LAPORAN MEKANIKA FLUIDA PENGUKURAN DEBIT SECARA LANGSUNG DAN TIDAK LANGSUNG

LAPORAN MEKANIKA FLUIDA

PNGUKURAN DEBIT SECARA LANGSUNG DAN TIDAK LANGSUNG

OLEH :

KELOMPOK 1

1.     ABDUL WAHID                              (C1J011014)

2.     BAIQ DENDE NOVITASARI        (C1J011014)

3.     HULFITA ARIANI                          (C1J011033)

4.     IGA DAINTY                                   (C1J011037)

5.     ROZAN FIKRI                                (C1J011071)

6.     TRI DEWI NOVITASARI              (C1J011082)

7.     ZURIANI                                         (C1J011094)

8.    HARIS MUNANDAR                     (C1J211030)

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PANGAN DAN AGROINDUSTRI UNIVERSITAS MATARAM

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air adalah salah satu hal yang tidak bisa dipisahkan lagi dalam kehidupan sehari-hari. Air digunakan dalam banyak hal, baik dalam kegiatan sehari-hari, industri, peternakan maupun pertanian. Air merupakan zat yang mampu mengalir dengan molekul-molekulnya yang bergerak dan mampu berbentuk seperti wadah penampungnya.

Pada kegiatan pertanian, air merupakan hal yang sangat penting. Terutama pemenuhan kebutuhan pada lahan persawahan yang merupakan tempat penanaman padi yang akan menjadi kebutuhan primer umat manusia. Air yang biasa digunakan pada lahan pertanian biasanya dialiri melalui irigasi. Namun, pada musim kemarau air pada irigasi yang tersedia biasanya mengalami penurunan volume dan debit.

Debit adalah sejumlah zat cair yang mengalir pada tiap satuan waktu sepanjang bagian dari alirannya. Debit dipengaruhi oleh viskositas atau kekentalan suatu fluida, lintasan alir suatu fluida, volume, tinggi air, penghambat (misalnya: sampah pada irigasi atau sungai) dan lain sebagainya. Pada praktikum ini dilakukan pengukuran debit dengan menggunakan pelampung dan bendung untuk mengetauhui debit air pada irigasi pertanian.

1.2. Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dilaksanakannya praktikum ini adalah untuk mengetahui debit air dengan menggunakan bendung segitiga, dendung segiempat, pelampung tangkai dan pelampung permukaan.

BAB II

 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sungai

Sungai merupakan salah satu unsur penting dalam siklus air di bumi, oleh karena itu pemahaman perilaku sungai dan pengelolaannya merupakan pengetahuan penting dalam keteknikan pertanian, demikian pula ahli bidang ilmu lain. Ahli lingkungan misalnya, meneliti sedimen sungai yang berasal dari buangan limbah serta pengaruhnya terhadap lingkungan. Sedangkan ahli teknik keairan, mengelola sungai untuk keperluan reservoir, perencanaan bangunan dan penanggulangan daya rusak air. Untuk keperluan tersebut, diperlukan pengetahuan tentang sungai dan pengalirannya, seperti morfologi sungai, sejarah perkembangan sungai serta pola pengaliran sungai. Sungai mempunyai fungsi mengumpulkan curah hujan dalam suatu daerah tertentu dan mengalirkannya ke laut. Sungai itu dapat digunakan juga untuk berjenis-jenis aspek seperti pembangkit tenaga listrik, pelayaran, pariwisata, perikanan, dan lain-lain. Dalam bidang pertanian sungai berfungsi sebagai sumber air yang penting untuk irigasi.

2.2. Aliran Air

Sungai adalah jalur aliran air di atas permukaan bumi yang di samping mengalirkan air juga mengangkut sedimen yang terkandung dalam air sungai tersebut. Jadi sedimen terbawa hanyut oleh aliran air, yang dapat dibedakan sebagai muatan dasar (bed load) dan muatan melayang (suspended load). Sedang muatan melayang terdiri dari butiran halus, senantiasa melayang di dalam aliran air. Untuk butiran yang sangat halus, walaupun air tidak lagi mengalir, tetapi butiran tersebut tidak mengendap serta airnya tetap saja keruh dan sedimen semacam ini disebut muatan kikisan (wash load). Untuk kebutuhan usaha pemanfaatan air, pengamatan permukaan air sungai dilaksanakan pada tempat-tempat dimana akan dibangun bangunan air seperti bendungan, bangunan- bangunan pengambil air dan lain-lain. Utnuk kebutuhan usaha pengendalian sungai atau pengaturan sungai, maka pengamatan itu dilaksanakan pada tempat yang dapat memberikan gambaran mengenai banjir termasuk tempat-tempat perubahan tiba-tiba dari penampang sungai.

