Rumus Debit: Pengertian, Satuan, dan Contoh Soal

Rumus debit ada dua: $Q = V / t$, yaitu volume air dibagi waktu alirnya, dan $Q = A \times v$, yaitu luas penampang aliran dikali kecepatan rata-ratanya. Satuan SI debit adalah meter kubik per detik (m³/s), sedangkan di lapangan lebih sering dipakai liter per detik (L/s), liter per menit (L/menit), atau meter kubik per jam (m³/jam). Kedua rumus itu sebenarnya satu gagasan yang sama, dan artikel ini menurunkannya, lalu memakainya untuk soal sekolah, mengisi tangki, menakar pompa, dan menghitung saluran terbuka.

Pengertian debit

Debit adalah banyaknya volume fluida yang melewati suatu penampang tiap satuan waktu. Buku Fisika untuk SMA/MA Kelas XI terbitan Kemendikbudristek (2022) menuliskannya dengan simbol $Q$ dan mendefinisikannya sebagai volume dibagi waktu. Dalam bahasa Inggris besaran ini disebut volume flow rate atau laju alir volume.

Hal yang paling sering tertukar adalah debit dan kecepatan. Kecepatan adalah jarak per waktu (m/s), sedangkan debit adalah volume per waktu (m³/s). OpenStax College Physics menyebut keduanya berkaitan tetapi besaran yang berbeda, dengan contoh sungai: makin cepat airnya, makin besar debitnya, tetapi debit juga bergantung pada ukuran sungai, sehingga sungai pegunungan yang deras mengalirkan air jauh lebih sedikit daripada Sungai Amazon. Jadi air yang "kencang" belum tentu debitnya besar.

Kedua bentuk rumus debit di artikel ini memakai anggapan fluida ideal yang juga dipakai buku sekolah: zat cair dianggap inkompresibel (volumenya tidak berubah walau ditekan, sehingga massa jenisnya tetap) dan alirannya tunak (kecepatan di satu titik tidak berubah terhadap waktu). OpenStax mencatat bahwa zat cair pada dasarnya inkompresibel sehingga persamaan kontinuitas berlaku untuk semua zat cair, sedangkan gas yang dimampatkan atau mengembang harus diperlakukan hati-hati. Karena itu rumus di artikel ini dipakai untuk air dan zat cair lain, bukan untuk udara bertekanan.

Rumus debit dari volume dan waktu

Bentuk pertama adalah definisinya langsung:

dengan $Q$ = debit (m³/s), $V$ = volume fluida yang mengalir (m³), dan $t$ = waktu alir (s).

Dari rumus yang sama bisa dicari besaran lain. Bila debit dan waktu diketahui, volumenya:

dengan $V$ dalam m³, $Q$ dalam m³/s, dan $t$ dalam s. Bila volume dan debit diketahui, waktu pengisiannya:

dengan $t$ dalam s, $V$ dalam m³, dan $Q$ dalam m³/s.

Bentuk rumus debit ini paling berguna saat volumenya bisa ditakar, misalnya ember, bak, atau tangki yang ukurannya diketahui. Rumus ini sekaligus memberi cara sederhana menakar debit keran: tampung air dengan wadah bervolume jelas, catat waktunya dengan stopwatch, lalu bagi volume dengan waktu.

Contoh hitungan

Contoh soal sekolah: debit keran mengisi bak

Diketahui: bak berisi 240 L penuh dalam 4 menit. Ditanya: debit dalam m³/s, L/s, dan L/menit.

1. Ubah volume ke m³: V = 240 L × 0,001 m³/L = 0,24 m³

2. Ubah waktu ke detik: t = 4 menit × 60 s/menit = 240 s

3. Hitung debit: Q = V / t = 0,24 m³ / 240 s = 0,001 m³/s

4. Dalam liter per detik: Q = 240 L / 240 s = 1 L/s

5. Dalam liter per menit: Q = 240 L / 4 menit = 60 L/menit

Hasil

Q = 0,001 m³/s = 1 L/s = 60 L/menit

Perhatikan bahwa jawaban rumus debit yang sama bisa ditulis dalam tiga satuan. Guru biasanya meminta satuan tertentu, jadi baca soal sampai akhir sebelum memilih satuan kerja.

