ABSTRAK - Digital Library UNS/Menurunkan... · MENURUNKAN ENERGI AIR DARI SPILLWAY DENGAN STEPPED...
Transcript of ABSTRAK - Digital Library UNS/Menurunkan... · MENURUNKAN ENERGI AIR DARI SPILLWAY DENGAN STEPPED...
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ABSTRAK
Sad Mei Nuraini, 2012. MENURUNKAN ENERGI AIR DARI SPILLWAY DENGAN
STEPPED CHUTES. Skripsi, Jurusan Tenik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
Bangunan spillway biasanya merupakan mercu yang diikuti dengan saluran curam sebelum
mencapai peredam energi. Kecepatan aliran sangat tergantung pada kemiringan dasar saluran
yang menyebabkan terjadinya aliran super kritis. Aliran di saluran curam selain cepat juga
memiliki energi yang cukup besar, sehingga harus dapat diredam. Pengurangan energi pada
penelitian ini dicoba dengan stepped chutes.
Penelitian ini dilakukan di laboratorium hirolika Universitas Sebelas Maret dengan
menggunakan flume. Langkah-langkah penelitian adalah sebagai berikut pertama, pelimpah
mercu Ogee dipasang dan dialiri air dengan variasi ketebalan air di hulu mercu. Setiap
ketebalan air yang mengalir, diukur debit aliran sesuai dengan hydraulic bench. Selain
mengukur debit, juga mengukur ketinggian pada puncak bendung, kedalaman kritis,
kedalaman di hilir kolam olak, dan jarak loncatan hidraulik. Setelah semua variasi ketebalan
dicoba, diganti dengan stepped chutes 1 cm dan dialiri dengan ketebalan aliran yang sama
seperti pada percobaan mercu Ogee. Selanjutnya diganti dengan stepped chutes 2 cm dan
dilakukan percobaan yang sama.
Besar energi dan kekuatan air pada ketinggian 3,00 cm pada Ogee sebesar 3,49 cm dan 26,04
x 10-5
N, pada stepped chutes 1 cm adalah 3,41 cm dan 21,63 x 10-5
N, pada stepped chutes 2
cm adalah 3,34 cm dan 17,86 x 10-5
N. Pada stepped chutes 1 cm terjadi penurunan energi
sebesar 2,39 % dan penurunan kekuatan air sebesar 16,94 %, pada stepped chutes 2 cm
terjadi penurunan energi sebesar 4,42% dan penurunan kekuatan air sebesar 31,41 %. Ini
menunjukkan adanya penurunan energi dan kekuatan air pada stepped chutes.
Kata kunci: penurunan energi, kekuatan air, stepped chutes
vi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i
LEMBAR PERSETUJUAN............................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii
MOTTO ........................................................................................................... iv
PERSEMBAHAN ............................................................................................ v
ABSTRAK ....................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii
DAFTAR ISI .................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xvi
DAFTAR NOTASI .................................................................................... ... xviii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ......................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................... 4
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................. 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 5
2.2 Landasan Teori ....................................................................................... 6
2.2.1 Saluran Terbuka........................................................................ 6
2.2.2 Aliran pada Saluran Terbuka .................................................... 9
2.2.3 Pelimpah (Spillway).................................................................. 11
2.2.4 Mercu Spillway (Crest)............................................................. 11
2.2.5 Pelimpah Bertangga (Stepped Chutes) ..................................... 11
2.2.6 Aliran pada Pelimpah Bertangga .............................................. 13
2.2.7 Energi pada Kolam Olak .......................................................... 15
2.2.8 Peredaman Kekuatan Air ......................................................... 18
2.2.9 Peredaman Energi ..................................................................... 18
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Umum… ................................................................................................. 19
3.2 Jenis Penelitian ....................................................................................... 19
3.3 Lokasi Penelitian .................................................................................... 19
3.4 Peralatan dan Bahan ............................................................................... 19
3.4.1 Flume ....................................................................................... 19
3.4.2 Pelimpah ................................................................................... 20
3.4.3 Stopwatch ................................................................................. 22
3.4.4 Mistar Ukur .............................................................................. 22
3.4.5 Pompa Air ................................................................................. 22
3.4.6 Kamera ..................................................................................... 22
3.4.7 Kelereng ................................................................................... 22
3.4.8 Peralatan penunjang (gayung, selang, dan obeng) ................... 22
3.5 Langkah Penelitian ................................................................................. 23
3.5.1 Persiapan Alat ........................................................................... 23
3.5.2 Pengecekan Alat ....................................................................... 23
3.5.3 Pengamatan dalam Percobaan .................................................. 23
3.5.3.1 Pengamatan pada Spillway mercu Ogee .................... 23
3.5.3.2 Pengamatan pada Stepped Chutes ............................. 25
3.5.4 Pengolahan Data ....................................................................... 26
3.6 Diagram Alir Tahapan Penelitian ........................................................... 27
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Debit .................................................................................................. 29
4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air ................................................. 31
4.2.1 Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Ogee ........................ 32
4.2.2 Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Stepped Chutes ................... 34
4.3 Perhitungan Kecepatan pada Tiap Ketebalan Air ................................... 40
4.3.1 Kecepatan (v) Mercu Ogee ...................................................... 40
4.3.2 Kecepatan (v) Stepped Chutes ................................................. 42
4.4 Energi yang Terjadi ................................................................................ 45
4.4.1 Perhitungan pada Ogee ............................................................ 47
4.4.2 Perhitungan pada Stepped Chutes 1 cm ................................... 54
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
4.4.3 Perhitungan pada Stepped Chutes 2 cm ................................... 61
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 69
5.2 Saran ....................................................................................................... 69
Daftar Pustaka ..................................................................................................... 70
Lampiran A Data Penelitian
Lampiran B Dokumentasi Penelitian
Lampiran C Kelengkapan Administrasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Pelimpah Bertangga Umbul Pengging, Boyolali .................... 2
Gambar 2.1 Unsur-unsur Energi pada Aliran Saluran Terbuka .................. 6
Gambar 2.2 Aliran Laminer ........................................................................ 8
Gambar 2.3 Aliran Turbulen ....................................................................... 8
Gambar 2.4 Desain Stepped Chutes 1 cm dan Stepped Chutes 2 cm .......... 12
Gambar 2.5 Konsep Percobaan Stepped chutes .......................................... 13
Gambar 2.6 Aliran Air pada Stepped Chutes .............................................. 15
Gambar 2.7 Energi yang Terjadi pada Kolam Olak .................................. 16
Gambar 3.1 Flume....................................................................................... 20
Gambar 3.2 Sketsa Rangkaian Model Spillway ogee dan Stepped Chutes 21
Gambar 3.3 Pengamatan pada Spillway Ogee ............................................ 24
Gambar 3.4 Pengamatan pada Stepped Chutes ........................................... 25
Gambar 3.5 Diagram Alir Tahapan Penelitian ............................................ 27
Gambar 4.1 Hubungan Debit Pompa dengan Debit Hydraulic Bench ........ 31
Gambar 4.2 Flume dengan Spillway Mercu Ogee ....................................... 31
Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Ogee .......... 34
Gambar 4.4 Bentuk Stepped Chutes 1 cm ................................................... 34
Gambar 4.5 Flume dengan Stepped Chutes 1 cm ........................................ 35
Gambar 4.6 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Stepped Chutes 1
cm ............................................................................................ 36
Gambar 4.7 Bentuk Stepped Chutes 2 cm ................................................... 37
Gambar 4.8 Flume dengan Stepped Chutes 2 cm ........................................ 37
Gambar 4.9 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Stepped Chutes 2
cm ............................................................................................ 39
Gambar 4.10 Perbandingan Ketebalan Air dengan Debit Terukur pada Ogee dan
Stepped Chutes ........................................................................ 40
Gambar 4.11 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Ogee ........ 41
Gambar 4.12 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Stepped Chutes 1
cm ............................................................................................ 43
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
Gambar 4.13 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Stepped Chutes 2
cm ............................................................................................ 44
Gambar 4.14 Perbandingan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Ogee dan
