\~I\~cAl

PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DANBUATAN DI SALURAN CURAM

PRESS RELEASE

Oleh:

Veri Sutopo07/259267/SMU/282

PROGRAM PASCASARJANA FAKUL TAS TEKNIKUNIVERSIT AS GADJAH MADA

YOGYAKARTA2014

PRESS RELEASE

PEMASUKAN UDARA ALAMIAH DAN BUATAN DI SALURAN CURAM(SELF AND ARTIFICIAL AIR ENTRAINMENT IN STEEP 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 Borman seperti yang dikutip oleh Falvey (1980), resim

pemasukan udara seeara alami di bangunan pelimpah melibatkan tiga wilayah

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

superkritik yang terjadi 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 terjadi di

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

belum menyentuh dasar saluran atau di wilayah developing.

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 chute, 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

I

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 pad a Kondisi PemasukanUdara Alamiah pada 0.=25°,Q=20,9I1s, 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 inlet flume masih diperlukan aerator (Kramer, 2004).

--~~~~~'-'-'-""()~~~~~~;r~::~=t=t'~~=-'..,I1,0 I

~ 0,9 =t== "o!

E 0,8 1 ~ ...,' fUr ~ :~ 0,7' •~~ 06..!IC: '

S 0,5 1

== ~~ 0,4 t .== ! +oS 0,3 ~ ~ +:;s. .~ 02, • ,= ,

{ 0,1 1 ;: ~+_-.0,0

0,0

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 80,060,0

Konsentrasi gelembung udara C (%)

100,0

Gambar 1. Profil distribusi pada a=25°. Q=20.9 US. di titik 7.2 m dari inlet flume

2

Prof

ilD

istr

ibus

iko

nsen

tras

ige

lem

bung

udar

aC

eksp

erim

en(g

abun

gan)

ditit

ik7,

2m

dari

inle

tflu

me

0 ,9

-'fil0,8

== ~ .§0,

7"C - ~O

'6!~

",~

+C_E

ksp_

15de

raja

t_9,

4lis

.~

t'

.::c•

,,>

:-"

•.~

.C_E

ksp_

15de

raja

t_ll,

51/

s::

0,5

""-',

,::-

I-----f-

;+

+t-

, +A

C_E

ksp_

15de

raja

t_20

,91/

s==

~~

t•.

,.=

'J_'

•.t

be+)

-.•.

~+

XC

_Eks

p_20

dera

jat_

9,41

/s==

0,4

1-,

<-,

"t-

=..•.

.~t"I

,.,

.,~

,

~C_E

ksp_

20de

raja

t_ll,

51/s

:-:

.••.

:t

;•.

,tt

~~

te

0,3

~"'!!I

!',tt

..'-,-e-:•

.L'

:t

rteC

_Eks

p_20

dera

jat_

20,9

1/s

••~-

J,.

tot.,.

=I.

'~

r"•.

,~

..J.

+-I"

"v

.4..•..

.JC

_Eks

p_25

dera

jat_

9,41

/s02

--f-

-----

""'~

'-:

,':;,

ti

.-~

+1

"-'

+t

IC

_Eks

p_25

dera

jat_

ll,5

1/s

.!'T

-.r,..

t+-

J...

0,1

~,_

'~

tt

•."

;

FC

_Eks

p_25

dera

jat_

20,9

1/s

,"";'T

~l

t.,

,'

,1

,L

II

I

0o

1020

3040

5060

7080

9010

0K

onse

ntra

sige

lem

bung

udar

aC

(%)

Gam

bar

2.C

ditit

ik7,

2m

dari

inle

tflu

me;

Q=9,

4l/s,

11,5

1/s,

dan

20,9

1/s;

serta

a=15

°,20°

,da

n25

°

Ber

dasa

rkan

Gam

bar

2di

atas

,dap

atdi

sint

esis

kan

bahw

age

lem

bung

udar

adi

titik

7,2

mda

riin

letf

lum

esu

dah

men

capa

ida

sar

salu

ran

yang

besa

rnya

3%,d

enga

nde

mik

ian

dapa

tdi

kata

kan

bahw

aw

ilaya

hin

iter

mas

ukda

lam

kate

gorifu

llyae

rate

dflo

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 <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

permukaan dasar salurannya.

• 30 II/II}. 80/IJ/IJ

'<,

'5 -,. / .' 7 Ill/I] ( /" 11I/1} IfIJIIP)

•Diilll/C/cr .

