2.1 Aliran Air Sungai Menurut asalnya, saluran dapat digolongkan menjadi saluran alam (natural) dn saluran buatan (artificial). Saluran alam meliputi semua alur air yang terdapat secara alamiah di bumi. Mulai dari anak selokan kecil dipegunungan, selokan kecil, kali, sungai kecil, dan sungai besarsampai ke muara sungai. Aliran air dibawah tanah dengan permukaan bebas jiga dianggap sebagai saluran terbuk alamiah (Suyatman. 1985: 19). Ditinjau dari segi hidrologi sungai mempunyai fungsi utama menampung curah hujan setelah ditinjau aliran permukaan (suface runoff) dan mengalirkan sampai kelaut. Oleh karena itu sungai dapat diartikan sebagia wadah atau penampung dan penyalur alamiah aliran air dengan segala benda yang terbawa dari daerah pengaliran sungai (DPS) ketempat yang lebih rendah dan bermuara dilaut/ lautan . Daerah pengaliran sungai (DPS), dapat dipandang sebagai bagian dari permukaan bumi tempat air hujan menjadi aliranpermukaan dan mengumpul ke sungai menjadi aliran sungai menuju ke suatu titik di sebelah hilir (down stream point) sebagia titik pengeluaran (catchment outlet). Setiap DPS besar yang bermuara ke laut merupakan gabungan dari beberapa DPS sedang (sub. DPS) dan sub. DPS adalah gabungan dari sub. DPS kecil-kecil (Soewarno. 2000: 8-9). Bagi seorang hidrolis, yang menarik terhadap unsur aliran sungai adalah volume aliran yang mengalir pada suatu penampang basah persatuan waktu () atau sering disebut dengan debit. Debit dari suatu penampang sungai dapat dinyatakan dengan rumus: Q = A V (2.1) Keterangan: Q = debit ( /det) A = luas penampang basah ( ) V = kecepatan aliran rata rata Perubahan penampang basah dapat dengan mudah ditentukan langsung di lapangan, kecepatan aliran juga merupakan unsur penting yang harus ditentukan dengan pengukuhan dilapangan. Keadaan aliran sungai yang perlu diketahui untuk mempelajari hidrometri antara lain adalah: 1. aliran seragam dan tidak seragam; 2. aliran laminar dan turbulen ; 3. aliran tetap dan tidak tetap; 4. aliran lambat, kritis dan cepat. Secara garis besar dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Aliran Seragam dan Tidak Seragam Untuk tujuan praktis, aliran seragam (uniform flow) terjadi apabila kecepatan aliran dalam suatu penampang melintang sungai tidak berubah disetiap arah aliran. Dari gambar 2.1 maka aliran seragam terjadi dari arah A ke B, dan terlihat bahwa: 1) kedalaman aliran sama, dan 2) kecepatan aliran tetap sama pada kedalaman aliran yang sama.Sedangkan dari arah B ke C terjadi aliran tidak seragam (non uniform flow), terlihat bahwa: 1) kedalaman aliran berubah, dan 2) pola kecepatan aliran berubah. Bila kedalaman aliran Y1 lebih besar dari Y0juga terjadi aliran tidak seragam. 2. Aliran Laminar dan Aliran Turbulen Aliran laminar terjadi apabila buitr-butir air seolah-olah bergerak menurut lintasan tertentu yang teratur atau lurus, dan selapis air yang sangat tipis seperti menggelincir di atas lapisan disebelahnya.

Aliran laminer terjadi bila kedalaman aliran kecil dan kecepatan alirannya rendah. Aliran turbulen terjadi bila butir-butir air bergerak menurut lintasan yang tak teratur, tak lancar meupun tidak tetap, walaupun butir-butir tersebut tetap menunjukkan gerak maju dalam aliran secara keseluruhan. Aliran laminar dan turbulen dapat diidentifikasikan berdasarkan bilangan Reynolds, yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

Re = (2.2)

Keterangan : Re = bilangan Reynolds P = kerapatan massa v = kecepatan aliran d = kedalaman aliran = kekentalan air