Aliran air yang terjadi di permukaan tanah setelah jenuhnya tanah lapisan permukaan disebut runoff. Air hujan yang jatuh di permukaan bumi akan menjadi aliran permukaan (runoff) setelah tanah di lapisan permukaan jenuh oleh air hujan dan proses hujan memiliki intensitas lebih besar dari laju perkolasi. Aliran permukaan kemudian saling bertemu pada jaringan pengaliran yang kecil sebagai anak-anakan sungai. Aliran tersebut terus berkumpul dan selanjutnya akan bertemu di sungai sebagai aliran air yang lebih besar dimana aliran permukaan berpadu dengan aliran bawah permukaan (interflow) dan aliran dasar (base flow) (Sosrodarsono dan Takeda, 1993).

2.3. Bendung

Bendung adalah pembatas yang dibangun melintasi sungai yang dibangun untuk mengubah karakteristik aliran sungai. Dalam banyak kasus, bendung merupakan sebuah kontruksi yang jauh lebih kecil dari bendungan yang menyebabkan air menggenang membentuk kolam tetapi mampu melewati bagian atas bendung. Bendung mengizinkan air meluap melewati bagian atasnya sehingga aliran air tetap ada dan dalam debit yang sama bahkan sebelum sungai dibendung. Bendung bermanfaat untuk mencegah banjir, mengukur debit sungai, dan memperlambat aliran sungai sehingga menjadikan sungai lebih mudah dilalui (Anonim, 2013).

2.4. Debit

Menurut Asdak (1995), debit adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Debit sungai adalah volume air yang mengalir melalui suatu penampang lintang pada suatu titik tertentu per satuan waktu, pada umumnya dinyatakan m3/detik. Debit sungai diperoleh setelah mengukur kecepatan air dengan alat pengukur atau pelampung untuk mengetahui data kecepatan aliran sungai dan kemudian mengalirkannya dengan luas melintang (luas potongan lintang sungai) pada lokasi pengukuran kecepatan tersebut.

Debit aliran adalah laju air ( dalam bentuk volume air ) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu.Dalam system SI besarnya debti dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik ( m³/dt).Sedangkan dalam laporan-laporan teknis, debit aliran biasanya ditunjukan dalam bentuk hidrograf aliran.Hidrograf aliranadalah suatu perilaku debit sebagai respon adanya perubahan karakteristik biogeofisik yang berlangsung dalam suatu DAS oleh adanya kegiatan pengelolaan DAS dan/ atau adanya perubahan (fluktuasi musiman atau tahunan) iklim local.

Teknik pengukuran debit aliran langsung di lapangan pada dasarnya dapat dilakukan melalui empat katagori ( Gordon et al., 1992):

1.    Pengukuran volume air sungai

2.    Pengukuran debiut dengan cara mengukur kecepatan aliran dan menentukan luas penampang melintang sungai.

3.    Pengukuran debit dengan menggunakan bahan kimia ( pewarna) yang dialirkan dalam aliran sungai (substance tracing method).

4.    Pengukuran debit dengan membuat bangunan pengukuran debit seperti weir ( aliran air lambat) atau flume ( aliran cepat).

2.5. Kategori Pengukuran Debit

Pada katagori pengukuran debit yang kedua, yaitu pengukuran debit dengan bantuan alat ukur current meter atau sering dikenal sebagai pengukuran debit melalui pendekatan velocity-area method yang paling banyak digunakan dan berlaku untuk kebanyakan aliran sungai. Current meter  berupa alat yang berbentuk propeller dihubungkan dengan kotak pencatat ( monitor yang akan mencatat jumlah putaran selama propeller tersebut berada dalam air) kemudian dimasukan ke dalam sungai yang akan diukur kecepatan alirannya.Bagian ekor alat tersebut yang berbentuk seperti sirip akan berputar karena gerakan lairan air sunagi.Kecepatan lairan air akan ditentukan dengan jumlah putaran per detik yang kemudian dihitung akan disajikan dalam monitor kecepatan rata-rata aliran air selama selang waktu tetentu. Pengukuran dilakukan dengan membagi kedalaman sungai menjadi beberapa bagian dengan leber permukaan yang berbeda (Shogiie, 2012).

BAB III

METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1. Waktu dan Tempat Praktikum

            Praktikum ini dilaksanakan pada hari Minggu, tanggal November 2013 di Saluran Irigasi Tanjung Karang, Ampenan, Mataram.

3.2. Alat dan Bahan Praktikum

            Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah pelampung tangkai, pelampung permukaan, bendung segitiga, bendung segiempat, meteran, stopwatch, dan alat tulis.

