Debit Air: Pengertian, Rumus, Konversi, Aplikasi, Contoh Soal

Ketika berbicara mengenai kecepatan aliran air, istilah yang paling umum digunakan adalah debit air yang mengalir. Istilah ini merujuk kepada fenomena fluida dinamis atau fluida yang bergerak baik fluida yang bergerak secara alami seperti debit aliran sungai maupun debit air dari pompa air.

Pengertian Debit Air

Istilah debit air digunakan sebagai besaran pada fluida dinamis atau fluida bergerak. Debit menunjukkan laju aliran zat cair melalui jarak penampang per satuan waktu. Besaran debit menunjukkan banyaknya volume air yang mengalir melalui penampang setiap detiknya.

Satuan yang biasa digunakan dalam istilah debit air adalah liter/detik, ml/detik, liter/jam, m³/detik dan m³/jam. Satuan debit banyak digunakan para pengawas pada fasilitas bendungan air ataupun pengawasan daya tamping kapasitas air di sungai untuk memastikan bahwa air masih dalam kondisi normal atau aman.

Rumus Debit Air

Debit air dihitung dengan membagi antara volume air yang mengalir melalui suatu penampang per setiap detiknya seperti yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini:

Q = V/t

Berdasarkan rumus di atas juga bisa dicari besar volume air yang mengalir ataupun waktu yang dibutuhkan dengan persamaan di bawah:

V = Q x t

t = V/Q

Keterangan

Q = Debit air yang mengalir (m³/s)
V = volume air yang mengalir melalui penampang (m³)
t = waktu aliran zat fluida (s)

Jika air mengalir melalui pipa maka dapat disimpulkan bahwa volume air yang mengalir melalui pipa tersebut memenuhi persamaan berikut:

V = A x s

Persamaan di atas bisa disubstitusikan ke persamaan debit air sehingga didapat persamaan debit air yang baru berikut ini:

Q = A x (s/t)

Q = A x v

Keterangan:

A = Luas penampang air yang mengalir (m²)
v = Kecepatan aliran air (m/s)

Konsep Kontinuitas di Dalam Debit Aliran Air

Pada umumnya, air yang mengalir melalui pipa memiliki ukuran luas penampang yang tidak sama, sebagai contoh adalah pada pipa penampang air PDAM. Pipa aliran air dari PDAM umumnya memiliki besar diameter mencapai 30 cm ketika di jalan-jalan besar.

Namun, ketika pipa air tersebut masuk ke perumahan warga maka besar penampang pipa dibuat lebih kecil menjadi sekitar 10 cm dan saat memasuki kran-kran di rumah maka ukuran pipa penampang menjadi lebih kecil lagi.

Apabila air yang mengalir tidak termanfaatkan maka berlaku konsep Kekekalan Debit atau aliran fluida dan dikenal juga sebagai Prinsip Kontinuitas. Persamaan Kontinuitas atau Kekekalan Debit pada luas penampang yang berbeda menggunakan rumus di bawah:

Q1 = Q2

A1 x v1 = A2 x v2

Konversi Satuan Debit Air

Dalam perumusan debit air, digunakan beberapa satuan untuk menunjukkan besar debit air. Satuan yang digunakan adalah satuan yang merujuk ke volume serta waktu dalam debit air. Berikut adalah besar satuan volume dan juga waktu yang sering digunakan:

1. Satuan Volume
   • 1 cc = 1 ml = 1 cm
   • 1 mm³ = 0,001 m³
   • 1 cm³ = 10⁶ mm³
   • 1 dm³ = 10³ cm³
   • 1 liter = 1 dm³
2. Satuan Waktu
   • 1 jam = 60 menit
   • 1 jam = 3600 detik
   • 1 menit = 60 detik
   • 1 menit = 1/60 jam
   • 1 detik = 1/60 menit
   • 1 jam = 1/3600 jam

Aplikasi Debit Air

1. Pipa Venturi Meter

Pipa venturi meter atau dikenal sebagai flow meter venturi merupakan jenis flowmeter yang bekerja menggunakan teorema Bernoulli. Pipa venturi meter banyak dimanfaatkan pada industri pengolahan air, farmasi, kimia, pengolahan minyak dan gas.

Pipa venturimeter dimanfaatkan untuk mengukur laju dari aliran cairan melalui pipa. Di dalam venturimeter berlaku ketentuan bahwa kecepatan aliran akan meningkat seiring dengan penurunan tekanan.

Venturimeter dibuat berdasarkan tiga bagian utama yakni bagian konvergen (penyatu), bagian throat (tenggorokan) dan bagian divergen (pemisah).

2. Tabung Pitot

Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran fluida berupa gas di dalam sebuah pipa. Tabung pitot digunakan untuk mengukur debit fluida yang mengalir dan biasa diaplikasikan pada industri-industri.

Tabung pitot terdiri dari tabung vertikal yang diletakkan dengan posisi mendatar berluas penampang A1 serta tabung berbentuk U yang memiliki luas penampang A2. Kedua pipa dihubungkan satu sama lainnya dengan salah satu ujung pipa U.

Pada tabung U ini diisi sebagiannya oleh cairan yang memiliki massa jenis tertentu. Ketika aliran fluida gas memasuki tabung U, maka dorongan dari fluida tersebut menyebabkan perubahan ketinggian cairan dari pipa U.

3. Pembangunan Sistem Saluran Air

Pembangunan sistem saluran air membutuhkan kemampuan perhitungan yang tepat termasuk perhitungan debit air. Insinyur sumber daya perairan akan melakukan optimalisasi sumber daya perairan dan memastikan keamanan sumber daya perairan dengan melihat kondisi debit air.

Seorang insinyur teknik sipil juga bertanggung jawab terhadap desain, manajemen serta mengawasi proyek konstruksi meliputi bandara, jembatan, bendungan, saluran air. Dalam pembangunan dan pemeliharaan bendungan dan irigasi, maka perhitungan debit air harus sangat diperhatikan.

Latihan Soal Debit Air

• Contoh Soal 1

Air mengalir melalui pipa dengan penampang besar 400 cm² berkecepatan sederas 10 m/s mengalir menuju pipa yang lebih kecil dengan luas penampang sebesar 100 cm². Tentukan berapa debit air yang mengalir di pipa yang lebih kecil serta kecepatan aliran air di pipa yang lebih kecil.

• Contoh Soal 2

Sebuah pipa air dari sumber mata air menghasilkan air dengan volume sebesar 1200 liter per jam. Tentukan jumlah debit air yang dikeluarkan oleh pipa air setiap menitnya.

Memahami konsep debit air sangat penting mengingat aplikasinya yang sangat luas dalam kehidupan. Pada bangunan seperti bendungan, pemantauan debit air sangat penting karena terkait dengan keamanan kondisi perairan di tempat tersebut.