Apabila Re kurang dari 500 maka terjadi aliran laminar, apabila harganyaantara 500 200 terjadi keadaan transisi, bila kecepatan dan kedalaman aliran bertambah besar maka harga Re bertambah dan aliran akan menjadi turbulen dan apabila di dalam aliran tersebut dilarutkan zat warna maka akan cepat bercampur pada seluruh aliran. Hampir seluruh aliran sungai keadannya adalah turbulen. 3. Aliran Tetap dan Aliran Tidak Tetap Aliran tetap terjadi apabila kecepatan aliran tidak berubah menurut waktu, sedangkan apabila kecepatan aliran tersebut berubah menurut waktu maka akan menjadi aliran tidak tetap. Aliran tetap atau tidak tetap dapat dibedakan sebagai aliran seragam (uniform) dan tidak seragam (non uniform), apabila: 1) Suatu debit sungai yan tetpa mengalir disepanjang alur sungai yang luas penampangnya tetap dan seragam (steady uniform flow); 2) Suatu debit yang besarnya sama dan tetap melalui suatu alur sungai yang luas penampagnya semakin bertambah besar atau berkurang adalah merupaka aliran tetap dan tidka seragam (steady non uniform flow); 3) Suatu debit sungai yang bertambah atau berkurang dalam hubungannya dengan waktu dan mengalir pada suatu penampang sungai yang tetap dan seragam (unsteady uniform flow); 4) Suatu debit sungai yang bertambah atau berkurang dalam hubungannya dengan waktu dan mengalir pada suatu penampang yang berubah adalah merupakan aliran tidak tetap dan tidak seragam (unsteady non uniform flow).Berdasarkan suatu pertimbangan praktis pada sebagian besar persoalan aliran tetap, maka debit dianggap tetap disepanjang alur sungai yang lurus, dengan kata lain aliran bersifat kontinyu. Dapat dituliskan sebagai berikut:

Q = ................. (2.3)

Dimana indeks menunjukkan penampang sungai yang berlainan. Ini merupakan persamaan kontinuitas untuk aliran tetap kontinyu (continous steady flow). Aliran tetap dan seragam merupakan tipe pokok aliran yang dibahas dalam hidrolika sungai. 4. Aliran Lambat, Kritis dan Cepat Aliran sungai dapat juga digolongkan berdasrakan ukuran energi aliran. Untuk debit tertentu, energi aliran adalah fungsi dari kedalaman dan kecepatan alirannya. Bilangan Froude dapat digunakan untuk menentukan jenis aliran lambat, kritis atau cepat, berdasarkan rumus berikut ini: F = (2.4) Keterangan: F = bilangan Froude (tanpa satuan) V = kecepatan aliran rata rata (m/ det) g = percepatan gravitasi (m/ ) d = kedalaman aliran rata rata (m) Apabila harga F lebih kecil 1, maka aliran dikatakan sub kritis (lambat, tenang). Untuk harga F sama dengan 1, maka aliran dikatakan kritis, kedalaman d disebut kedalaman kritis. Apabila harga F lebih besar 1, maka alirannya disebut super kritis (cepat) (Soewarno. 1991; 7-12). Data debit atau aliran sungai merupakan informasi yang paling penting bagi pengelola sumberdaya air. Debit puncak (banjir) diperlukan untuk merancang banguna pengendali banjir. Sementara data debit aliran kecil diperlukan untuk perencanaan alokasi (pemanfaatan) air untuk berbagai macam keperluan, terutama pada musim kemarau panjang. Debit aliran rata-rata tahunan dapat memberikan gambaran potensi sumberdaya air yang dapat dimanfaatkan dari suatu daerah aliran sungai (Chay Asdak. 2007; 190). Debit dipengaruhi oleh beberapa faktor, misalnya, oleh curah hujan, keadaan geologi, flora, temperature dan lain-lain, disebelah hulu sungai. Debit selalu berubah dari musim ke musim dan dari hari ke hari. Kecenderungan karakteristik dan besarnya debit secara kasar dapatdiketahui dengan pengamatan dalam jangka waktu yang sangat lama. pengukuran debit sungai sangat penting untuk dapat menentukan tenaga yang dihasilkan oleh pusat listrik tenaga air (Artono. 2004; 9).2.2 Laju Aliran Zat Cair Dalam Aliran Terbuka Aliran dari dalam saluran terbuka terjadi akibat gravitasi, dan perubahanperubahan kecepatan disepanjang permukaan bebas terjadi akibat perubahan- perubahan head potensial. Sebagaimana untuk meter pipa, dugaan untuk laju aliran bisa dibuat menggunakan koefisien-koefisien aliran yang berlaku pada hasil-hasil persamaan Bernoulli dan Kontinuitas, akan tetapi pengukuran yang presisi harus didasarkan pada kalibrasi meter yang teliti (Reuben, 1993; 558). Pada umumnya sifat fluida adalah; 1. = kerapatan merupakan fungsi tempat dan waktu 2. v = v (r,t) = kecepatan aliran merupakan fungsi tempat dan waktu Sifat sifat fluida ideal: 1. Tak dapat ditekan (incompessible) berarti serba sama (uniform). 2. Encer, berarti tak ada friksi antara lapisan-lapisan, atau tak ada energi yang hilang. 3. Arus stasioner berarti v tidak berubah dengan waktu, hanya fungsi tempat saja. 4. Arus tak berputar (irotational) berarti sepanjang lintasan tertutup sirkulasi dari v tidak ada. Secara matematis ditulis :