0'1' dllf" 1011111/

Gambar 3. Dimensi aerator hasil rancangan penelitian

Profil Distribusi Konsentrasi Gelembung Udara pad a Kondisi PemasukanUdara Buatan (ArtijicialAir Entrainment) pad a «=250, Q=20,9I1s

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

1,0 I I I Ii'

~ 0,9 I ~ ~ r ~ 1 + ., •. + I ~ •. II

=E 0,8;S ° 7 I ~ ~ 1 =~.••••;-.-- -- I + t ~ ~.z- , . ~ -~~ 0,6 t +.. t - - •.• - Konsentrasi gelembung udara C (%)S °5 ! ~ t eks~en di wilayah free surface= ' ••. ~ ~ t aeration= 04 t· t ....•... KonsentrasigelembungudaraC(%)~, t ' , .. i teori (Cbanson, 1995) di wiJayah free~ 0,3 - surface aeration,.Q

'-' 021 ~'3<=, t 1. J{ 0,1 •. •. ~. + + 1 0- - - ••• J... y "~ •••• L •. •. I

0,0 I ~.... T .. .. .. .. I •. ' I" .. r -.. ....•0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Konsentrasi gelembung udara C (%)

Gambar 5. Profil distribusi a=25°, Q=20,911sdi titik 7,2 m dari inlet flume difree surface aeration tepat di xll=0,54

KESIMPULAN

Pertama, pada Q=20,911sdan kemiringan dasar aliran a=25° aerator dapat

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

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

belum 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=30 mm, kedalaman offsets D = 20mm ,panjang offsets =80 mm, diameter lubang ventilasi 10 mm, dan kemiringan dasar

saluran a=25°;

Ketiga, persamaan yang dikemukakan oleh Chanson (1995) bahwa

distribusi konsentrasi gelembung udara C (%) di wilayahfree surface aeration di

hilir aerator mempunyai distribusi normal atau Gaussian didukung hasil

penelitian, sehingga persamaan ini tidak perlu dimodifikasi;

5

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 pennukaan aliran. Distribusi

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

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

Q=II,5 US dan Q=20,9 US, di titik 7,2 m dari inlet flume pada kondisi pemasukan

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

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

itu, pemasangan aerator di lokasi 7,2 m di hilir inlet flume bennanfaat mencegah

terjadinya kavitasi, karena konsentrasi gelembung udara di dasar aliran mencapai

besaran 33,1 % sampai dengan 59,41 % yang lebih besar dari 10%.

SARAN

Pertarna, berdasarkan kesimpulan penelitian diketahui bahwa pada kondisi

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

spillway yang memiliki kemiringan dasar u=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 arah 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 terutarna 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 utarna bendungan. Oleh karena itu,

hasil penelitian ini mempunyai sumbangan bagi perancang bendungan agar

merubah pola fikir lama yaitu tidak menerapkan teknik artificial air

entrainment terutarna 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 merupakan kekayaan alam bangsa Indonesia.

Manfaat untuk pengembangan ilmu 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 terjadinya kavitasi di dasar saluran curam atau di dasar saluran

luncur pelimpah bendungan.

7

DAFTAR RIWAYAT HIDUP-------- .t,

i;..

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

2. Tempat dan Tanggal Lahir Surakarta, 30 Juli 1963

3. NIP 196307301987021001

4. PangkatiGolongan PembinaIIV a

5. Jabatan Akademik Lektor Kepala

6. Unit Kerja . Fakultas Teknik UNNES

7. Alamat Kantor Universitas Negeri Semarang

Fakultas Teknik, 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.com/yerg3g@yahoo.com

10. Nama Istri Dra. Ely Rudyatmi, M.Si.

11. Nama Anak 1. Ritky Ruriardi

2. Shani Ruri Efendi

3. Cindy Syaharani Ruriasri

12. Pendidikan Formal:

Tingkat Nama dan TempatLembaga Pendidikan

Keahlian Tahun Ijazah

Sekolah Dasar SD Taman SiswaSurakarta

1975

8

Menengah ST Negeri 4 Surakarta Teknik 1979Pertama Bangunan

Menengah Atas STM Negeri 1 Surakarta Teknik 1982Bangunan

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

Pascasarjana IKIP Jakarta Pendidikan 1992Pendidikan Kejuruan

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

Terbaik)

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

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

13. Pengalaman Jabatanlpenghargaan:

No. Nama dan TempatLembaga Kursus

Nama Kursus Tahun

1. Fakultas Teknik UGMYogyakarta

PPB UGM Yogyakarta

DP2M DIKTI Depdiknas

Pra Pascasarjana (pra S-2) 1997

2.3.

TOEFL 2009

2011Pelatihan Pemanfaatan HasilPenelitian, Pengabdian Masyarakatyang Berpotensi Paten

14. Publikasi llmiah yang Berkaitan dengan Disertasi

No. Nama Seminar atauConference

Judul Makalah TempatfTahun

1. Seminar NasionalPenelitian DisertasiDoktor

Pemasukan UdaraAlamiah (self airentrainment) Di SaluranCuram

Yogyakarta, 14 Juli2011

9

2. The inASEAN Civil Data Acquisition System Yogyakarta, 22-23Engineering Conference of Air Bubbles in Steep November 2011and The 4th Channel FlowEnvironmentalEngineering Conference

3. Konferensi Nasional Distribusi Konsentrasi Bandung,20Pascasarjana Teknik Sipil dan kecepatan Desember 20112011 Gelembung Udara pada

Kondisi PemasukanUdara Alamiah (self airentrainment) Di SaluranCuram

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

Terbaik)

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

6. Engineering International Aerator Performance in Pandanaran HotelConference, 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

10