Stepped Chutes ........................................................................ 45
Gambar 4.15 Pengamatan pada Percobaan Ogee .......................................... 45
Gambar 4.16 Pengamatan pada Percobaan Stepped Chutes .......................... 46
Gambar 4.17 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 3,50 cm ............. 48
Gambar 4.18 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 3,25 cm ............. 49
Gambar 4.19 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 3,00 cm ............. 50
Gambar 4.20 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 2,75 cm ............. 50
Gambar 4.21 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 2,50 cm ............. 51
Gambar 4.22 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 2,25 cm ............. 51
Gambar 4.23 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 2,00 cm ............. 52
Gambar 4.24 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 1,75 cm ............. 53
Gambar 4.25 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 1,50 cm ............. 53
Gambar 4.26 Garis Energi Ogee pada Ketinggian di Hulu 1,25 cm ............. 54
Gambar 4.27 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 3,50
cm ............................................................................................ 56
Gambar 4.28 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 3,25
cm ............................................................................................ 56
Gambar 4.29 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 3,00
cm ............................................................................................ 57
Gambar 4.30 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 2,75
cm ............................................................................................ 57
Gambar 4.31 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 2,50
cm ............................................................................................ 58
Gambar 4.32 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 2,25
cm ............................................................................................ 59
Gambar 4.33 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 2,00
cm ............................................................................................ 59
Gambar 4.34 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 1,75
cm ............................................................................................ 60
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
Gambar 4.35 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 1,50
cm ............................................................................................ 60
Gambar 4.36 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 1,25
cm ............................................................................................ 61
Gambar 4.37 Garis Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian di Hulu 3,35
cm ............................................................................................ 63
Gambar 4.38 Garis Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian di Hulu 3,25
cm ............................................................................................ 63
Gambar 4.39 Garis Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian di Hulu 3,00
cm ............................................................................................ 64
Gambar 4.40 Garis Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian di Hulu 2,75
cm ............................................................................................ 65
Gambar 4.41 Garis Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian di Hulu 2,50
cm ............................................................................................ 65
Gambar 4.42 Garis Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian di Hulu 2,25
cm ............................................................................................ 66
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Koefisien Kekuatan Air ........................................................... 16
Tabel 2.2 Hubungan Suhu dengan Besarnya Viskositas Kinematik ....... 16
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Debit Pompa .............................................. 29
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Debit Hydraulic Bench .............................. 30
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kalibrasi ..................................................... 30
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Debit Ukur Mercu Ogee ............................ 33
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Debit Ukur Stepped Chutes 1 cm............... 36
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Debit Ukur Stepped Chutes 2 cm............... 38
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Ogee ................................ 41
Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Stepped Chutes 1 cm ....... 42
Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Stepped Chutes 2 cm ....... 44
Tabel 4.10 Data yang Diperoleh pada Ogee .............................................. 46
Tabel 4.11 Data yang Diperoleh pada Stepped Chutes 1 cm ..................... 46
Tabel 4.12 Data yang Diperoleh pada Stepped Chutes 2 cm ..................... 47
Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 3,5 cm ......... 48
Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 3,25 cm ...... 49
Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 3,00 cm ....... 49
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 2,75 cm ....... 50
Tabel 4.17 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 2,50 cm ....... 51
Tabel 4.18 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 2,25 cm ....... 51
Tabel 4.19 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 2,00 cm ....... 52
Tabel 4.20 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 1,75 cm ....... 52
Tabel 4.21 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 1,50 cm ....... 53
Tabel 4.22 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 1,25 cm ....... 54
Tabel 4.23 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
3,50 cm ..................................................................................... 55
Tabel 4.24 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
3,25 cm ..................................................................................... 56
Tabel 4.25 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
3,00 cm ..................................................................................... 57
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvii
Tabel 4.26 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
2,75 cm ..................................................................................... 57
Tabel 4.27 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
2,50 cm ..................................................................................... 58
Tabel 4.28 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
2,25 cm ..................................................................................... 58
Tabel 4.29 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
2,00 cm ..................................................................................... 59
Tabel 4.30 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
1,75 cm ..................................................................................... 60
Tabel 4.31 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
1,50 cm ..................................................................................... 60
Tabel 4.32 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian
1,25 cm ..................................................................................... 61
Tabel 4.33 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian
3,35 cm ..................................................................................... 63
Tabel 4.34 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian
3,25 cm ..................................................................................... 63
Tabel 4.35 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian
3,00 cm ..................................................................................... 64
Tabel 4.36 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian
2,75 cm ..................................................................................... 65
Tabel 4.37 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian
2,50 cm ..................................................................................... 65
Tabel 4.38 Hasil Perhitungan Energi Stepped Chutes 2 cm pada Ketinggian
2,25 cm ..................................................................................... 66
Tabel 4.39 Perbandingan Kekuatan Air pada Mercu Ogee dengan Kekuatan
Air pada Stepped Chutes .......................................................... 67
Tabel 4.40 Perbandingan Energi pada Mercu Ogee dengan Energi pada
Stepped Chutes ......................................................................... 68
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xviii
DAFTAR NOTASI
A Luas penampang (cm2)
B Lebar mercu (cm)
CD Koefisien Kekuatan Air
D Kedalaman aliran (cm)
E Energi aliran (cm)
Fr Angka Froude (tidak berdimensi/tidak mempunyai satuan)
g Percepatan gravitasi (cm/dt2)
ho Kedalaman pada hulu bendung (cm)
h1 Kedalaman puncak bendung (cm)
h2 Kedalaman kritis (cm)
h3 Kedalaman aliran awal loncat air (cm)
h4 Kedalaman pada hilir kolam olak (cm)
Lj Panjang loncat air (cm)
n Koefisien kekasaran Manning
P Tinggi bendung (cm)
Pe Penurunan energi
Pf Kekuatan air (N)
Pfo Kekuatan air pada mercu Ogee (N)
Pr Prosentase penurunan energi (%)
Pfsc Kekuatan air pada Stepped Chutes (N)
Q Debit (cm3/dt)
Qhb Debit hydraulic bench (cm3/dt)
Qpompa Debit pompa (cm3/dt)
R Jari-jari hidrolis (cm)
Re Angka Reynold (tanpa satuan)
t Waktu terukur (dt)
v Kecepatan aliran (cm/dt)
V Volume air (cm3)
ϑ Viskositas kinematis (cm2/s)
ρ Massa jenis air (g/cm3)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Bangunan spillway berfungsi sebagai bangunan untuk melimpahkan air apabila
terjadi kenaikan debit pada bendungan. Spillway biasanya terdiri dari tiga bagian
utama yaitu mercu, saluran luncur, dan peredam energi. Mercu merupakan bagian
yang diikuti dengan saluran curam sebelum mencapai peredam energi.