. = 0 (ingat pada medan listrik berlaku = 0) (2.5) Aliran fluida dapat digambarkan dengan lengkungan-lengkungan streamline (garis arus) yaitu lengkungan-lengkungandengan arah garis singgung merupakan arah kecepatan aliran. Jika semua garis arus dilukis pada keliling penampang terbentuklah tabung arus (Ganijanti. 2002; 368 - 369). 2.3 Persamaan Kontinuitas Pada umumnya, fluida yang mengalir masuk kedalam volum yang dilingkupi permukaan tersebut di titik-titik tertentu dan keluar di titik-titik lain. Persamaan kontinuitas ialah suatu ungkapan matematis mengenai hal bahwa jumlah netto massa yang mengalir ke dalam sebuah permukaan terbatas sama dengan pertambahan massa dalam permukaan itu (Sears.1994; 329). Pandang suatu tabung arus dengan fluida mengalir dari titik (1) ke titik (2). Kecepatan pada (1) ialah , kecepatan di (2) adalah . Luas penampang di (1) : , luas penampang di (2) : . Anggaplah tidak ada aliran di luar tabung arus. Perhatikan gambar 2.3

Volume cairan setelah waktu dt : Di (1) ialah dt Di (2) ialah dt Bila kerapatan massa cairan , maka massa cairan dalam waktu dt adalah: dt adalah cairan yang melalui dt adalah cairan yang melalui Karena massa yang keluar dari sama dengan massa yang masuk dari ke maka : dt = dt, maka = Q = konstan (2.6) Persamaan 2.6 dinamakan persamaan kontinuitas dengan Q adalah debit air yang didefinisikan sebagai jumlah volum cairan yang keluar atau masuk persamaan waktu dengan satuan atau dan dimensinya adalah : . Jadi, cairan yangmelalui penampang yang lebih sempit kecepatannya lebih besar, sebaliknya bila cairan tersebut melalui penampang yang lebih besar, kecepatannya akan menjadi lebih kecil (Ganijanti. 2002; 369 -370). Bagian sungai yang dalam memiliki penampang yang lebih besar dan arus yang lebih pelan daripada bagian sungai yang dangkal, tetapi laju aliran volume di kedua bagian tersebut tetap sama. Ini merupakan inti sari dari peribahasa terkenal Still waters run deep(Air tenang tanda dalam). Aliran air yang jatuh dari kran menyempit akibat meningkatnya laju keluar air, tetapi dv/dt adalah sama di setiap tempat sepanjang aliran (Young. 2002; 436 - 437). 2.4 Persamaan Bernoulli Berdasarkan persamaan kontinuitas, laju aliran fluida dapat berubah-ubah sepanjang jalur fluida. Tekanan juga dapat berubah-ubah, tergantung pada ketinggian seperti pada keadaan statis dan juga tergantung pada laju aliran. Kita bias mendapatkan hubungan penting yang disebut persamaan Bernoulli yang menghubungkan tekanan, laju aliran, dan ketinggian untuk aliran, fluida inkompresibel yang ideal. Persamaan Bernoulli merupakan alat pokok dalam menganalisis sistem perpipaan, stasiun pembangkit listrik tenaga air, dan penerbangan pesawat. Ketergantungan tekanan pada laju mengikuti persamaan kontinuitas. Ketika fluida inkompresibel mengalir sepanjang tabung alir dengan penampang yang berubah-ubah, lajunya pasti berubah dan karena itu elemen dari fluida memiliki percepatan. Jika tabung horizontal, gaya yang menyebabkan percepatan ini digunakan oleh fluida disekelilingnya. Ini berarti bahwa tekanan pasti berbeda pada penampang melintang yang berbeda. Jika tekanannya sama disetiap tempat, gaya total pada setiap elemen fluida akan berharga nol. Ketika tabung alir horizontal menyempit dan laju elemen fluida meningkat, fluida akan bergerak menuju daerah bertekanan rendah untuk mendapatkan gaya ke depan total untuk mempercepatnya. Jika ketinggian juga berubah, peningkatan perbedaan tekanan akan terjadi. Persamaan Bernoulli dapat dituliskan (2.7)Ini adalah persamaan Bernoulli (Bernoullis equation), yang menyatakan bahwa kerja yang dilakukan pada satuan volume fluida oleh fluida sekitarnya adalah sama dengan aliran (Young. 