DEBIT ALIRAN

A. PENDAHULUAN

Salah satu fungsi utama dari DAS adalah sebagai pemasok air dengan kuantitas dan

kualitas yang baik terutama bagi orang di daerah hilir. Alih guna lahan hutan menjadi lahan

pertanian akan mempengaruhi kuantitas dan kualitas tata air pada daerah aliran sungai (DAS)

yang akan lebih dirasakan oleh masyarakat di daerah hilir. Konversi hutan menjadi lahan

pertanian mengakibatkan penurunan fungsi hutan dalam mengatur tata air, mencegah banjir,

longsor dan erosi pada DAS tersebut (Giancoli, 2001).

Untuk menjaga agar air yang keluar dari DAS tidak melebihi dari kapasitas penerimaan

dihilir, perlu dilakukan perhitungan debit air. Perhitungan debit air ini penting untuk menentukan

langkah selanjutnya agar fungsi DAS dapat berjalan dengan baik dan menguntungkan bagi

manusia dan ekosistem.

Untuk menaksir atau memperkirakan debit aliran dan laju aliran air bersih terdapat

beberapa metode yang dapat digunakan yaitu berdasarkan jumlah pemakai, jenis, dan jumlah alat

plambing, unit beban alat plambing, dan pemakaian air terhadap waktu.

B. TUJUAN

Tujuan dari praktikum “Debit Aliran” ini adalah untuk memahami prinsip pengukuran

debit aliran.

C. DASAR TEORI

Pada umumuya aliran fluida dapat dibedakan atas aliran dalam saluran, yaitu aliran yang

dibatasi oleh permukaan-permukaan keras, dan aliran sekitar benda, yang dikelilingi oleh fluida

yang selanjutnya tidak terbatas. Daerah Aliran Sungai (DAS) menurut Dictionary of Scientic and

Technical Term (Lapedes et al, 1974), DAS (Watershed) diartikan sebagai suatu kawasan yang

mengalirkan air ke satu sungai utama. DAS adalah suatu wilayah penerima air hujan yang

dibatasi oleh punggung bukit atau gunung, dimana semua curah hujan yang jatuh diatasnya akan

mengalir di sungai utama dan akhirnya bermuara ke laut (Giancoli, 2010).

Debit aliran adalah jumlah air yang mengalir dalam satuan volume per waktu. Debit

adalah satuan besaran air yang keluar dari Daerah Aliran Sungai (DAS). Satuan debit yang

digunakan adalah meter kubir per detik (m3/s). Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk

volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu (Streeter, 1895).

Dalam praktek, sering variasi kecepatan pada tampang lintang diabaikan, dan kecepatan

aliran dianggap seragam di setiap titik pada tampang lintang yang besarnya sama dengan

kecepatan rerataV, sehingga debit aliran adalah:

Q = A . V

Dengan :

Q = Debit Aliran (m3/s)

A = Luas Penampang (m2)

V = Kecepatan Aliran (m/s)

`

Aliran zat cair dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis seperti berikut

Aliran invisid dan viskos. Aliran invisid adalah aliran dimana kekentalan zat cair

dianggap nol (zat cair ideal). Aliran viskos adalah aliran di mana kekentalan diperhitungkan (zat

cair riil).

Semua fluida (termasuk zat cair) adalah kompresibel sehingga rapat massanya berubah

dengan perubahan tekanan. Pada aliran mantap dengan mantap dengan perbuhan rapat massa

kecil, sering dilakukan penyederhanaan dengan menganggap bahwa zat cair adalah tak

kompresibel dan rapat massa adalah konstan (Halliday dan Resnick, 1991).

Aliran laminer dan turbulen. Aliran laminer terjadi apabila partikel-partikel zat cair

bergerak teratur dengan membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Aliran

laminer terjadi apabila kecepatan aliran rendah, ukuran saluran sangat kecil dan zat cair

mempunyai kekentalan besar. Pada aliran turbulen , partikel- partikel zat cair bergerak tidak

teratur dan garis lintasannya saling berpotongan. Aliran turbulen terjadi apabila kecepatan aliran

besar, saluran besar dan zat cair mempunyai kekentalan kecil. Aliran di sungai, saluran

irigasi/drainasi dan di laut adalah contor dari aliran turbulen.

Aliran mantap (steady flow) dan tak mantap (unsteady flow).