Rumus debit dari luas penampang dan kecepatan

Bentuk kedua rumus debit muncul bila yang diketahui adalah ukuran pipa atau saluran dan kecepatan airnya. Penurunannya pendek. Bayangkan air di dalam pipa sebagai silinder yang bergerak (lihat gambar utama artikel ini). Dalam waktu $t$, air menempuh jarak $s = v \times t$, sehingga volume yang lewat adalah luas penampang dikali jarak itu: $V = A \times s = A \times v \times t$. Masukkan ke $Q = V / t$, waktu $t$ saling meniadakan, dan tersisa:

dengan $Q$ = debit (m³/s), $A$ = luas penampang basah aliran (m²), dan $v$ = kecepatan rata-rata aliran pada penampang itu (m/s). Bentuk ini sama dengan persamaan 4.9 pada buku Fisika Kelas XI Kemendikbudristek.

Untuk pipa bulat yang terisi penuh, luas penampangnya:

dengan $A$ dalam m² dan $d$ = diameter dalam pipa (m). Rumus luas dan volume bangun lain dikumpulkan di pilar Rumus Ruang Teknik.

Kata "rata-rata" di definisi $v$ itu penting. OpenStax menulisnya $\bar{v}$, kecepatan rata-rata. Air nyata punya kekentalan, dan OpenStax (bagian 12.4) menjelaskan bahwa pada fluida kental yang mengalir di dalam tabung, kecepatan di dinding bernilai nol dan naik sampai maksimum di tengah. Artinya, kecepatan yang diukur di satu titik, misalnya pelampung di tengah permukaan saluran, belum tentu sama dengan kecepatan rata-rata seluruh penampang. Untuk soal sekolah, angka $v$ sudah diberikan. Untuk pengukuran lapangan, perbedaan ini perlu disadari sebelum angka dimasukkan ke rumus.

Persamaan kontinuitas A1 v1 = A2 v2

Apa yang terjadi bila pipa menyempit? Air yang dianggap inkompresibel tidak bisa memadat, jadi volume yang masuk ke satu ujung dalam satu detik harus sama dengan volume yang keluar di ujung lain. Debitnya tetap. Karena $Q = A \times v$, berlaku:

dengan $A_1$ dan $A_2$ = luas penampang di titik 1 dan 2 (m²), serta $v_1$ dan $v_2$ = kecepatan rata-rata di titik 1 dan 2 (m/s). Buku Fisika Kelas XI Kemendikbudristek menyebut ini persamaan kontinuitas (persamaan 4.10).

Untuk dua pipa bulat, $\pi/4$ saling meniadakan sehingga kecepatannya bisa langsung dihitung dari perbandingan diameter:

dengan $v_1, v_2$ dalam m/s dan $d_1, d_2$ = diameter dalam pipa (m atau mm, asalkan sama). Diameter separuhnya berarti kecepatan empat kali lipat, bukan dua kali. Inilah sebabnya air menyembur jauh ketika ujung selang ditekan jari.

Contoh hitungan

Contoh soal sekolah: pipa menyempit dari 8 cm ke 4 cm

Diketahui: d₁ = 8 cm = 0,08 m, d₂ = 4 cm = 0,04 m, v₁ = 0,6 m/s. Ditanya: debit dan v₂.

1. Luas pipa besar: A₁ = π × 0,08² / 4 = 0,0050265 m²

2. Debit: Q = A₁ × v₁ = 0,0050265 m² × 0,6 m/s = 0,0030159 m³/s ≈ 3,02 L/s

3. Luas pipa kecil: A₂ = π × 0,04² / 4 = 0,0012566 m²

4. Kecepatan di pipa kecil: v₂ = Q / A₂ = 0,0030159 m³/s / 0,0012566 m² = 2,4 m/s

5. Cek cepat: v₂ = v₁ × (d₁/d₂)² = 0,6 m/s × (0,08/0,04)² = 0,6 × 4 = 2,4 m/s

Hasil

Q ≈ 0,00302 m³/s (3,02 L/s) dan v₂ = 2,4 m/s

Persamaan kontinuitas juga punya bentuk massa. OpenStax University Physics menuliskan laju alir massa sebagai $\rho A v$, sehingga:

dengan $\dot{m}$ = laju alir massa (kg/s), $\rho$ = massa jenis fluida (kg/m³), dan $Q$ = debit (m³/s). Massa jenis air sekitar 1.000 kg/m³ (nilai yang dipakai buku Fisika Kelas XI; OpenStax mencantumkan 1,000 × 10³ kg/m³ untuk air pada 4 °C), jadi debit 1 L/s membawa kira-kira 1 kg air tiap detik. Konsep massa jenis yang sama dipakai untuk menghitung berat besi beton dari volumenya, seperti dibahas di artikel berat jenis baja dan rumus berat besi per meter.