2002. 437). Persamaan Bernoulli hanya dapat dipakai kepada aliran tunak, dan kuantitas-kuantitas yang terlibat akan dihitung sepanjang garis arus. Di dalam gambar maka garis lurus yang digunakan adalah sepanjang sumbu pipa. Akan tetapi, jika aliran tersebut adalah tak berolak, maka dapat diperlihatkan bahwa konstan adalah sama untuk semua garis arus. Di dalam suatu fluida tak termampatkan yang tak kental kita tidak dapat mengubah temperatur fluida dengan cara-cara mekanis. Maka, persamaan Bernoulli akan menunjukkan proses-proses isothermal (proses bertemperatur konstan). Jika aliran tersebut adalah kental, maka gaya-gaya yang bersifat gesekan akan beraksi pada fluida tersebut sehingga sejumlah kerja yang dilakukan yang muncul sebagai perubahan tenaga kinetik di dalam kasus tak kental sekarang muncul sebagai tenaga kalor di dalam fluida tersebut. Maka persamaannya menjadi: (2.8)Dimana Q menyatakan tenaga kalor yang dihasilkan didalam aliran kental dari titik 1 ke titik 2. Di dalam praktek, persamaan Bernoulli dapat dimodifikasi secara sesuai dengan penggunaan koreksi empiris untuk mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga kalor. Akan tetapi, jika pipa tersebut adalah licin dan diameternya adalah besar dibandingkan terhadap panjang pipa, dan jika fluida mengalir secara lambat dan mempunyai viskositas yang kecil, maka tenaga kalor yang dihasilkan dapat diabaikan (Halliday. 1996; 584 -587) . Bila fluida yang tak dapat dimampatkan mengalir sepanjang pembuluh aliran yang penampang lintangnya tidak sama besar, maka kecepatannya akan berubah, yaitu, dapat bertambah atau berkurang terhadapnya, dan ini berarti bahwa tekanan sepanjang pembuluh aliran itu berubah, walaupun ketinggiannya tidak berubah. Untuk dua titik yang ketinggiannya berbeda, perbedaan tekanan tidak hanya bergantung pada perbedaan tinggi permukaan, tetapi juga pada perbedaan antara kecepatan di masing-masing titik tersebut (Sears. 1994. 329 - 330 ). Misalkan suatu elemen dengan massa dm dari suatufluida yang bergerak dari satu titik ke titik yang lain, kecepatannya selalu bertambah, yang berarti ada perbedaan E.K. antara kedua tempat atau ada kerja oleh gaya luar yang bekerja pada elemen tersebut. Seandainya elemen fluida bergerak pada bidang horizontal, maka gaya luar merupakan resultan dari gaya yang disebabkan oleh perbedaan tekanan. Jadi harus ada perbedaan tekanan pada tempat yang berlaianan. Dapat disimpulkan disini bahwa ada hubungan antara energitekanan, energi kinetik dan energi potensial yang tercakup pada persamaan Bernoulli. Pandang elemen cairan (pada gambar 2.4 ) yang dibatasi oleh penampang tegak dan , yang kecepatannya dan , dan pada ketinggian masing-masing dan . Setelah waktu dt, sampai di dan sampai di .