Aliran mantap (steady flow) terjadi jika variabel dari aliran (seperti kecepatanV, tekanan p, rapat

massa r, tampang aliranA, debit Q, dsb) disembarang titik pada zat cair tidak berubah dengan

waktu. Aliran tak mantap (unsteady flow) terjadi jika variabel aliran pada setiaP titik berubah

dengan waktu.

Aliran seragam dan tak seragam.

Aliran disebut seragam (uniform flow) apabila tidak ada perubahan besar dan arah dari

kecepatan dari satu titik ke titik yang lain di sepanjang aliran. Aliran tak seragam (non uniform

flow) terjadi jika semua variabel aliran berubah dengan jarak. Aliran satu, dua dan tiga dimensi.

Dalam aliran satu dimensi (1-D), kecepatan di setiap titik pada tampanglintang mempunyai besar

dan arah yang sama. Dalam aliran dua dimensi (2-D), semua partikel dianggap mengalir dalam

bidang sepanjang aliran, sehingga tidak ada aliran tegak lurus pada bidang tersebut.Kebanyakan

aliran di alam adalah tiga dimensi, di mana komponen kecepatan u,v, dan w adalah fungsi dari

koordinat ruang x, y, dan z. analisa dari aliran ini adalah sangat sulit (Tipler, 1998).

Aliran rotasional dan tak rotasional.

Aliran rotasional terjadi apabila setiap partikel zat cair mempunyai kecepatan sudut

terhadap pusat massanya. Partikel zat cair akan berotasi apabila distribusi kecepatan tidak

merata. Pada aliran tak rotasional, distribusi kecepatan di dekat dinding batas merata sehingga

partikel zat cair tersebut tidak berotasi terhadap pusat massanya.

Aliran Kritis, Subkritis dan Superkritis.

Aliran kritis merupakan kondisi aliran yang dipakai sebagai pegangan dalam menentukan dimesi

bangunan ukur debit. Aliran subkritis dan aliran superkritis dapat diketahui melalui nilai

bilangan Froude (F) . Bilangan Froude tersebut membedakan jenis aliran menjadi tiga jenis

yakni: Aliran kritis, Subkritis dan superkritis (Young, 2002).

D. PEMBAHASAN

Pada percobaan untuk mengukur debit air ini dilakukan dengan cara mengamati daun

kering yang melaju pada aliran fluida. Sebelum itu, dilakukan pengukuran lebar, tinggi dan

panjang pipa kaca. Pengukuran ini dilakukan agar dapat mengetahui luas penampang pipa.

Debit aliran adalah laju aliran air yang melewati suatu penampang melintang pada

sungai per satuan waktu. Fungsi dari pengukuran debit aliran adalah untuk mengetahui seberapa

banyak air yang mengalir pada suatu sungai dan seberapa cepat air tersebut mengalir dalam satu

detik. Praktikum tentang debit aliran kali ini dilakukan pada aliran terbuka yang terbuka dari

kaca dengan panjang 1 meter dan lebar 0,06 meter. Yang diisi air hingga mencapai tinggi 0,06 m

sehingga luas penamapang dari pipa tersebut adalah 0,0036 m2.

Hasil pengamatan yang dilakukan tiga kali ini berbeda. Waktu yang ditempuh oleh daun

kering pada ketiga percobaan tersebut berturut-turut adalah 42,36 s, 38,87 s, dan 39,08 s. Karena

berbedanya waktu yang ditempuh, maka kecepatan daun kering tersebut juga berbeda-beda.

Kecepatan daun kering untuk ketiga percobaan tersebut adalah 0,024 ms, 0,026 ms dan 0,026

ms.

Dengan mengalikan luas penampang pipa dengan kecepatan daun kering, maka

didapatkan debit air tersebut masing-masing adalah 8,6×10-5 m3/s, 9,36×10-5 m3/s dan

9,36×10-5 m3/s. Hasil perhitungan pada percobaan kedua dan ketiga adalah sama, hal ini karena

dilakukannya pembulatan bilangan pada hasil kecepatan. Sehingga nilai untuk debit juga relatif

sama.

Dengan mengamati pergerakan daun kering, dapat disimpulkan bahwa fluida dalam pipa

tersebut mengalami suatu pergerakan yang disebut dengan aliran laminer. Aliran laminer terjadi

apabila partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan membentuk garis lintasan kontinyu dan

tidak saling berpotongan. Aliran laminer terjadi apabila kecepatan aliran rendah, ukuran saluran

sangat kecil dan zat cair mempunyai kekentalan besar.