Permasalahan bagian mercu spillway adalah meningkatkan kapasitas debit tetapi
dengan tinggi muka air yang kecil. Apabila tinggi muka air di mercu tinggi, maka
kecepatan dan energinya sangat besar. Permasalahan ini dapat diatasi dengan
mengganti mercu ogee dengan mercu cocor bebek atau mercu trapesium. Bagian
saluran curam merupakan saluran terbuka dengan sifat aliran super kritis yang
berkecepatan sangat tinggi. Kecepatan yang sangat tinggi ini akan menyebabkan
terjadinya kerusakan bangunan pada hilir saluran. Untuk mengatasi hal tersebut
beberapa peneliti telah melakukan penelitian dengan membuat serangkaian anak
tangga. Sedangkan peredam energi berfungsi untuk mengurangi energi sebelum
mencapai kolam olak. Peredaman energi dapat dilakukan dengan cara
menambahkan blok-blok beton untuk memperpendek loncatan hidrolik supaya
tidak terjadi kedalaman kritis.
Kecepatan aliran sangat tergantung pada kemiringan dasar saluran. Walaupun
aliran super kritis tidak dapat dikendalikan di bagian hilir, tetapi masih bisa
dikendalikan dengan perubahan-perubahan pada kemiringan dasar salurannya.
Aliran di saluran curam selain cepat juga memiliki energi yang cukup besar,
sehingga untuk mendapatkan bangunan di bagian hilir yang aman, energi air ini
harus diredam sehingga dibutuhkan alternatif bangunan yang dapat meredam
energi sebelum mencapai peredam energi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
Peredaman energi air dapat dilakukan antara lain melalui benturan-benturan yang
dibuat, baik membentur benda padat maupun dibenturkan langsung dengan massa
air yang ada dihilirnya. Bila energi air bisa dikurangi secara bertahap dari bagian
hulu, maka dapat mengurangi dimensi peredam energi di bagian ujung saluran.
Energi yang lepas dari peredam energi harus sekecil mungkin untuk mencegah
gerusan yang dapat terjadi di hilir bendung. Peredaman energi dapat dilakukan
dengan membuat serangkaian anak tangga supaya kecepatan yang terjadi dapat
diredam oleh efek anak tangga tersebut. Gambar pelimpah bertangga di lapangan
yang terletak di Kawasan Umbul Pengging, Boyolali terdapat pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1 Pelimpah bertangga di Kawasan Umbul Pengging, Boyolali
Banyak penelitian yang telah dilakukan tentang pelimpah bertangga (stepped
chutes). Penelitian menggunakan pelimpah bertangga dengan tinggi anak tangga
1,50 cm pernah dilakukan oleh Aniek Masrevaniah tahun 2008. Pada tahun 2005
Pfister telah melakukan penelitian dengan model tinggi anak tangga yang dipakai
adalah 0,93 m dengan total anak tangga 25 buah. Dan penelitian yang dilakukan
oleh Chafi tahun 2010 menggunakan model dengan tinggi anak tangga 7,00 cm.
Hasil yang dianalisis adalah mengenai aliran dan yang berhubungan dengan
pengurangan energi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
Peneliti mencoba mengurangi energi dengan stepped chutes dengan tinggi anak
tangga 1 cm dan 2 cm pada saluran curam hilir mercu. Secara teoritis, stepped
chutes dapat mengurangi energi yang terjadi di hilir bendung karena dapat
mengurangi loncatan hidrolik di hilir bendung dan dapat mengurangi kecepatan
aliran. Percobaan ini dilakukan di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil,
Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta dengan menggunakan flume
dengan stepped chutes.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah maka dapat dirumuskan permasalahan
sebagai berikut:
1. Bagaimana energi yang terjadi pada hilir bendung dengan spillway ogee
dengan saluran curam kemiringan 45º ?
2. Berapa prosentase pengurangan energi pada spillway ogee dengan stepped
chutes ?
1.3 Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Aliran pada saluran air dianggap seragam dan tetap (steady uniform flow).
2. Dasar saluran air dianggap kedap air dan pengaruh rembesan air diabaikan.
3. Tidak ada perubahan kemiringan flume.
4. Penelitian dilakukan dengan menggunakan Open Flume yang menjadi model
saluran air dengan penampang 30 x 30 cm2
dan panjang 180 cm, dengan
menggunakan model spillway dari bahan kayu.
5. Model stepped chutes dibuat dengan lebar 18 cm karena untuk meningkatkan
tinggi muka air sedangkan tinggi anak tangga 1 cm dan 2 cm.
6. Hasil pengukuran volume hydraulic bench dan pengukuran waktu oleh stop
watch dianggap benar.
7. Tipe peredam yang digunakan sama baik pada Ogee maupun stepped chutes.
8. Cavitasi diabaikan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui besarnya energi yang dihasilkan dengan menggunakan spillway
ogee dengan saluran curam biasa.
2. Mengetahui besarnya presentase pengurangan energi di hilir menggunakan
spillway ogee dengan stepped chutes
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Praktis
Memberi informasi untuk mengurangi energi yang terjadi pada hilir bendung.
2. Teoritis
Menambah khasanah ilmu pengetahuan khususnya di bidang Bangunan Air.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Pelimpah bertangga adalah pelimpah yang bagian saluran curamnya dibangun
serangkaian anak tangga dengan ukuran tertentu. Model pelimpah yang
digunakan adalah pelimpah konvensional, pelimpah bertangga dengan anak
tangga datar, pelimpah bertangga dengan anak tangga datar yang ujungnya diberi
blok halang, pelimpah bertangga dengan anak tangga miring sesuai dengan sudut
yang terbentuk dari dimensi pelimpah bertangga dengan anak tangga data yaitu
20o
dengan tinggi anak tangga 1,50 cm. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa
rerata pengurangan energi untuk pelimpah Ogee sebesar 42,772 %, pelimpah
bertangga sebesar 52,906 %. Dengan hasil tersebut diperoleh kesimpulan bahwa
pelimpah bertangga mampu meredam energi lebih baik daripada pelimpah
konvensional. Hal ini banyak disebabkan oleh efek anak tangga yang mampu
meredam kecepatan (Aniek Masrevaniah, 2008).