Tabel konversi satuan debit

Hasil rumus debit sering harus dipindah ke satuan lain. Semua faktor di bawah dihitung dari tiga definisi pada Tabel 8 SI Brochure BIPM: 1 L = 1 dm³ = 10⁻³ m³, 1 menit = 60 s, dan 1 jam = 3.600 s. Faktornya eksak (tidak dibulatkan) kecuali yang ditandai ≈, dan sudah dicocokkan ulang dengan dataset konversi Ruang Teknik. Cara membaca: 1 satuan di kolom kiri sama dengan angka di sel dalam satuan di judul kolom.

Sumber: lihat bagian Sumber artikel.

Dua satuan lain kadang muncul di soal dan laporan: cm³/s di soal sekolah, dan m³/hari untuk kebutuhan air harian. Baris m³/hari memakai 1 hari = 86.400 s dari Tabel 8 yang sama, dan 1 cm³ = 10⁻⁶ m³.

Sumber: lihat bagian Sumber artikel.

Tiga pegangan cepat yang paling sering dipakai: L/s dikali 60 menjadi L/menit, L/s dikali 3,6 menjadi m³/jam, dan m³/s dikali 1.000 menjadi L/s. Untuk konversi satuan lain, gunakan alat konversi satuan Ruang Teknik.

Contoh soal sekolah dan contoh lapangan

Dua contoh sekolah sudah ada di atas. Tiga contoh berikut memakai rumus debit yang sama untuk pekerjaan nyata. Semua angka adalah angka contoh yang dipilih agar langkahnya jelas, bukan ukuran baku.

Mengisi tangki: berapa lama sampai penuh?

Tangki air silinder sering diisi dari keran atau pompa kecil tanpa alat ukur debit. Caranya: ukur debit dengan ember dulu, lalu hitung waktu.

Contoh hitungan

Contoh lapangan: waktu mengisi tangki silinder

Diketahui: tangki silinder diameter dalam 1,0 m dan tinggi isi 1,2 m. Ember 10 L penuh dalam 25 s dari keran yang sama.

1. Volume tangki: V = π × 1,0² / 4 × 1,2 = 0,9425 m³ = 942,5 L

2. Debit keran (metode tampung): Q = 10 L / 25 s = 0,4 L/s

3. Waktu pengisian: t = V / Q = 942,5 L / 0,4 L/s = 2.356 s

4. Ubah ke menit: 2.356 s / 60 s/menit = 39,3 menit

Hasil

tangki penuh dalam sekitar 39 menit

Ulangi takaran ember dua atau tiga kali dan pakai rata-ratanya. Kesalahan satu detik pada stopwatch untuk ember 25 detik sudah menggeser hasil sekitar 4 persen.

Menakar pompa: debit yang dibutuhkan

Di sini arahnya dibalik. Yang diketahui volume dan waktu yang diinginkan, yang dicari debit minimum pompa, lalu kecepatannya di pipa.

Contoh hitungan

Contoh lapangan: debit pompa untuk tandon atap

Diketahui: tandon 2 m³ ingin penuh dalam 30 menit. Pipa tekan diameter dalam 25 mm.

