II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Angin Angin adalah massa udara yang

II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Angin
Angin adalah massa udara yang bergerak. Angin dapat bergerak secara horizontal
maupun secara vertikal dengan kecepatan bervariasi dan berfluktuasi secara
dinamis. Faktor pendorong bergeraknya massa udara adalah perbedaan tekanan
udara antara satu tempat dengan tempat yang lain. Angin selalu bertiup dari
tempat dengan tekanan udara tinggi ke tempat dengan tekanan udara yang lebih
rendah. Jika tidak ada gaya lain yang mempengaruhi, maka angin akan bergerak
secara langsung dari udara bertekanan tinggi ke udara bertekanan rendah. Akan
tetapi, perputaran bumi pada sumbunya, akan menimbulkan gaya yang akan
mempengaruhi arah pergerakan angin.
2.1.1 Fungsi Angin
Ada 3 sifat angin yang dapat dirasakan orang awam yaitu :
1. Angin menyebabkan tekanan terhadap permukaan yang menentang arah angin
tersebut
2. Angin mempercepat pendinginan dari benda yang panas
3. Kecepatan angin sangat beragam dari tempat ke tempat dan dari waktu ke
waktu.
7
Sesungguhnya angin mempunyai fungsi lain yang sangat penting namun
terkadang tidak disadari yakni adalah mencampur lapisan udara antara udara
panas dengan antara dingin, antara udara lembab dengan udara dingin, antara
udara yang kaya karbon dengan udara yang kandungan karbondioksidanya
rendah. (Kandary, 2011).
2.1.2 Jenis-Jenis Angin
Jenis-jenis angin adalah antara lain:
1. Angin tetap
a) Angin Barat, bertiup dari daerah subtropik ke daerah kutub.
b) Angin Timur, bertiup dari daerah kutub.
c) Angin pasat, bertiup dari daerah subtropik selatan dan utara menuju ke
daerah khatulistiwa.
d) Angin anti pasat, bertiup berlawanan dengan angin pasat.
2. Angin periodik
a) Angin muson, bertiup setiap setengah tahun sekali dan selalu berganti arah.
b) Angin darat, bertiup dari darat ke laut dan terjadi pada malam hari.
c) Angin laut, bertiup dari laut ke darat dan terjadi pada siang hari.
d) Angin gunung, bertiup dari lereng gunung ke lembah dan terjadi pada
malam hari.
e) Angin lembah, bertiup dari lembah ke puncak gunung dan terjadi pada siang
hari.
8
3. Angin lokal
a) Angin siklon, bertiup didaerah depresi yang memiliki barometris minimum
dan dikelilingi barometris maksimum
b) Angin antisiklon, bertiup di daerah yang memiliki barometris maksimum
dan dikelilingi oleh barometris minimum. Contohnya : angin taifun di Asia
Timur dan Tornado di USA
c) Angin fohn, bertiup dari daerah pegunungan yang bersifat panas dan kering.
Contohnya : angin kumbang di Cirebon, angin bahorok di Deli, angin
gending di Pasuruan, angin brubu di Makasar dan angin wambrau di Biak,
Papua. (Rustandi, 2011)
2.1.3 Konversi Kecepatan Angin
Biasanya pengukuran angin dilakukan di daratan, padahal di dalam rumus-rumus
pembangkitan gelombang data angin yang digunakan adalah yang ada di atas
permukaan laut. Oleh karena itu diperlukan transformasi dari data angin di atas
daratan yang terdekat dengan lokasi studi ke data angin di atas permukaan laut.
Hubungan antara angin di atas laut dan angin di atas daratan terdekat diberikan
oleh:
RL = UW/UL
dengan :
UW = Kecepatan angin di atas laut.
UL =
Kecepatan angin di atas darat.
(1)
9
seperti dalam gambar 2 yang merupakan hasil penelitian yang dilakukan di Great
Lake, Amerika Serikat, grafik tersebut dapat digunakan untuk daerah lain
kecualiapabila karakteristik daerah sangat berlainan.
Gambar 2. Hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat
Rumus-rumus dan grafik-grafik pembangkitan gelombang mengandung variabel
UA, yaitu faktor tegangan angin (wind-stress factor) yang dapat dihitung dari
kecepatan angin. Setelah dilakukan berbagai konversi kecepatan angin seperti
yang dijelaskan di atas, kecepatan angin dikonversikan pada faktor tegangan angin
dengan menggunakan rumus berikut:
UA = 0,71 UW1,23
(2)
di mana UW adalah Kecepatan angin di atas laut dalam m/d.(Triadmodjo, 1999).