Untuk pelimpah bertangga diperlukan pemilihan tinggi anak tangga dan analisis
aliran. Tinggi anak tangga harus dipilih dengan mempertimbangkan prosedur
konstruksi. Bendungan RCC (roller compacted concrete) sering dibangun dengan
ketinggian bekisting antara 60 cm sampai 120 cm. Dari sudut pandang tersebut
ketinggan anak tangga antara 30 cm sampai 120 cm. Desain dinding samping
harus memperhitungkan gelembung dari campuran udara dan air. Tinggi anak
tangga memiliki efek positif pada kinerja hidrolik spillway. Hasil model tes
menunjukkan bahwa anak tangga yang lebih tinggi memiliki keuntungan lebih
daripada anak tangga dengan dimensi kecil (Minor dan Boes, 2010).
Pelimpah bertangga adalah sebuah elemen dalam rekayasa hidrolik. Ada dua
masalah dasar yang belum bisa ditangani sejauh ini, yaitu pengurangan kecepatan
aliran langsung pada hilir pelimpah bertangga dan kerusakan akibat kavitasi. Pada
penelitian ini menambah dua item dengan pengamatan sistematis terhadap stepped
5
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
z1
z2
2
1
y2
y1
Muka air
Grs energi hf
Bidang persamaan
g2
u2
1
g2
u2
2
chutes kemiringan tertentu dan ukuran anak tangga. Tinggi anak tangga yang
dipakai adalah 0,93 m dengan total anak tangga 25 buah (Pfister, dkk, 2005).
Bendungan yang terdiri dari stepped chutes sering dianggap sebagai struktur yang
disesusaikan dengan perkembangan jaman padahal konsep stepped chutes
merupakan struktur yang sudah lama ada. Penelitian ini menggunakan model
dengan tinggi anak tangga adalah 7,00 cm. Hasil yang dianalisis adalah mengenai
aliran dan yang berhubungan dengan pengurangan energi (Chafi, dkk, 2010).
2.2. Landasan Teori
2.2.1 Saluran Terbuka
Secara umum saluran air terbagi menjadi dua yaitu saluran tertutup dan saluran
terbuka. Saluran pada flume merupakan saluran terbuka. Pengaliran saluran
terbuka dipengaruhi oleh gravitasi. Unsur energi pada aliran saluran terbuka dapat
dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Unsur-unsur energi pada aliran saluran terbuka
Gambar 2.1 menunjukkan adanya kehilangan energi pada saluran terbuka. Saluran
terbuka dapat digolongkan menjadi dua, yaitu saluran alami dan saluran buatan.
Sifat hidrolis saluran alamiah sangat tidak menentu. Sehingga dalam penyelesaian
secara teoritis perlu pengalaman, anggapan, dan persyaratan aliran yang dapat
diterima. Sedangkan saluran buatan adalah saluran yang dibuat dan direncanakan
oleh manusia. Saluran irigasi, adalah salah satu dari beberapa saluran buatan. Sifat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
hidrauliknya dapat direncanakan sesuai dengan kebutuhan, sehingga penerapan
teori hidrolika pada saluran buatan memberikan hasil yang cukup sesuai dengan
kondisi sesungguhnya.
Berdasarkan perubahan kedalaman dan kecepatan ke dalam aliran mengikuti
fungsi waktu, maka aliran dibedakan menjadi:
1. Aliran tetap (Steady Flow) adalah suatu aliran dimana parameter aliran tidak
berubah menurut waktu.
2. Aliran tak tetap (Unsteady Flow) adalah kebalikan dari aliran tetap.
3. Aliran seragam (Uniform Flow) adalah aliran dimana parameter alirannya tidak
berubah menurut tempat di sepanjang aliran.
4. Aliran tidak seragam (Ununiform Flow) adalah aliran dimana parameter-
parameter alirannya berubah menurut tempat. Aliran tidak seragam dapat
dibagi dua yaitu aliran berubah lambat (gradually varied flow) dan aliran
berubah cepat (rapidly varied flow).
Viskositas atau kekentalan mempengaruhi aliran fluida. Viskositas juga
merupakan hasil dari gaya-gaya yang dihasilkan saat lapisan fluida bergesekan
dengan benda lain. Aliran viscous adalah aliran yang terjadi pada fluida yang
pekat atau kental, kepekatan atau kekentalan fluida ini tergantung oleh gesekan
antara partikel penyusun fluida tersebut. Aliran viscous diklasifikasikan menjadi
dua, yaitu:
1. Aliran Laminer
Aliran laminer dalah aliran fluida yang ditunjukkan dengan gerak partikel-
partikel fluida yang sejajar dan garis-garis arusnya halus. Aliran laminer
bersifat steady maksudnya alirannya tetap. Tetap menunjukkan bahwa di
seluruh aliran air, debit alirannya tetap atau kecepatan aliran tidak berubah
menurut waktu. Aliran laminer terdapat pada Gambar 2.2.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
Gambar 2.2. Aliran Laminer
Bisa diambil kesimpulan mengenai ciri- ciri aliran laminer yaitu: fluida
bergerak mengikuti garis lurus, kecepatan fluidanya rendah, viskositasnya
tinggi dan lintasan gerak fluida teratur antara satu dengan yang lain.
2. Aliran Turbulen
Kecepatan aliran yang relatif besar akan menghasilakan aliran yang tidak
laminer melainkan komplek, lintasan gerak partikel saling tidak teratur antara
satu dengan yang lain. Sehingga didapatkan Ciri dari lairan turbulen: tidak
adanya keteraturan dalam lintasan fluidanya, aliran banyak bercampur,
kecepatan fluida tinggi, panjang skala aliran besar dan viskositasnya rendah.
Karakteristik aliran turbulen ditunjukkan oleh terbentuknya pusaran-pusaran
dalam aliran, yang menghasilkan percampuran terus menerus antara partikel
partikel cairan di seluruh penampang aliran. Aliran turbulen terdapat pada
Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Aliran Turbulen
Perbedaan aliran turbulen atau laminer, terdapat suatu angka tidak bersatuan
yang disebut Angka Reynold (Reynolds Number). Menurut hasil percobaan,
apabila angka Reynold kurang daripada 2000, aliran biasanya merupakan aliran
laminer. Apabila angka Reynold lebih besar daripada 4000, aliran biasanya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
adalah turbulen. Sedang antara 2000 dan 4000 aliran dapat laminer atau
turbulen tergantung pada faktor-faktor lain yang mempengaruhi.
2.2.2 Aliran pada Saluran Terbuka
Saluran terbuka adalah saluran dimana air mengalir dengan muka air bebas.
Analisis aliran melalui saluran terbuka adalah lebih sulit daripada aliran melalui
pipa (saluran tertutup). Di dalam pipa, tampang lintang aliran adalah tetap
tergantung pada dimensi pipa. Pada saluran terbuka, variabel aliran sangat tidak
teratur baik terhadap ruang maupun waktu. Oleh karena itu, analisis aliran melalui
saluran terbuka adalah lebih empiris dibanding dengan aliran melalui pipa
(Bambang Triatmodjo, 1993).
Saluran terbuka dengan slope yang tajam akan menghasilkan aliran yang
meluncur atau biasa disebut dengan aliran superkritis. Kemiringan yang tajam
akan menyebabkan kecepatan aliran tinggi dan akan mempengaruhi aliran di
daerah hilir, sehingga kedalaman aliran lebih kecil daripada kedalaman aliran
kritis.