1. Ubah waktu: t = 30 menit × 60 s/menit = 1.800 s

2. Debit yang dibutuhkan: Q = V / t = 2 m³ / 1.800 s = 0,001111 m³/s

3. Dalam satuan lapangan: Q = 1,111 L/s = 66,7 L/menit = 4,0 m³/jam

4. Luas pipa: A = π × 0,025² / 4 = 0,000491 m²

5. Kecepatan di pipa: v = Q / A = 0,001111 m³/s / 0,000491 m² = 2,26 m/s

6. Bila pipa diganti diameter dalam 32 mm: A = 0,000804 m², v = 1,38 m/s

Hasil

pompa harus memberi minimal 66,7 L/menit (4 m³/jam); kecepatan di pipa 25 mm sekitar 2,26 m/s

Dua catatan dari contoh ini. Pertama, pipa lebih besar menurunkan kecepatan, persis seperti persamaan kontinuitas. Kedua, debit belum cukup untuk memilih pompa. Buku panduan sistem pompa Departemen Energi Amerika Serikat (US DOE) menyebut pompa punya dua keluaran yang saling bergantung, yaitu laju alir dan tinggi angkat (head), ditambah faktor lain seperti efisiensi dan kondisi sisi isap. Tinggi angkat tidak dibahas di artikel rumus debit ini.

Saluran terbuka: debit saluran persegi

Pada saluran terbuka, $A$ adalah luas basah, yaitu bagian penampang yang benar-benar terisi air, bukan ukuran salurannya.

Contoh hitungan

Contoh lapangan: debit saluran terbuka persegi

Diketahui: lebar dasar b = 0,8 m, kedalaman air h = 0,5 m, kecepatan rata-rata v = 0,6 m/s.

1. Luas basah: A = b × h = 0,8 m × 0,5 m = 0,40 m²

2. Debit: Q = A × v = 0,40 m² × 0,6 m/s = 0,24 m³/s

3. Dalam liter per detik: 0,24 m³/s × 1.000 = 240 L/s

4. Dalam meter kubik per jam: 0,24 m³/s × 3.600 = 864 m³/jam

Hasil

Q = 0,24 m³/s (240 L/s)

Hitungan ini menjawab "berapa debit yang sedang mengalir". Merancang saluran bertanya sebaliknya: berapa debit yang harus mampu ditampung saat hujan lebat. Angka itu disebut debit rencana, dan tata cara hitungnya diatur dalam SNI 2415 Tata cara perhitungan debit banjir rencana terbitan BSN. Edisi 2016 masih berstatus Berlaku di katalog BSN, sementara SNI 2415:2026 ditetapkan pada 26 Februari 2026 sebagai revisinya, jadi untuk perencanaan resmi cocokkan dengan edisi 2026. Langkahnya, termasuk metode rasional dan kapasitas saluran, dibahas di artikel drainase: jenis saluran dan rumus debit rencana.

Kesalahan yang sering terjadi saat memakai rumus debit

Sebagian besar jawaban salah pada soal rumus debit bukan karena rumusnya keliru, tetapi karena satuannya. Empat kesalahan yang paling sering:

1. Diameter dipakai sebagai jari-jari. $\pi r^2$ dan $\pi d^2/4$ sama, tetapi $\pi d^2$ hasilnya empat kali terlalu besar.
2. Luas dalam cm² tidak diubah ke m². Faktornya 10.000, bukan 100, karena satuan luas adalah kuadrat: 1 m² = 100 cm × 100 cm.
3. Liter dan m³ tercampur. 1 m³ = 1.000 L. Debit 1 L/s terdengar kecil, tetapi itu 3,6 m³ tiap jam, cukup untuk mengisi hampir dua tandon 2 m³.
4. Kecepatan satu titik dianggap kecepatan rata-rata. Seperti dijelaskan di atas, kecepatan dekat dinding lebih kecil daripada di tengah, jadi kecepatan permukaan di tengah saluran belum tentu sama dengan $v$ yang dimaksud rumus.

Kebiasaan yang membantu adalah menulis satuan di setiap baris hitungan, seperti pada kotak contoh di artikel ini. Bila satuan di baris terakhir tidak menjadi m³/s, L/s, atau satuan debit lain, pasti ada langkah yang salah.

Untuk pendalaman tingkat kuliah, dua buku teks hidraulika berbahasa Indonesia yang tercatat di katalog perpustakaan kampus adalah Hidraulika I karya Bambang Triatmodjo (Beta Offset, cetakan ke-16, 2017) dan Mekanika Fluida dan Hidraulika Saluran Terbuka untuk Teknik Sipil karya Suripin (Andi, 2019), yang menurut deskripsi katalognya memuat bab kinematika zat cair dan aliran permanen seragam.