemiringan dasar a=25°, persamaan distribusi konsentrasi

gelembung udara C (%) yang dikemukakan oleh Straub dan Anderson 1958

(Falvey, 1980) memiliki prediksi cukup akurat. Dengan demikian, secara praktis

dapat disarankan, jika terdapat chute spillway yang memiliki kemiringan dasar

a=25°, maka perhitungan distribusi konsentrasi gelembung udara dapat dilakukan

menggunakan persamaan Straub dan Anderson 1958 (Falvey, 1980);

Kedua, dibutuhkan penelitian lanjutan yang memanfaatkan metode analisis

data gelembung udara yang berbeda misalnya menerapkan Image processing

method secara khusus adalah stereomatching method, dengan demikian dapat

digunakan sebagai pengayakan hasil penelitian ini, yang selanjutnya dapat disusun

persamaan empirik tentang distribusi konsentrasi gelembung udara arab vertikal

yang validitas dan reliabilitasnya sangat tinggi;

.. 6

...

MANFAAT PENELITIAN

Manfaat untuk untuk pembangunan negara

a. Kondisi eksisting saluran luncur pelimpah bendungan di Indonesia tidak

banyak yang memanfaatkan teknik artificial air entrainment terutama aerator

untuk mencegah terjadinya kavitasi. Berdasarkan data, di pulau Jawa hanya

pelimpah bendungan Wadas Lintang yang menerapkan teknik ini. Padahal

kerusakan yang diakibatkan oleh fenomena kavitasi sangat berbahaya yaitu

dapat meruntuhkan pelimpah bendungan sekaligus bendungan itu sendiri,

karena struktur ini merupakan pelindung utama bendungan. Oleh karena itu,

hasil penelitian ini mempunyai sumbangan bagi perancang bendungan agar

merubah pola tikir lama yaitu tidak menerapkan teknik artificial air

entrainment terutama aerator sebagai struktur utama di dalam pembangunan

saluran luncur bendungan menjadi menerapkan dalam pembangunan

pelimpah bendungan;

b. Jumlah gelembung udara yang tinggi di dalam aliran terutama di hilir saluran

luncur pelimpah bendungan menyebabkan kecukupan kebutuhan oksigen bagi

biotika di dalam sungai sehingga mendukung kegiatan konservasi lingkungan

yang bersifat green technology, sehingga dapat menjaga jenis dan jumlah

biotika di dasar sungai yang merupakankekayaan alam bangsa Indonesia.

Manfaat untuk pengembangan iImu pengetahuan dan teknologi

a. Secara teoritik hasil penelitian ini dapat mendukung teori distribusi

konsentrasi gelembung udara seperti yang dikemukakan oleh Chanson (1997)

serta Straub dan Anderson (1958) khususnya di wilayah developing di dasar

saluran curam atau di dasar saluran luncurpelimpah bendungan;

b. Secara praktis hasil penelitian ini dapat digunakan untuk. memprediksi

distribusi konsentrasi gelembung udara di wilayah developing pada kondisi

pemasukan udara alamiah (self air entrainment) yang berhubungan dengan

pencegahan tetjadinya kavitasi di dasar saluran curam atau di dasar saluran

luncur pelimpah bendungan.

.. 7

..

DAFTAR RIW AYAT HIDUP

12. Pendidikan Formal:

Tingkat Nama dan TempatLembaga Pendidikan

Keahlian Tahun Ijazah

Sekolah Dasar SD Taman SiswaSurakarta

1975

...8

1. Nama Drs. Yeri Sutopo, M.Pd., M.T.

2. Tempat dan Tanggal Lahir Surakarta,30 Juli1963

3. NIP 196307301987021001

4. PangkatiGolongan PembinaIIV a

5. JabatanAkademik Lektor Kepala

6. Unit Kerja FakultasTeknik UNNES

7. Alamat Kantor UniversitasNegeri Semarang

FakultasTeknik, Jurusan Teknik Sipil

Gedung E3-E4 Kampus Sekaran

Gunungpati Semarang 50229 Telp/Fax

024-8508102

8. Alamat Rumah J1.Taman Kradenan Asri G-3/G-4

Semarang (024) 8502419/08164884232

9. Email yerg4g@gmail.comlyerg3g@yahoo.com10. Nama Istri Dra.ElyRudyatmi,M.Si.11. NamaAnak 1. Rifky Ruriardi

2. ShaniRuriEfendi

3. Cindy Syaharani Ruriasri

r.

13. Pengalaman Jabatanlpenghargaan:

No. Namadan TempatLembaga Kursus

I. Fakultas Teknik UGMYogyakarta

2. PPB UGM Yogyakarta

3. DP2M DIKTI Depdiknas

Nama Kursus Tahoo

Pra Pascasarjana (pra S-2) 1997

TOEFL 2009

Pelatihan Pemanfaatan Hasil 2011Penelitian, Pengabdian Masyarakatyang Berpotensi Paten

14. Publikasi Ilmiah yang Berkaitan dengan Disertasi

No. Nama Seminar atauConference

ludul Makalah Tempatffahun

l. Seminar NasionalPeneHtianDisertasiDoktor

Pemasukan UdaraAlamiah (self airentrainment) Di SaluranCuram

Yogyakarta, 14 Juli2011

9

Menengah ST Negeri 4 Surakarta Teknik 1979Pertama Bangunan

Menengah Atas STM Negeri 1 Surakarta Teknik 1982Bangunan

Satjana (S-I) Drs. IKIP Yogyakarta Teknik 1986Bangunan

.Pascasatjana IKIP Jakarta Pendidikan 1992Pendidikan Kejuruan

Pra Pascasarjana Fakultas Teknik UGM Teknik Sipil 1997(pra S-2) Yogyakarta (Lulusan

Terbaik)

Pascasatjana/S-2 Program PascasaIjana Teknik Sipil 2002(M.T.) UGM Yogyakarta

S-3 Teknik Sipil Program PascasaIjana FT Teknik Sipil 2014Fakultas Teknik UGM YogyakartaUGM Yogyakarta

..

.. 10

2. The in ASEAN Civil Data Acquisition System Yogyakarta, 22-23Engineering Conftrence of Air Bubbles in Steep November 20IIand The 4th Channel FlowEnvironmentalEngineering Conftrence

3. Konferensi Nasional Distribusi Konsentrasi Bandung,20Pascasarjana Teknik Sipil dan kecepatan Desember 20II20tI Gelembung Udara pada

Kondisi PemasukanUdara Alamiah (self airentrainment) Di SaluranCuram

4. Pertemuan Ilmiah Sistem Akuisisi Data Bandung, 10Tahunan HATHI XXIX, Tekanan Oi Saluran Oktober 2012Bandung Curam (Pemakalah

Terbaik)

5. Konferensi Nasional Indeks Kavitasi pada ITB Bandung, 15Pascasarjana Teknik Sipil Aliran Superkritik Oi Oesember 20122012 Saluran Curam

6. Engineering International Aerator Performance in Pandanaran HotelConftrence, 2013 Reducing Phenomenon Semarang, 8

of Cavitation in Januari 2013Supercritical Flow inSteep Channel Bed

7. Engineering International Self Air Entrainment in Pandanaran HotelConference, 2013 Supercritical Flow in Semarang, 21

Steep Channels November 2013