Aliran melalui saluran terbuka dibedakan menjadi aliran sub kritis (mengalir) dan
super kritis (meluncur). Diantara kedua tipe tersebut adalah aliran kritis. Aliran
disebut sub kritis apabila suatu gangguan yang terjadi di suatu titik pada aliran
dapat menjalar ke arah hulu. Aliran sub kritis dipengaruhi oleh kondisi hilir,
dengan kata lain keadaan di hilir akan mempengaruhi aliran di sebelah hulu.
Apabila kecepatan aliran cukup besar sehingga gangguan yang terjadi tidak
menjalar ke hulu maka aliran adalah super kritis (Bambang Triatmodjo, 1993).
Aliran superkritis jika bilangan Froude lebih besar dari 1 (Fr>1). Kedalaman
relatif aliran superkritis lebih kecil dan kecepatan relatif tinggi (segala riak yang
ditimbulkan dari suatu gangguan adalah mengikuti arah arus). Kecepatan air >
kecepatan gelombang hulu aliran tidak dipengaruhi pengendali hilir (Istanto,
2009).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
Dampak yang timbul akibat aliran cepat (superkritis) akan menimbulkan gerusan
pada bagian hilir bendung, merusak bangunan sekelilingnya, dan dapat
mengakibatkan degradasi dasar alur sungai (Sauji Arafich, 2003).
Efek dari gaya gravitasi pada suatu aliran ditunjukkan dalam perbandinagn atau
rasio antara gaya inersia dan gaya gravitasi. Rasio antara gaya-gaya tersebut
dinyatakan dalam angka Froude. Aliran dapat dibedakan menjadi 3 tipe
berdasarkan bilangan Froude sebagai berikut:
1. Aliran kritis Fr = 1
2. Aliran sub kritis Fr < 1
3. Aliran super kritis Fr > 1
Kriteria aliran kritis adalah sebagai berikut:
1. Aliran sejajar atau berubah lambat laun
2. Kemiringan saluran adalah kecil
3. Koefisien energi dianggap sama dengan 1
Debit aliran adalah merupakan pembagian antara volume dengan waktu terukur
atau dapat dinyatakan:
Q = (2.1)
keterangan:
Q = Debit aliran
V = Volume tampungan
t = Waktu terukur
Selain itu debit aliran dapat diartikan sebagai jumlah air per satuan waktu yang
dapat diperoleh dari hasil perkalian antara luas penampang basah saluran dengan
kecepatan rerata atau dapat dinyatakan:
Q = v . A (2.2)
keterangan:
Q = Debit (m3/dt)
v = Kecepatan rerata (m/dt)
A = Luas penampang basah (m2)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Dari rumus diatas dapat dicari kecepatan:
v = A
Q
(2.3)
2.2.3 Pelimpah (Spillway)
Pelimpah merupakan suatu bangunan yang digunakan sebagai saluran
pengeluaran air berlebih dari suatu bendungan atau tanggul ke area di hilirnya.
Pelimpah akan melepaskan debit air lebih sehingga air tidak meluap (overtoping)
dan menggerus lereng hilir atau bahkan menghancurkan bendungan tipe urugan.
Air yang melimpah melalui spillway mempunyai kecepatan yang tinggi. Oleh
sebab itu kecepatan aliran harus dikurangi sebelum memasuki saluran yang berada
di hilirnya.
2.2.4 Mercu Spillway (Crest)
Mercu spillway adalah bagian teratas spillway dimana aliran dari hulu dapat
melimpah ke hilir. Letak mercu spillway bersama tubuh spillway diusahakan
tegak lurus arah aliran masuk spillway agar aliran yang menuju spillway terbagi
rata.
Bentuk puncak pelimpah dibagi menjadi:
1. Pelimpah ambang tipis (tajam) disebut pelimpah ambang tipis bila arus yang
terjadi tidak menempel pada ambang atau dengan batasan t<0,5 h, dengan t
adalah tebal ambang peluapan searah aliran, dan h sebagai tinggi pengaliran
di atas peluap.
2. Pelimpah ambang lebar disebut pelimpah ambang lebar bila arus yang terjadi
menempel pada ambang atau t>0,66
2.2.5 Pelimpah Bertangga (Stepped chutes)
Stepped chutes telah digunakan selama lebih dari 3.000 tahun dan saat ini semakin
populer karena pelimpah dengan model ini terbukti dapat mengurangi energi dan
proses pembangunannya cepat. Stepped chutes banyak digunakan pada daerah
yang mempunyai kemiringan saluran curam.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Desain hidrolik stepped chutes mengikuti urutan perencanaan konvensional
bendung mulai dari analisis banjir, desain lebar bendung, perhitungan stabilitas.
Selain itu, untuk stepped chutes diperlukan pemilihan dimensi tinggi dan lebar
tangga. Desain dinding samping harus memperhitungkan terjadinya gelembung
campuran air dan udara. Ketinggian dimensi tangga akan mempunyai efek positif
terhadap kinerja pelimpah tersebut.
Stepped chutes mempunyai keuntungan antara lain:
1. Dapat mengurangi energi pada hilir bendung
2. Dapat digunakan pada daerah yang mempunyai kemiringan curam
Desain stepped chutes 1 cm dan stepped chutes 2 cm ditunjukkan pada Gambar
2.4 sedangkan konsep aliran dalam percobaan ditunjukkan pada Gambar 2.5
Gambar 2.4. Desain stepped chutes 1 cm dan stepped chutes 2 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Gambar 2.5. Konsep Percobaan Stepped chutes
2.2.6 Aliran pada pelimpah bertangga
Chanson (1994) menyatakan bahwa pada aliran pada pelimpah bertangga dibagi
menjadi dua jenis aliran yaitu aliran nappe dan aliran skimming. Peredaman energi
aliran nappe terjadi karena pemisahan luapan aliran dalam udara yang jatuh dari
anak tangga yang posisinya lebih tinggi ke anak tangga di bawahnya dengan debit
aliran yang relatif kecil dan kemiringan punggung yang relatif datar. Sedangkan
peredaman energi aliran skimming terjadi karena geseran fluida. Karena adanya
geseran, fluida berputar berulang-ulang yang terjebak diantara anak-anak tangga
dengan aliran utama yang melimpas di punggung pelimpah bertangga.
Karakteristik bentuk dan permukaan pelimpah bertangga mempengaruhi kualitas
perubahan aliran. Dalam aliran nappe, air mengalami jatuh bebas. Di setiap anak
tangga, air mengalami penurunan bebas sebelum mencapai anak tangga
selanjutnya. Menurut Peyras dkk (1992) aliran nappe dibagi menjadi tiga jenis:
1. Aliran nappe dengan loncatan hidrolik penuh untuk aliran rendah dan
kedalaman kecil
2. Aliran nappe dengan loncatan hidrolik sebagian
3. Aliran nappe tanpa loncatan hidrolik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Menurut Chafi dkk (2010) Aliran skimming mempunyai ciri dengan adanya
perendaman menyeluruh dari anak tangga yang membentuk spillway. Aliran
skimming pada spillway dibagi menjadi 3 bagian:
1. Bagian pertama terdiri dari beberapa anak tangga pada awal spillway. Pada
bagian ini, aliran menimbulkan sebuah konfigurasi yang diakibatkan oleh
permukaan bebas regulator.
