9. Pintu Ukur Segitiga-Acc

Praktikum Mekanika Fluida & Hidrolika Kelompok I

PINTU UKUR SEGI TIGA

A. Teori Percobaan

Salah satu penerapan praktis dari konsep aliran melalui bendung bermercu tajam

(ambang tajam) yaitu pengukuran debit aliran saluran terbuka dengan menggunakan

bendung (weir) atau ambang tajam sebagai pintu ukur.

Dalam praktek umumnya digunakan pintu ukur bentuk segi empat, bentuk segi tiga, dan

bentuk trapezium. Untuk pengujian di laboratorium, pintu ukur tersebut dipasang pada

sebuah bak hidrolis (hydraulic bench) yang dilengkapi dengan pompa sirkulasi air. Makin

besar debit air yang dialirkan, makin besar pula pengaliran yang melalui pintu, demikian

pula sebaliknya sehingga dengan mengetahui geometri (dimensi) pintu serta saluran di

hulu pintu dan mengukur tinggi muka air di atas mercu pintu, dapat dihitung besarnya

debit aliran. Untuk kalibrasi alat, harus ditentukan terlebih dahulu koefisien pengaliran

setiap pintu (Cd) yang merupakan perbandingan antara debit aktual dan debit teoritis

melalui pintu ukur.

Pintu Ukur Segitiga

Perhatikan gambar diatas, geometri pintu ukur segi tiga ditentukan oleh besarnya

sudut antara kedua kaki segi tiga dan tinggi total pintu. Hubungan antara geometri pintu

dan unsure geometrik penampang aliran ditentukan dengan persamaan:

Laboratorium Mekanika Fluida & Hidrolika – Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UKIP 1


tanθ2= b /2

H−h

atau b=2 ( H−h ) tan

θ2 (4.1)

Untuk memperoleh persamaan aliran, perhatikan elemen luas dA.

Secara teoritis, debit aliran melalui elemen luas dA dinyatakan dengan persamaan:

dQ=V⋅dA (4.2)

Jika h 0, maka dA=b⋅dh ; dan kecepatan aliran melalui pintu: V=√2 gh , sehingga

persamaan (4.2) menjadi:

dQ=√2 gh×bdhKombinasi persamaan (4.1) dan (4.2) menghasilkan:

dQ=2√2 g⋅tanθ2×( H −h )⋅h

12 dh

(4.3)

Debit teoritis diperoleh dengan mengintegrasikan persamaan (4.3):

Qt=2√2 g tanθ2∫0

H

( H−h)h12 dh

Qt=2√2 g tanθ2 [ 2

3Hh

32−2

5h

52 ]

0

H

dengan menyederhanakan persamaan di atas, diperoleh

Qt=8

15√2g tan

θ2×H

52

(4.4)

Di dalam pengaliran sebenarnya air yang meluap melalui pintu mengalami kontraksi,

sehingga luas penampang aliran sebenarnya lebih kecil. Oleh karena itu, debit aliran

sebenarnya perlu direduksi dengan suatu koefisien yakni koefisien debit Cd, sehingga

debit sebenarnya melalui pintu tersebut dinyatakan dengan persamaan:

Q= 815

Cd √2g tanθ2×H

52

(4.5)



Debit aktual dapat diukur dan dihitung dengan persamaan:

Qa=Vt ; dalam hal ini, V adalah volume aliran rata-rata dan t adalahwaktu

pengaliran rata-rata.

Dengan demikian koefisien pengaliran dapat ditentukan dengan persamaan:

Cd=Qa

Qt (4.6)

B. Maksud dan Tujuan Percobaan

Menentukan koefisien pengaliran melalui pintu ukur segitiga

Mengukur debit dengan pintu ukur segitiga

C. Alat dan Bahan yang Digunakan

Hydraulic Bench

Stopwatch

Pintu ukur segitiga

Alat ukur tinggi muka air (point gauge)

Mistar ukur

D. Prosedur Percobaan

1. Pasang pintu ukur segitiga pada hidrolik bench

2. Hidupkan pompa dan alirkan air dari bak penampung ke dalam bak pengaliran hingga

melimpah melalui pintu

3. Diamkan beberapa saat hingga pengaliran konstan dan ukur tinggi muka air

4. Catat waktu yang dibutuhkan untuk menampung volume aliran tertentu melalui pintu.

5. Lakukan pengukuran dan pencatatan untuk beberapa variasi debit



E. Data Percobaan

TABEL PENGAMATAN PERCOBAAN PINTU UKUR SEGITIGA

NoVolume

airWaktu (detik)

Tinggi muka airy (mm)

(cm3) t1 t2 trata-2 1 2 rata-21 1000 45 43 44 138 138 2000 95 92 93,5 138 138 3000 143 145 144 138 138 3500 155 151 153 138 1382 1000 15 17 16 145 145 2000 25 28 26,5 145 145 3000 40 43 41,5 145 145 3500 47 49 48 145 1453 1000 6 8 7 163 163 2000 8 7 7,5 163 163 3000 11 13 12 163 163 3500 20 19 19,5 163 163

Sudut Pintu = 90 o

Tinggi Pintu = 12.6 cm

Percepatan gravitasi = 981 cm/det2

Makassar, Januari 2010

Asisten

_______________________



F. Analisa Data

Untuk data I

Penyelesaian :

