I .PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

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.

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.

II. TINJAUAN PUSTAKA

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.

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 (Asdak,2002).

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 rerata V, 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, m, dianggap nol (zat cair ideal). Aliran viskos adalah aliran di mana kekentalan

diperhitungkan (zat cair riil)

Aliran kompresibel dan tak kompresibel. 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.

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

kecepatan V, tekanan p, rapat massa r, tampang aliran A, 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.

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 (Queensland Department of Natural Resources

and Mines, 2004).

Metode Euler memberikan harga variabel fluida pada suatu titik pada suatu

waktu. Dalam bentuk fungsionil, medan kecepatan dapat dituliskan sebagai berikut:

V = v ( x, y, z, t)

Dimana x, y, z, dan t semuanya merupakan variabel beban untuk suatu titik

tertentu (X1, Y1, ZI) dan waktu tl . metode Euler dapat dihubungkan dengan metode

analisa dengan volume atur.

III. METODELOGI

A. Alat

1. Pipa kaca

2. Selang

3. Air

4. Potongan daun kering

5. Penggaris

6. Stopwacth

B. Cara Kerja

1. Pipa kaca dihubungkan dengan selang untuk mengalirkan air kedalam saluran.

2. Kran dibuka dan air dibiarkan mengalir sampai saluran stabil.

3. Tinggi dan lebar aliran dalam pipa kaca diukur.

4. Potongan daun kering dialirkan dalam pipa kaca sejauh 1 meter dan waktu

yangditempuh dicatat. Percobaan diulang 3 kali.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

l = 6 cm = 0,06 m

h = 6 cm = 0,06 m

t1 = 42,36 s

t2 = 38,87 s

t3 = 39,08 s

V 1=P1

t1

= 142,36

=0,024ms

V 2=P2

t2

= 138,87

=0,026ms

V 2=P3

t3

= 139,08

=0,026ms

A=l . h=0,06 . 0,06=0,0036 m2

Q1=A . V 1=0,0036 . 0,024=8,6 × 10−5 m3/s

Q2=A . V 2=0,0036 .0,026=9,36 × 10−5 m3/s

Q3=A . V 3=0,0036 .0,026=9,36 × 10−5 m3/s

B. 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 0,024ms

, 0,026ms

dan 0,026ms

.

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 fluida

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).

V. KESIMPULAN

A. Kesimpulan

1. 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 0,024ms

, 0,026ms

dan 0,026ms

. 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.

2. 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.

3. Sedangkan faktor yang mempengaruhi debit aliran adalah angin, kecepatan

aliran, dan kontur permukaan saluran.

4. 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).

B. Saran

Pada praktikum selanjutnya hendaknya alat yang digunakan untuk praktikum

ditambah sehingga praktikan tidak terlalu lama menunggu.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : ErlanggaGiancoli, Douglas C. 2010. Fisika Jilid V (terjemahan). Jakarta : ErlanggaHalliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : ErlanggaStreeter L, Victor. 1985. Mekanika Fluida. Erlangga: Jakarta.Tim Penyusun. 2009. Modul Praktikum Mekanika Fluida. Purwokerto: UNSOEDTipler, P.A.1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan). Jakarta :

ErlanggaYoung, Hugh D. & Roger A Freedman. 2002. Fisika Universitas (terjemahan).

Jakarta : Erlangga