Jarak .Jarak . Jadi sekarang elemen menjadi , maka perubahan energy kinetiknya adalah:, jika , maka (karena )Kerja yang dilakukan oleh perbedaan tekanan di dan di adalah kerja total:

Jika: Sedangkan Karena kerja total = E.K, maka:, atau Atau secara umum:

2. 5 Enkoder Enkoder adalah suatu piranti yang dapat mengubah suatu sistem (bilangan desimal, contohnya) yang terdapat pada bagian masukan , menjadi sistem bilangan biner yang terdapat pada bagian keluarannya. Proses pengubahan disebut Encoding (penyandian atau pengkodean). Pada bagian masukan dari enkoder hanya terdapat satu jalur (tunggal) yang aktif, sedangkan pada bagian keluarannya, yang aktif dapat lebih dari satu, tetapi bagian keluaran ini harus berupa sistem bilangan biner. Pada hakekatnya, bagian masukan dari enkoder adalah sistem bilangan yang biasa digunakan oleh manusia sehari-hari. Sedangkan bagian keluaran enkoder biasanya berupa kode dengansistem bilangan biner yang hanya dimengerti oleh mesin digital atau komputer. Dalam gambar berikut, ditunjukkan diagram blok utama dari sebuah enkoder,dalam hal ini menggunakan contoh encoder desimal ke biner (BCD) (Wijaya, 2006; 376).

Enkoder atau pembentuk kode (biner) adalah rangkaian digital yang dapat mengubah bilangan (kode) lain menjadi bilangan (kode) biner. Kode lain ini dapat berupa bilangan quadral 1- digit, oktal 1- digit, bilangan dengan dasar lain 1- digit, atau bentuk khusus yang lain. Dalam pembahasan ini akan ditinjau suatu enkoder bilangan quadral 1- digit menjadi bilangan biner 2-bit atau lebih dikenal dengan nama enkoder 4-jalur-ke-2-jalur (4-line-to-2-line encoder). Jumlah kombinasi input adalah 16, tetapi yang dimanfaatkanuntuk enkoder ini hanya 4 kombinasi, yaitu 0001 terkait dengan 10/B, 0010 terkait dengan 10/ B, 0100 terkait dengan 10/ B, dan 1000 terkait dengan 11/ B. Dengan tabel kebenaran, peta-K, dan minimisasi peta-K akan diperoleh fungsi Boole dan rangkaian elektronik yang sederhana. Enkoder telah diproduksidalam bentuk IC, yaitu: - SN 74147 Priority encoder - SN 74148 Priority encoder - SN 74184 BCD-to-binary code converter (Muzakki, 2003; 67-68). Piranti enkoder atau piranti penyandi (pengkode), pertama kali digunakan dalam sistem kendali digital, bidang telekomunikasi digital, militer, alat-alat keamanan, dan lain-lain. Sekarang enkoder banyak sekali kita temui dalam kehidupan modern yang penuh fasilitas kenyamanan. Contohnya pada tombol telepon digital atau seluler, timer alat pemasak, atau timer Microwave, remote control televise, keyboard computer, kode Bargraph pada barang yang kita beli di swalayan dan supermarket, dan lain-lain. Biasanya dalam kehidupan sehari-hari, Enkoder Desimal-ke Biner adalah jenis yang paling banyak dipakai. (Wijaya. 2006; 376) Contoh suatu enkoder ditunjukkan pada gambar 2.5. Enkoder oktal ke biner itu terdir dari delapan masukan, satu untuk maisng-masing dari delapan angka itu, dan tiga keluaran yang menghasilkan bilangan binernya yang sesuai. Rangkaian ini terdiri dari gerbang OR. Tabel kebenaran untuk rangkaian tersebut diberikan pada tabel 2.1. diandaikan hanya ada satu saluran masukan dengan logika -1 untuk setiap kalinya, selain itu dari masukan tersebut tidak mempunyai arti. Tampak bahwa rangkaian itu mempunyai delapan masukan; yang dapat memberikan kemungkinan kombinasi, tetapi hanya delapan kombinasi yang mempunyai arti. Kombinasi masukan yang lain sebanyak adalah keadaan tak acuh (Budiono.1998; 149-150).