Menghitung debit aktual (Qa)

Qa = V / t

Di mana : V = 1000 cm3

t = 44 detik

Qa = 1000 cm3 / 44 detik = 22,73 cm3/detik

Menghitung tinggi air yang melewati pintu

Hw = (tinggi muka air – tinggi level )

Tinggi level = 12,6 cm

Tinggi muka air = 13,8 cm

Hw = 13,8 cm – 12,6 cm

= 1.2 cm

Menghitung debit teoritis (Qt)

Qt = 8 / 15 * (2*g) tan (½θ)* Hw5/2

Di mana : θ = 90o

g = 981 cm/detik2

Hw = 1.2 cm

Qt = 8 / 15 * (2*981 gr cm/det2) tan (½90) * 1.25/2(cm)

= 37,265 cm3/detik

Cd = QA / Qt

=

22 , 7273cm /det ik2

37 , 265 cm /det ik2

= 0.609988



Untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut

NoV t Qa y Hw Qt Cd Q

(cm3) (det) cm3/det (cm) (cm) cm3/det 1 1000 44 22.7273 13.8 1.2 37.265 0.60988 22.72727 3000 93.5 32.0856 13.8 1.2 37.265 0.86101 32.08556 5000 144 34.7222 13.8 1.2 37.265 0.93176 34.72222 6000 153 39.2157 13.8 1.2 37.265 1.05235 39.215692 1000 16 62.5 14.5 1.9 117.553 0.53168 62.5 3000 26.5 113.208 14.5 1.9 117.553 0.96304 113.2075 5000 41.5 120.482 14.5 1.9 117.553 1.02492 120.4819 6000 48 125 14.5 1.9 117.553 1.06335 1253 1000 7 142.857 16.3 3.7 622.089 0.22964 142.8571 3000 7.5 400 16.3 3.7 622.089 0.64299 400 5000 12 416.667 16.3 3.7 622.089 0.66979 416.6667 6000 19.5 307.692 16.3 3.7 622.089 0.49461 307.6923

20 25 30 35 40 450

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = 0.0268348180788572 xR² = 1

Qa Vs Cd

Series2

Linear (Series2)

Debit (Qa) (cm3/detik)

Cd

Grafik hubungan Debit (Qa) dan Cd untuk pengamatan I

Laboratorium Mekanika Fluida & Hidrolika – Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UKIP

50 60 70 80 90 1001101201300

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = 0.00850683027783103 xR² = 1

Qa Vs Cd

Series2

Linear (Series2)


Cd

6


Grafik hubungan Debit (Qa) dan Cd untuk pengamatan II

100 150 200 250 300 350 400 4500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

f(x) = 0.00160748696658233 xR² = 1

Chart Title

Series2

Linear (Series2)

Debit (cm3/detik)

Cd

Grafik hubungan debit dan cd untuk pengamatan III

Menghitung debit sebenarnya :

Laboratorium Mekanika Fluida & Hidrolika – Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UKIP

50 60 70 80 90 1001101201300

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = 0.00850683027783103 xR² = 1

Qa Vs Cd

Series2

Linear (Series2)


Cd

7


Q= 815

Cd √2g tanθ2×Hw

52

Q= 815

∗0 . 5367√2∗981 tan902

×1 .252

Q = 20

G. Pembahasan

1. Dari grafik dapat dilihat bahwa hubungan antara koefisien pengaliran (Cd) dan debit

aktual (Qa) merupakan garis lurus/linear. Yang berarti bahwa Cd dan Qa berbanding

lurus. Semakin besar Qa, maka Cd juga akan semakin besar, begitu pula sebaliknya.

2. Dari tabel hasil perhitungan dapat dilihat nilai debit aktual dan debit sebenarnya sama

berarti sudah tidak ada kesalahan dalam percobaan tersebut.

H. Kesimpulan dan Saran

a. Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan pintu ukur segitiga ini maka kami dapat menarik

beberapa kesimpulan berdasarkan hasil dan pembahasan yaitu :

1. Koefisien pengaliran dapat dihitung dengan membandingkan debit aktual

dan debit teoritis.

2. Debit sebenarnya dapat dihitung dengan mereduksi debit aliran sebenarnya

dengan koefisien debit (Cd)

b. Saran

Agar pelaksanaan praktikum dapat berjalan dengan lancar maka kami

menyarankan :

1. Agar hasil yang diperoleh lebih akurat sebaiknya waktu pengamatan

ditambahkan pada tabel pengamatan.

2. Kepada para peserta praktikum agar memperhatikan dengan baik arahan

dari asisten dalam pelaksanaan praktikum agar pengambilan data dapat

dilakukan dengan baik



F. Daftar Pustaka

1. Streeter V. L. & Wylie E.B. 1996. Mekanika Fluida, Edisi Delapan, Jilid 1. Penerbit Erlangga, Jakarta.

2. Chadwick A.J. 1993. Hydraulics in Civil & Environmental Engineering, Edisi Kedua, E & FN Spon, London.

3. Chow V. T. 1997, Hidrolika Saluran Terbuka, cetakan keempat, Penerbit Erlangga, Jakarta

G. Gambar dan Foto Alat


9. Pintu Ukur Segitiga-Acc

Documents

Transcript of 9. Pintu Ukur Segitiga-Acc