10
2.1.4. Mawar Angin
Mawar angin adalah sebuah grafik yang memudahkan dalam penyajian data
angin. Pada mawar angin data yang disajikan antara lain terdapat kecepatan
angin, arah angin, dan frekwensi angin dalam satu grafik sehingga sangat
membantu memudahkan membaca data angin
Gambar 3. Contoh grafik mawar angin
Warna pada grafik menunjukkan kecepatan angin bertiup, persentasi pada grafik
menunjukkan frekuensi angin bertiup dan grafik yang membentuk sudut
menggambarkan arah angin bertiup.
11
2.2 Gelombang
Gelombang laut yang terjadi di lautan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa
macam tergantung kepada gaya pembangkitnya.
Pembangkit gelombang laut
dapat disebabkan oleh: angin (gelombang angin), gaya tarik menarik bumi, bulan,
dan matahari (gelombang pasang-surut), gempa (vulkanik atau tektonik) di dasar
laut (gelombang tsunami), ataupun gelombang yang disebabkan oleh gerakan
kapal.
Gelombang yang sehari-hari terjadi dan diperhitungkan dalam bidang teknik
pantai adalah gelombang angin dan pasang surut (pasut).
Gelombang dapat
membentuk dan merusak pantai dan berpengaruh pada bangunan-bangunan
pantai.
Energi gelombang akan membangkitkan arus dan mempengaruhi
pergerakan sedimen dalam arah tegak lurus pantai (cross-shore) dan sejajar pantai
(long-shore).
Pada perencanaan teknis bidang teknik pantai, gelombang
merupakan faktor utama yang diperhitungkan karena akan menyebabkan gayagaya yang bekerja pada bangunan pantai.
Gelombang adalah pergerakan naik dan turunnya air dengan arah tegak lurus
permukaan air laut yang membentuk kurva/grafik sinusoidal. Gelombang laut
disebabkan oleh angin. Angin di atas lautan mentransfer energinya ke perairan,
menyebabkan riak-riak, alun/bukit, dan berubah menjadi apa yang kita sebut
sebagai gelombang. (Ni’am, 2008).
Gelombang yang terjadi di laut secara dominan dibangkitkan oleh angin dan biasa
disebut dengan gelombang angin. Gelombang dapat menimbulkan energi untuk
12
membentuk pantai, menimbulkan arus dan transport sedimen dalam arah tegak
lurus dan sepanjang pantai dan menyebabkan gaya-gaya yang bekerja pada
bangunan pelindung pantai.
Gelombang merupakan faktor utama dalam
perencanaan bangunan pelindung pantai.
2.2.1 Pembangkitan Gelombang
Dalam sub bab ini akan dipelajari pembangkitan gelombang oleh angin, angin
yang berhembus di atas permukaan air akan memindahkan energinya ke air.
Kecepalan angin akan menimbulkan tegangan pada permukaan laut, sehingga
permukaan air yang semula tenang akan terganggu dan timbul riak gelombang
kecil di atas permukaan air. Apabila kecepatan angin bertambah, riak tersebut
menjadi semakin besar, dan apabila angin berhembus terus akhirnya akan
terbentuk gelombang.
Semakin lama dan semakin kuat angin berhembus,
semakin besar gelombang yang terbentuk. (Triadmodjo, 1999).
Berdasarkan teori gelombang amplitudo kecil/teori gelombang Airy-1845 (small
amplitude wave theory) energi total suatu panjang gelombang merupakan
penjumlahan dari energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik gelombang
adalah energi yang disebabkan kecepatan partikel air karena adanya gerak
gelombang. Sedangkan energi potensial gelombang adalah energi yang dihasilkan
oleh perpindahan muka air karena adanya gelombang. Besarnya energi kinetik
persatuan lebar untuk satu panjang gelombang diperoleh dengan persamaan
(Triadmodjo, 1999).
13
2.2.2 Distribusi Gelombang
Bagian dari distribusi gelombang adalah:
1. Standar Deviasi dan Varians Salah satu teknik statistik yang digunakan untuk
menjelaskan homogenitas kelompok. Varians merupakan jumlah kuadrat
semua deviasi nilai-nilai individual terhadap rata-rata kelompok. Sedangkan
akar dari varians disebut dengan standar deviasi atau simpangan baku.