3.3. Prosedur Kerja

            Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut :

3.3.1. Menghitung Debit Aliran Menggunakan  Pelampung Tangkai Dan Permukaan.

1.      Disiapkan alat dan bahan praktikum

2.      Diukur lebar saluran

3.      Diukur panjang saluran

4.      Dialirkan pelampung tangkai dialiran sungai sejauh 50 m dan dicatat waktunya.

5.      Dilakukan 3 kali ulangan.

6.      Diukur kedalaman tangkai

7.      Dialirkan pelampung permukaan dialiran sungai sejauh 50 m dan dicatat waktunya.

8.      Dilakukan 3 kali ulangan.

9.      Dihitung waktu rata-rata untuk pelampung tangkai dan permukaan

10.  Dihitung kecevatan aliran untuk pelampung tangkai dan permukaan

11.  Dihitung luas penampan aliran

12.  Dihitung debit aliran untuk pelampung tangkai dan permukaan

3.3.2. Menghitung Debit Aliran Menggunakan  Bendung Segitiga Dan Bendung Segiempat.

1. Disiapkan alat dan bahan praktikum.

2. Dipasang bendung segitiga

3. Diukur nlai D, h, dan B.

4. Dihitung nilai koefisien (k).

5. Dihitung debit aliran

6. Dipasang bendung segiempat.

7. Diukur nlai D, h, b dan B.

8. Dihitung nilai koefisien (k).

9. Dihitung debit aliran.

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

4.1. Hasil Pengamatan

Tabel 1.  Hasil Pengamatan Menggunakan Pelampung Tangkai dan Pelampung Permukaan

No.	Jenis Pelampung	Panjang Saluran	Lebar Saluran		Waktu
		(meter)	(meter)	1	2	3
1.	Tangkai	50	2,6	88 det.	102 det.	87 det.
2.	Permukaan	50	2,6	94 det.	95 det.	85 det.

Tabel 2. Hasil Pengamatan Menggunakan Bendung Segitiga dan Bendung Segiempat.

No.	Jenis Bendung	D (cm)	h (cm)	B (cm)	b (cm)
1.	Segitiga	17	5	98	-
2.	Segiempat	10,5	7,5	98	20,5

4.2. Perhitungan

Pengukuran debit  air  secara  tidak langsung  kayu dan tangkai dengan menggunakan pelampung

1.  Pelampung tangkai

Diketahui :  1.  Panjang lintasan/saluran  = 50 m

        2.  Lebar saluran 2,6 m dengan interval  50 cm

        3. Ukuran setiap interval

Interval 50 :

1 = 0

2 = 44 cm

3 = 45 cm

4 =42 cm

5 = 48 cm

6 = 0

Hitung Σh :

Σh        = 44 + 45 + 42 + 48 = 179 cm = 1,79 m

A         = Σh .Δx

= 1,79 x 50 = 89,5 m

Penyelesaian :

1.    Pengukuran pelampung tangkai

Ulangan 1  1 menit 28 detik     88 detik

  2  1 menit 42 detik   102 detik

              3  1 menit 27 detik =     87 detik    +

                                          277  detik : 3 = 92,3 detik

λ        =

=

= 0,16

          = 1-0,1166 ( )

= 1- 0,1166 ( )

= 1- 0,1166 (0,92- 0,1)

= 1- 0,1166 (0,82)

= 1- 0.096

= 0,9

= 0,542 x 0,9

=0,49 m/detik

= 89,5  m²x 0,49 m/detik

= 43, 855 m³/s

2.      Pelampung permukaan

Ulangan :   1  1 menit 34 detik   =   94 detik

2  1 menit 35 detik   =   95 detik

                        3  1 menit 25 detik   =   85 detik    +

                                                          274 : 3 = 91,3 detik

Penyelesaian :

= 0, 55 x 0,86

= 0, 47 m/detik

= 89,5 m² x 0,47 m/detik

= 42,065 m³/detik                  

3.      Bendung segitiga

Diketahui :

Diameter (D)   = 17 cm

Tinggi (h)        = 5 cm

B                     = 98 cm

Penyelesaian :

k          = 81,2 +  + ( 8,4 +  ) + (  - 0,09 )

            = 81,2 +  + ( 8,4 +  ) + (  - 0,09 )

            = 81,27

Q         =

            =

            = 4543,13 cm­³/detik

4.      Bendung Segiempat

Diketahui :

Diameter (D)   = 17 cm

Tinggi (h)        = 5 cm

B                     = 98 cm

b                      = 20,5 cm

Penyelesaian :

k          = 107,1 +  + 14,2  + 25,7  + 2,04

            = 107,1 +  + 14,2  + 25,7  + 2,04

            = 104,174

Q         =

            =

            = 43863,68 cm­³/detik

BAB V

PEMBAHASAN

Air adalah hal yang sangat dibutuhkan dan tidak bisa dipisahkan lagi dalam kehidupan sehari-hari. Terutama untuk memenuhi kebutuhan air dalam pertanian. Pada praktikum kali ini, dilakukan perhitungan debit air pada irigasi tanjung karang, Ampenan, Mataram.