Seperti yang telah disinggung diatas, waktu yang ditmpuh untuk ketiga percobaan

tersebut berbeda-beda. Hal ini dikarenakan beberapa faktor, seperti adanya pengaruh dari luar

(angin, getaran,) yang mempengaruhi kecepatan mengalirnya fluida. Jika angin yang bertiup

meningkat, maka aliran fluida akan bertambah cepat. Jika terdapat getaran mendadak seperti

karena pipa tersenggol praktikan, maka fluid akan berpencar dan tidak stabil alirannya dan

menghambat gerakkan fluida. Adanya perbedaan massa daun kering juga mempengaruhi hasil

pengamatan. Karena setiap sobekan daun kering pada tiap-tiap percobaan berbeda-beda.

Sedangkan faktor yang mempengaruhi debit aliran adalah :

1. Angin

Karena angin berpengaruh pada kecepatan aliran fluida, maka berpengaruh pula pada

debit air. Semakin cepat angin yang berhembus pada aliran tersebut, maka debit aliran akan

semakin tinggi. Dan semakin lambat angin yang berhembus maka aliran akan memiliki

kecepatan yang rendah dan debit air pun akan rendah.

2. Kecepatan aliran

Kecepatan aliran sangat berpengaruh dalam debit aliran. Semakin cepat aliran mengalir,

maka semakin besar debit aliran yang dihasilkan. Semakin lambat aliran mengalir, maka semakin

sedikit debit aliran yang dihasilkan.

3. Permukaan saluran

Debit aliran akan besar apabila permukaan aliran halus atau tidak bergelombang. Karena

permukaan yang kasar atau bergelombang akan mempengaruhi kecepatan aliran sehingga

berdampak pada debit aliran yang dihasilkan. Hal ini juga mempengaruhi kehilangan head aliran

yang berpengaruh pada debit.

Aplikasi pemanfaatan debit aliran saluran terbuka dalam bidang pertanian dapat terlihat

dalam perencanaan bangunan air bersih, pengolahan air limbah, bendungan, bangunan

pengendalian banjir, penanggulangan erosi pantai, pengumpulan dan distribusi air, pembangkit

tenaga mekanis (turbin air, turbin uap, turbin gas, pompa hidrolis, kompresor, gerak pesawat, dan

lain lain

E. KESIMPULAN

Dari praktikum yang kami lakukan dapat kami tsrik kesimpulan :

o Waktu yang ditempuh oleh daun kering pada ketiga percobaan tersebut berturut-turut

adalah 42,36 s, 38,87 s, dan 39,08 s. Kecepatan daun kering untuk ketiga percobaan

tersebut adalah 0,024 ms, 0,026 ms dan 0,026 ms. Debit air tersebut masing-masing

adalah 8,6×10-5 m3/s, 9,36×10-5 m3/s dan 9,36×10- 5 m3/s.

o Fluida dalam pipa tersebut mengalami suatu pergerakan yang disebut dengan aliran

laminer karena partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan membentuk garis

lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan.

o Sedangkan faktor yang mempengaruhi debit aliran adalah angin, kecepatan aliran, dan

kontur permukaan saluran.

o Aplikasi pemanfaatan debit aliran saluran terbuka dalam bidang pertanian dapat terlihat

dalam perencanaan bangunan air bersih, pengolahan air limbah, bendungan, bangunan

pengendalian banjir, penanggulangan erosi pantai, pengumpulan dan distribusi air,

pembangkit tenaga mekanis (turbin air, turbin uap, turbin gas, pompa hidrolis,

kompresor, gerak pesawat, dan lain lain).

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : Erlangga

Giancoli, Douglas C. 2010. Fisika Jilid V (terjemahan). Jakarta : Erlangga

Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : Erlangga

Streeter L, Victor. 1985. Mekanika Fluida. Erlangga: Jakarta

TIM PENYUSUN. 2009. Modul Praktikum Mekanika Fluida. Purwokerto: UNSOED

Tipler, P.A.1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan). Jakarta : Erlangga

Young, Hugh D. & Roger A Freedman. 2002. Fisika Universitas (terjemahan). Jakarta : Erlangg