2. Pada bagian kedua terjadi karena adanya titik injeksi udara (titik
dimulainya udara terbawa) pada aliran.
3. Bagian ketiga dibentuk oleh anak yang yang tersisa dari spillway tersebut.
Ketebalan air cenderung konstan.
Chanson (1994) telah menyelidiki aliran pada pelimpah bertangga. Aliran nappe
terbentuk pada saat terjadi debit yang kecil. Pada debit yang besar, aliran menjadi
aliran skimming. Untuk alasan keamanan kondisi aliran pada transisi aliran nappe-
skimming harus dihindari. Mengabaikan efek terbawanya udara, detail
penyelidikan yang dilakukan oleh Chanson (1994) untuk analisis data antara lain:
1. Bilangan Froude tidak mempunyai efek terhadap ketahanan aliran
2. Tarikan permukaan tidak mempunyai efek terhadap kemiringan anak
tangga. Pada anak tangga datar, gesekan permukaan mungkin mempunyai
efek terhadap kemiringan. Tetapi data tambahan dibutuhkan untuk
menerima atau menolak point ini.
3. Bilangan Reynolds tidak mempunyai efek terhadap ketahanan aliran untuk
aliran turbulen superkritis.
Pada stepped chutes, saluran dilengkapi dengan serangkaian anak tangga dari
hulu ke hilir saluran peluncur. Seperti jenis kecepatan tinggi lainnya pada teknik
hidrolika, aliran pada saluran bertangga dicirikan oleh jumlah udara yang besar.
Kondisi aliran pada stepped chutes diklasifikasikan menjadi aliran nappe, aliran
transisi, dan aliran skimming yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 (Baylar, dkk,
2007)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Gambar 2.6 Aliran air pada stepped chutes. a) Aliran skimming, b) Transisi aliran,
c) Aliran nappe
2.2.7 Energi pada Kolam Olak
Aliran air pada pelimpah konvensional menghasilkan aliran superkritis dengan
energi tinggi dan daya gerus sangat kuat, sehingga dapat menyebabkan kerusakan
alur sungai di bagian hilirnya. Dalam upaya menurunkan energi yang lepas dari
pelimpah, dilakukan penelitian untuk mengetahui jenis pelimpah yang dapat
menghasilkan energi kecil (Aniek Masrevaniah, 2008).
Energi di atas spillway biasanya diakibatkan oleh beberapa hal, antara lain pada
hilir terdapat adanya lompatan hidrolik yang berfungsi untuk menghilangkan
sejumlah besar aliran energi, kecepatan tinggi yang terjadi pada saluran sehingga
melimpah ke kolam olak, konstruksi dari spillway untuk membantu dalam
mengurangi energi (Chanson, 1993).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
Bangunan pelimpah adalah bangunan pelengkap suatu bendungan. Bangunan ini
berfungsi untuk mengalirkan air banjir agar tidak membahayakan tubuh
bendungan. Debit banjir mengalir dengan kecepatan tinggi, sehingga mempunyai
energi yang besar. Energi ini akan merusak dasar sungai (Aniek Masrevaniah,
2008).
Guna mengurangi energi yang terjadi dalam aliran tersebut dilakukan berbagai
upaya antara lain dengan membuat tangga di hilir pelimpah untuk memperkecil
energi yang dihasilkan (Chanson, 1994).
Perhitungan energi pada kolam olak dapat dihitung dengan rumus:
E = D +
(2.4)
keterangan:
E = energi aliran (cm)
D = kedalaman aliran (cm)
v = kecepatan aliran (cm/s)
Lebih jelasnya penjelasan terdapat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Energi yang terjadi pada kolam olak
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Kekuatan air yang terjadi pada setiap titik dihitung dengan rumus:
Pf = CD . A .
. ρ. v
2 (2.5)
keterangan:
Pf = kekuatan air (N)
CD = koefisien kekuatan air, sesuai dengan Tabel 2.1
A = luas penampang (m2)
ρ = massa jenis air (kg/m3)
v = kecepatan aliran (m/s)
Tabel 2.1 Koefisien Kekuatan Air
CD Keterangan
0,001 Re < 105
0,005 Re > 105
sumber: Hoerner, 1965
Untuk menentukan harga CD harus menghitung angka Reynolds terlebih dahulu,
dengan rumus:
Re = (4 v R)/ϑ (2.6)
keterangan:
Re = angka Reynold (tanpa satuan)
v = kecepatan rata-rata (m/s)
R = jari-jari hidrolik (m)
ϑ = viskositas kinematis (m2/s), sesuai dalam Tabel 2.2
Tabel 2.2 Hubungan Suhu dengan Besarnya Viskositas Kinematik
Temperatur
(ºC)
Viskositas Kinematik
10-2
(cm2/dt)
20 1,002
21 0,978
22 0,955
23 0,933
24 0,911
25 0,983
26 0,873
27 0,854
28 0,836
29 0,818
30 0,802
sumber: http://web.ipb.ac.id/~erizal/mekflud/modul1.pdf
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
2.2.8 Peredaman Kekuatan air
Perhitungan penurunan kekuatan air dalam percobaan ini menggunakan rumus:
Pk = Pfo - Pfsc (2.7)
Prk =
x 100% (2.8)
keterangan:
Pk = penurunan kekuatan air
Pfo = kekuatan air pada mercu Ogee
Pfsc = kekuatan air pada Stepped Chutes
Prk = prosentase penurunan kekuatan air
2.2.9 Peredaman Energi
Perhitungan penurunan energi dalam percobaan ini menggunakan rumus:
Pe = Eo - Esc (2.9)
Pr =
x 100% (2.10)
keterangan:
Pe = penurunan energi
Eo = energi pada mercu Ogee
Esc = energi pada Stepped Chutes
Pr = prosentase penurunan energi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Umum
Metode penelitian adalah tahap-tahap penelitian yang sistematis runtut dan
berkesinambungan. Metode ini disusun untuk memperoleh hasil yang maksimal
serta untuk menghindari timbulnya kesulitan yang mungkin terjadi pada saat
penelitian (Winda Agustin,2010).
Metode yang dipakai untuk mendapatkan data dalam penelitian ini adalah dengan
percobaan langsung atau eksperimen di laboratorium. Penelitian ini dilakukan
dengan serangkaian kegiatan pendahuluan, untuk mencapai validitas hasil yang
maksimal. Kemudian, untuk mendapatkan kesimpulan akhir, data hasil penelitian
diolah dan dianalisis dengan kelengkapan studi pustaka.
3.2 Jenis Penelitian
Jenis penelitian ini adalah percobaan langsung atau penelitian eksperimen di
laboratorium.
3.3 Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian:
Laboratorium Hidrolika, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas
Sebelas Maret.