Standar Deviasi dan Varians Simpangan baku merupakan variasi sebaran data.
Semakin kecil nilai sebarannya berarti variasi nilai data makin sama jika
sebarannya bernilai 0, maka nilai semua datanya adalah sama. Semakin besar
nilai sebarannya berarti data semakin bervariasi. (Adiarsa, 2012).
Dengan rumus:
√(
)
–
(3)
( – )
Dimana:
Xi = data ke i
n
= jumlah data
= rata-rata
2. Koefisien kurtosis (Ck) merupakan statistik yang digunakan dalam memberikan
gambaran apakah distribusi data cenderung rata atau runcing. (Setiawan, 2012)
Dengan rumus:
{(
(
)(
)
)(
dimana:
n
= jumlah data
)
∑
(
̅
) }
((
(
)
)(
)
)
(4)
14
Xi = nilai data X ke-i
S
= standar deviasi
= rata-rata
3. Koefisien skewness (Cs) merupakan statistik yang digunakan dalam
memberikan gambaran distribusi data apakah miring ke kiri, ke kanan atau
simetris. (Setiawan, 2012)
Dengan rumus:
(
)(
)
∑
(
̅
)
(5)
dimana:
n
= jumlah data
Xi = nilai data X ke-i
S
= standar deviasi
= rata-rata
4. Tinggi gelombang signifikan (Hs) adalah tinggi gelombang rata–rata dari 33,3
% data tinggi gelombang terbesar. H10 adalah tinggi gelombang rata–rata dari
10 % dari data tinggi gelombang terbesar. Sedangkan H100 adalah rata–rata
dari seluruh data tinggi gelombang
2.2.3 Perkiraan Gelombang
Perkiraan gelombang pada dasarnya adalah upaya pendekatan empiris dengan
menggunakan beberapa persamaan untuk mencari tinggi dan periode gelombang
dari data angin yang ada. Adapun tahapan untuk mencari tinggi dan
15
periode gelombang ialah:
1. Dihitung kecepatan angin di laut dengan grafik dalam gambar 2.
2. Hitung faktor tegangan angin menggunakan persamaan 1.
3. Dengan mencari nilai fetch terlebih dahulu, hitung nilai tinggi dan periode
gelombang dengan grafik pada gambar 3 atau dapat pula menggunakan
persamaan 6, dan 7.
(
⁄
[
(
)
*
)
(
(
⁄
(
*
(
dengan:
= Gaya gravitasi (m/s2)
U A = Faktor tegangan angin (m/s2)
H
= Tinggi gelombang (m)
)
)
]
{
g
⁄
]
{
[
)
T
= Periode (s)
F = Fetch (m)
)
⁄
(6)
+
}
⁄
⁄
(7)
+
}
16
Gambar 4. Grafik perkiraan gelombang
2.3 Fetch
Fetch adalah panjangnya angin yang menyebabkan gelombang di laut bertiup.
Fetch dibatasi oleh 2 buah pulau. Menurut Prof. Dr. Ir. Bambang Triatmojo, DEA
pada buku teknik pantai, deviasi pada kedua sisi dari arah angin, dengan
menggunakan penambahan 60 sampai sebesar 420 pada kedua sisi dari arah angin.
17
Pada skripsi ini digunakan interval 10o. hal ini dikarenakan pada skripsi ini data
angin yang digunakan adalah data angin dengan interval sudut tiap 10o, dan
menggunakan jarak langsung.
2.4 WRPLOT
WRPLOT adalah sebuah program keluaran Lakes Inveronmental yang dapat
menggambarkan
wind
rose.
WRPLOT
adalah
sebuah
program
yang
dikembangkan oleh sebuah tim yang terdiri dari : Jesse L. The’, Cristiane L. The’,
Michael A. Johnson, dan Oleg Shatalov.
Untuk input data program ini haruslah dengan format extensi data txt yang
mencakup tahun, bulan, hari, jam, sudut, besarnya kecepatan angin.
Pada skripsi ini digunakan WRPLOT untuk menggambarkan wave rose dengan
mengganti kecepatan angin menjadi tinggi gelombang. WRPLOT yang digunakan
adalah WRPLOT freeware versi 7.0.0.