PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM

Transkripsi

1

2 " PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM PRESS RELEASE Oleh: Yeri Sutopo 07/259267/SMU/282 j PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSIT AS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2014

3 , PRESS RELEASE PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM (SELF AND ARTIFICIAL AIR ENTRAINMENT IN STEEP CHANNEL) LATAR BELAKANG Oleh: Yen Sutopo 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

4 , 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 Pemasukan Udara 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) 1,0 = 0,9 e 0,8 :s r 0,7 Q 0,6 -(IS = 0,5 = 0,4 -! 0,3 Q 0,2 If O ;~' 0 '-----,, ' ff~' 8,, 0,1 0,0 ~1 0,0 o fg6 [l h 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 72 m dari inlet flume 2

5 Profil Distribusi konsentrasi gelembung udara C eksperimen (gabungan) di titik 7,2 m dari inletflume, 0,9 -r;; 0,8 = ~ 0,7 "E J 0,6 ~ = '/ -: 0,5 i = :): gf 0,4 Iff ~ 0,3~ ~ 02 ~ ~ '~?- 0,1 ~ or o x + t(k X x:w: )K+, "/ ~ /1' x X)KIII+ )K l~ +C_Eksp_15 derajat_9,4 1/s C_Eksp_15 derajat_ll,5 1/s C_Eksp_15 derajat_20,91/s XC_Eksp_20 derajat_9,41/s ~C_Eksp_20derajat_ll,51/s C_Eksp_20 derajat_20,91/s C_Eksp_25 derajat_9,41/s C_Eksp_25 derajat_ll,5 1/s C_Eksp_25 derajat_20,9 1/s Konsentrasi 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 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

6 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 adajah 2,9% 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 Pemasukan Udara 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

7 ],0 :=- II) 0,9 = e 0,8 ;a "'" 0,7,Q 0,6 ts = 0,5 :m = 0,4! 0,3 :s 0,2 If 'N 0,] J - ", ~,),,:-: ' ' KonsentrasigelembungudaraC (%) eksperimen di wilayah ftee surface 1- aeration " " e Ko~ntrasi gelembung udarac(%) ' " surface teon(chanson, aeration 1995)di wilayah ftee "- -' - J --,-- 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 di free 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

8 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

9 MANF AAT 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 luncur pelimpah 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

10 DAFTAR RIW AYAT HIDUP 1 Nama Drs Yeri Sutopo, MPd, MT 2 Tempat dan Tanggal Lahir Surakarta,30 Juli NIP PangkatiGolongan PembinaIIV a 5 Jabatan Akademik Lektor Kepala 6 Unit Kerja FakultasTeknik UNNES 7 Alamat Kantor UniversitasNegeri Semarang FakultasTeknik, Jurusan Teknik Sipil Gedung E3-E4 Kampus Sekaran Gunungpati Semarang Telp/Fax Alamat Rumah J1Taman Kradenan Asri G-3/G-4 9 Semarang (024) / yerg4g@gmailcomlyerg3g@yahoocom 10 Nama Istri DraElyRudyatmi,MSi 11 NamaAnak 1 Rifky Ruriardi 2 ShaniRuri Efendi 3 Cindy Syaharani Ruriasri 12 Pendidikan Formal: Tingkat Nama dan Tempat Lembaga Pendidikan Keahlian Tahun Ijazah Sekolah Dasar SD Taman Siswa Surakarta

11 r Menengah ST Negeri 4 Surakarta Teknik 1979 Pertama Bangunan Menengah Atas STM Negeri 1 Surakarta Teknik 1982 Bangunan Satjana (S-I) Drs IKIP Yogyakarta Teknik 1986 Bangunan Pascasatjana IKIP Jakarta Pendidikan 1992 Pendidikan Kejuruan Pra Pascasarjana Fakultas Teknik UGM Teknik Sipil 1997 (pra S-2) Yogyakarta (Lulusan Terbaik) Pascasatjana/S-2 Program PascasaIjana Teknik Sipil 2002 (MT) UGM Yogyakarta S-3 Teknik Sipil Program PascasaIjana FT Teknik Sipil 2014 Fakultas Teknik UGM Yogyakarta UGM Yogyakarta 13 Pengalaman Jabatanlpenghargaan: No Namadan Tempat Lembaga Kursus I Fakultas Teknik UGM Yogyakarta 2 PPB UGM Yogyakarta 3 DP2M DIKTI Depdiknas Nama Kursus Tahoo Pra Pascasarjana (pra S-2) 1997 TOEFL 2009 Pelatihan Pemanfaatan Hasil 2011 Penelitian, Pengabdian Masyarakat yang Berpotensi Paten 14 Publikasi Ilmiah yang Berkaitan dengan Disertasi No Nama Seminar atau Conference ludul Makalah Tempatffahun l Seminar Nasional PeneHtianDisertasi Doktor Pemasukan Udara Alamiah (self air entrainment) Di Saluran Curam Yogyakarta, 14 Juli

12 2 The in ASEAN Civil Data Acquisition System Yogyakarta, Engineering Conftrence of Air Bubbles in Steep November 20II and The 4th Channel Flow Environmental Engineering Conftrence 3 Konferensi Nasional Distribusi Konsentrasi Bandung,20 Pascasarjana Teknik Sipil dan kecepatan Desember 20II 20tI Gelembung Udara pada Kondisi Pemasukan Udara Alamiah (self air entrainment) Di Saluran Curam 4 Pertemuan Ilmiah Sistem Akuisisi Data Bandung, 10 Tahunan HATHI XXIX, Tekanan Oi Saluran Oktober 2012 Bandung Curam (Pemakalah Terbaik) 5 Konferensi Nasional Indeks Kavitasi pada ITB Bandung, 15 Pascasarjana Teknik Sipil Aliran Superkritik Oi Oesember Saluran Curam 6 Engineering International Aerator Performance in Pandanaran Hotel Conftrence, 2013 Reducing Phenomenon Semarang, 8 of Cavitation in Januari 2013 Supercritical Flow in Steep Channel Bed 7 Engineering International Self Air Entrainment in Pandanaran Hotel Conference, 2013 Supercritical Flow in Semarang, 21 Steep Channels November