3.4 Peralatan dan Bahan
Peralatan yang digunakan antara lain:
3.4.1 Flume
Merupakan alat utama dalam percobaan pelimpah air. Flume ditunjukan
pada Gambar 3.1. Flume ini, sebagian besar komponennya terbuat dari
akrilik dan memiliki bagian-bagian penting, yaitu:
19
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
1. Saluran air, merupakan tempat untuk meletakkan model pelimpah. Saluran
berupa talang dengan penampang 30 cm x 30 cm dan panjang 180 cm.
Saluran terbuat dari akrilik sehingga memiliki dinding transparan untuk
mempermudah pengamatan.
2. Hydraulic Bench, bak penampung yang berfungsi menampung air yang
akan dialirkan ke talang maupun yang keluar dari saluran dan menghitung
debit yang digunakan sepanjang percobaan.
3. Pompa air, terletak di Hydraulic Bench, berfungsi untuk memompa air
agar bisa didistribusikan sepanjang talang air.
4. Kran debit, merupakan kran yang berfungsi mengatur besar-kecilnya debit
yang keluar dari pompa.
5. Reservoir, merupakan tempat yang berfungsi untuk menampung/
menerima limpahan air dari saluran air.
Gambar 3.1 Flume
3.4.2 Pelimpah
Model stepped chutes dibuat dari kayu dengan dua desain yaitu tinggi step
satu cm dan dua cm seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.2.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
Gambar 3.2. Sketsa Rangkaian Model Spillway Ogee dan Stepped chutes
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
3.4.3 Stopwatch
Stopwatch dipakai untuk mengukur waktu pada perhitungan debit aliran.
3.4.4 Mistar ukur
Mistar ukur atau meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air.
3.4.5 Pompa Air
Pompa air digunakan untuk memompa air yang ada pada tampungan
Hydraulic Bench agar dapat mengalir pada open flume.
3.4.6 Kamera
Kamera digunakan untuk mengabadikan gambar maupun video saat
penelitian dilakukan / sebagai dokumentasi.
3.4.7 Kelereng
Kelereng digunakan untuk meredam aliran air yang mengalir pada open
flume.
3.4.8 Peralatan Penunjang (gayung, selang dan obeng)
Gayung dan selang digunakan untuk penggantian air, sedangkan obeng
digunakan untuk mengencangkan skrup-skrup pada peralatan yang
longgar.
Bahan-bahan yang dipakai selama penelitian yaitu:
1. Air bersih
Aliran air yang digunakan adalah air bersih, air yang tidak membawa sedimen.
2. Malam
Sebagai pelapis yang menutupi celah antara pelimpah dengan dasar atau
dinding flume dan celah antara balok kayu dengan dinding flume.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
3.5 Langkah Penelitian
3.5.1 Persiapan Alat
Persiapan alat dalam penelitian ini sebagai berikut:
1. Mempersiapkan flume lengkap dengan kerangka penyangga dan tandon air di
hulu dan hilirnya. Flume mempunyai penampang 30 cm x 30 cm dan panjang
180 cm.
2. Membuat model spillway Ogee.
3. Membuat model stepped chutes.
4. Menyetel Hydraulic Bench dan pompa air.
5. Memasang mistar ukur.
6. Memasang model spillway pada tempat yang sudah disediakan dan menutup
celah antara spillway dengan dinding dan dasar saluran, agar tidak bocor.
Persiapan alat tidak hanya diawal, tetapi juga pada setiap pergantian setting
percobaan.
3.5.2 Pengecekan Alat
Pengecekan alat dilakukan setelah alat benar-benar siap dipakai. Pengecekan
dilakukan untuk mengetahui nilai pembacaan alat lebih akurat, sesuai dengan apa
yang sebenarnya terjadi. Dalam penelitian ini dilakukan pengecekan alat pengukur
debit pada hydraulic bench
3.5.3 Pengamatan Dalam Percobaan
3.5.3.1 Pengamatan pada spillway mercu Ogee
Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 3.3 adalah sebagai berikut:
1. Debit flume
Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum
yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).
2. Tinggi muka air di hulu crest
Ketebalan air pada hulu crest (Ho).
3. Tinggi muka air di atas puncak spillway Ogee
Ketebalan air di atas puncak spillway Ogee (H1).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
4. Tinggi muka air di hilir peluncur
Ketebalan air di hilir peluncur (H2)
5. Tinggi muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik
Ketebalan air pada saat terjadi loncatan hidrolik (H3)
6. Tinggi muka air pada kolam olak
Ketebalan air pada kolam olak (H4)
7. Tinggi spillway (P)
Data ini diukur dengan mistar ukur.
8. Jarak pengukuran dari hulu reservoir ke bendung
Panjang dari hulu reservoir ke bendung (L1)
9. Jarak pengukuran dari hilir peluncur ke loncatan hidrolik
Panjang dari peluncur ke loncatan hidrolik (L2)
Gambar 3.3 Pengamatan pada Mercu Ogee
Keterangan gambar:
Ho = Tebal muka air di hulu Spillway Ogee
H1 = Tebal muka air di atas puncak Spillway Ogee
H2 = Tebal muka air di hilir peluncur
H3 = Tebal muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik
H4 = Tebal muka air pada kolam olak
Q 1,2,dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air
maksimum yang dapat dicapai pompa
P = Tinggi spillway
L1 = Jarak dari hulu reservoir ke bendung
L2 = Jarak dari hilir peluncur ke loncatan hidrolik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
3.5.3.2 Pengamatan pada stepped chutes
Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 3.4 adalah sebagai berikut:
1. Debit flume
Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum
yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).
2. Tinggi muka air di hulu crest
Ketebalan air pada ketinggian (H).
3. Tinggi muka air di atas puncak stepped chutes
Ketebalan air di atas puncak stepped chutes (H1).
4. Tinggi muka air di hilir peluncur
Ketebalan air di hilir peluncur (H2)
5. Tinggi muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik
Ketebalan air pada saat terjadi loncatan hidrolik (H3)
6. Tinggi muka air pada kolam olak
Ketebalan air pada kolam olak (H4)
7. Tinggi spillway (P)
Data ini diukur dengan mistar ukur.
8. Jarak pengukuran dari hulu reservoir ke bendung
Panjang dari hulu reservoir ke bendung (L1)
9. Jarak pengukuran dari hilir peluncur ke loncatan hidrolik
Panjang dari peluncur ke loncatan hidrolik (L2)
Gambar 3.4 Pengamatan pada Stepped chutes
Keterangan gambar:
Ho = Tebal muka air di hulu Stepped Chutes
H1 = Tebal muka air di atas puncak Stepped Chutes
H2 = Tebal muka air di hilir peluncur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
H3 = Tebal muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik
H4 = Tebal muka air pada kolam olak
Q 1,2,dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air
maksimum yang dapat dicapai pompa
P = Tinggi spillway
L1 = Jarak dari hulu reservoir ke bendung
L2 = Jarak dari hilir peluncur ke loncatan hidrolik
3.5.4 Pengolahan Data
Data yang telah diperoleh dari pengamatan percobaan dianalisis dengan cara
membandingkan percobaan saat menggunakan spillway mercu Ogee dan setelah
pemasangan stepped chutes. Pengolahan data mengacu pada rumus-rumus yang
telah dicantumkan pada Bab 2 mengenai landasan teori.