Dilakukan empat kali percobaan dengan dua pelampung yang berbeda. Didapatkan hasil yang berbeda pada pelampung tangkai dan pelampung permukaan. Nilai debit pada pelampung tangkai lebih tinggi dibandingkan nilai debit pada pelampung permukaan. Selisih nilai debit keduanya sebesar 1,79 m³/detik. Selisih ini bisa jadi karena perbedaan berat jenis pelampung. Hal lain, dapat disebabkan karena letak atau posisi saat dialiri diatas permukaan air. Pada pelampung permukaan, posisi pelampung berada pada permukaan air sungai, sehingga debit air yang dihasilkan dipengaruhi oleh angin dan tekanan atmosfer yang ada di udara sehingga debit air yang dihasilkan pun lebih kecil dibandingkan pelampung tangkai.

Pelampung tangkai sebagian dari badanya tenggelam atau berada didalam aliran air sungai, sehingga nilai debit air yang dihasilkan lebih besar. Hal tersebut juga dikarenakan aliran sungai yang berada dibawah permukaan ikut mendorong pelampung tangkai, sehingga debitnya pun lebih besar dibandingkan nilai debit air dengan menggunakan pelampung permukaan.

Baik pelampung tangkai maupun pelampung permukaan memiliki kecepatan aliran yang hampir sama. Waktu tempuh pun hampir sama. Hal ini membuktikan, baik pelampung tangkai dan pelampung permukaan memiliki kemampuan tempuh yang sama besar terlepas dari bagian pelampung yang berada di atas permukaan air maupun yang tenggelam.

Perhitungan nilai debit air menggunakan bendung pada dasarnya memiliki tujuan yang sama dengan menggunakan pelampung tangkai dan permukaan. Namun nilai debit yang dihasilkan berbeda sangat jaug. Penggunaan bendung segitiga menghasilkan debit sebesar 4543,13 cm³/detik, sedangkan bendung segi empat menghasilkan debit sebesar 43863,68 cm­³/detik. Nilai yang bebeda jauh ini menunjukkan bahwa bentuk bendung mempengaruhi debit aliran air suatu sungai. Penggunaan bendung segitiga menunjukkan bahwa  aliran air mampu dibendung lebih baik. Karena bentuk dari bendung segitiga yang mengerucut, sehingga air tidak mudah untuk melewati bendung seggitiga. Bendung ini sangat cocok digunakan pada musim kemarau, dimana pembendungan air guna menyimpan dalam menghadapi musim kemarau sangat  dibutuhkan.

Lain halnya dengan bendung segiempat. Bendung ini menghasilkan nilai debit air yang sangat besar. Hal ini menyimpulkan bahwa air yang lewat melalui bendung ini banyak, sehingga debit airnya pun besar. Bendung ini sangat baik digunakan pada daerah pertanian yang memiliki kawasan luas untuk diairi.

Selain bentuk dan kecepatan aliran air, luas permukaan juga mempengaruhi debit air. Terlihat pada pelapung tangkai dan pelampung permukaan yang memiliki luas permukaan yang berbeda sehingga menghasilkan debit air yang berbeda pula. Begitu juga dengan penggunaan bendung, yang masing-masing bendungnya memiliki luas permukaan yang berbeda. Pada bendung segitiga, jalan lewatnya air sempit karena bentuknya yang mengkerucut, sehingga  debit air pun kecil. Begitu pula dengan bendung segi empat yang memiliki jalur air yang lebar dan luas sehingga air leluasa melauinya.

BAB IV

PENUTUP

6.1. Kesimpulan

1.    Nilai debit menggunakan pelampung tangkai lebih besar dibandingkan menggunakan pelampung permukaan.

2.    Pelampung permukaan hanya terapung diatas aliran sungai.

3.    Sebagian pelampung tangkai berada dibawah permukaan aliran sungai.

4.    Bendung segitiga memiliki nilai debit yang lebih kecil dibandingkan bendung segi empat.

5.    Bendung segi empat memiliki jalur lewat air lebih lebar dibandingkan bendung segitiga yang mengerucut.

6.    Debit air dipengaruhi oleh kecepatan aliran sungai, luas permukaan, serta alat yang digunakan untuk menghitungnya.

6.2.  Saran

Pemilihan irigasi agar ditentukan terlebih dahulu dengan pasti, agar tidak kebingungan untuk mencari tempat lain. Bila perlu dilakukan survei terlebih dahulu.