Bagan alir tahap penelitian ditunjukan pada Gambar 3.5.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
3.6 Diagram Alir Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian ditunjukkan pada gambar sebagai berikut:
Mengumpulkan hasil pengamatan dalam percobaan yaitu
ketinggian tiap titik ukur, volume, dan waktu
Mulai
Menghitung debit
dengan rumus:
Q =
Menghitung kecepatan
dengan rumus:
v =
Menghitung energi
dengan rumus:
E = D +
Menghitung angka
Reynold dengan rumus:
Re = (4 v R)/ϑ
Re > 105 CD = 0,005
Ya
CD = 0,001
Tidak
A
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
Gambar 3.5 Diagram Alir Tahapan Penelitian
Membandingkan hasil pengamatan menggunakan spillway ogee
saluran luncur biasa dengan spillway ogee stepped chutes
Selesai
Kesimpulan
Menghitung kekuatan
air dengan rumus:
Pf = CD . A .
. ρ. v
2
A
Menghitung penurunan kekuatan air
dengan rumus:
Pk = Pfo - Pfsc
Prk =
x 100%
Menghitung penurunan energi dengan
rumus:
Pe = Eo - Esc Pk = Pfo - Pfsc
Pr =
x 100% Prk =
x 100%
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Debit
Alat ukur debit yang digunakan dalam penelitian ini adalah hydraulic bench. Alat
ukur hydraulic bench ini dianggap benar, tetapi perlu adanya kalibrasi. Kalibrasi
dalam percobaan ini menggunakan ember dengan volume 5 L. Hal ini dilakukan
karena current meter yang ada tidak dapat digunakan. Current meter tidak dapat
berfungsi karena ketebalan aliran di flume relatif kecil, sehingga baling-baling
current meter tidak dapat berada di bawah permukaan air secara keseluruhan.
Hasil perhitungan debit pompa ditunjukkan pada Tabel 4.1, hasil perhitungan
debit hydraulic bench ditunjukkan pada Tabel 4.2, dan hasil perhitungan kalibrasi
ditunjukkan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Debit Pompa
No. Skala
bukaan
Volume
(cm3)
t
(dt)
Q
pompa
(mm) (cm
3/dt)
1 7.00 3300 19.11 172.68
2 7.20 3100 14.56 212.91
3 7.40 2900 7.63 380.08
4 7.60 3100 6.29 492.85
5 7.80 2900 4.22 687.20
6 8.00 3300 3.45 956.52
7 8.20 3200 2.46 1300.81
8 8.40 3200 2.01 1592.04
9 8.60 2900 1.69 1715.98
10 8.80 3400 1.44 2361.11
29
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Tabel 4.2 Perhitungan Debit Hydraulic Bench
No. Skala
Bukaan
Volume
(cm3)
t
(dt)
Q hb
(mm)
(cm3/dt)
1 7.00 5000 34.88 143.37
2 7.20 5000 24.61 203.17
3 7.40 5000 13.16 379.94
4 7.60 5000 8.51 587.89
5 7.80 5000 6.05 827.13
6 8.00 5000 5.62 890.47
7 8.20 5000 3.85 1300.39
8 8.40 5000 3.39 1477.10
9 8.60 5000 3.03 1652.89
10 8.80 5000 2.01 2487.56
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kalibrasi
No. Q hb Q pompa
(cm3/dt) (cm
3/dt)
1 143.37 172.68
2 203.17 212.91
3 379.94 380.08
4 587.89 492.85
5 827.13 687.20
6 890.47 956.52
7 1300.39 1300.81
8 1477.10 1592.04
9 1652.89 1715.98
10 2487.56 2361.11
Grafik hubungan debit pompa dengan debit hydraulic bench ditunjukkan pada
Gambar 4.1.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
Gambar 4.1 Hubungan debit pompa dengan debit hydraulic bench
Dari Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa nilai r mendekati satu yaitu sebesar 0,986
sehingga hydraulic bench dapat dapat digunakan untuk percobaan ini.
Volume hydraulic bench adalah 10.000 cm3. Dengan mencatat waktu yang
diperlukan hydraulic bench dari keadaan kosong hingga penuh, maka dapat
diketahui besar debit aliran yang ada di flume pada tiap ketebalan air. Caranya
dengan membagi volume (V) dengan lama waktu pengisian (t).
4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air
Ketebalan air di hulu mercu spillway diatur dengan peningkatan ketebalan 0,25
cm. Ketebalan air di atas crest dan waktu pengisian hydraulic bench pada tiap
ketebalan air diukur. Sehingga besaran debit tiap ketebalan air dapat diketahui.
Perlakuan ini diterapkan baik pada penggunaan mercu Ogee maupun penggunaan
stepped chutes.
y = 0.9859x + 6.213 R² = 0.9865
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Q p
om
pa
(cm
3/d
t)
Q hb (cm3/dt)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
Sesuai dengan persamaan 2.1 untuk debit terukur, maka besaran debit tiap
ketebalan air yang melimpah mercu spillway baik pada Ogee maupun stepped
chutes dapat dihitung seperti berikut:
4.2.1 Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Ogee
Debit Terukur Mercu Ogee
Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm
V = volume air = 10.000,00 cm3
to = lama waktu pengamatan alat ukur = 5,96 dt
Data Ho, V, t diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung seperti
yang digambarkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Flume dengan Spillway Mercu Ogee
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
= 1677,01 cm3/dt
Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 3,00 cm adalah
1677,01 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang
melimpah mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.4 dan grafik hubungan ketebalan
air (H) dengan debit (Q) ditunjukan pada Gambar 4.3.
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Debit Ukur Mercu Ogee
No. H di hulu
crest (cm)
H di atas
crest (cm)
Volume
(cm3)
t
(dt)
Qhb
(cm3/dt)
1 1,25 0,7 10.000 39,55 252,84
2 1,50 1,1 10.000 27,29 366,39
3 1,75 1,3 10.000 18,46 541,71
4 2,00 1,6 10.000 13,74 727,64
5 2,25 1,8 10.000 11,21 892,06
6 2,50 1,9 10.000 8,94 1119,07
7 2,75 2,0 10.000 7,16 1397,43
8 3,00 2,2 10.000 5,96 1677,01
9 3,25 2,5 10.000 5,45 1836,21
10 3,50 2,5 10.000 3,95 2534,21
Grafik hubungan H dan Q yang ditampilkan pada Gambar 4.3 diperoleh dengan
bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y = 0,019 ( x +
1,074)3,173
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan debit berbanding lurus
dengan naiknya ketinggian di hulu crest.
4.2.2 Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Stepped Chutes
1. Debit Terukur (Qhb) Stepped Chutes 1 cm
Bentuk Stepped Chutes 1 cm ditampilkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Bentuk Stepped Chutes 1 cm
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
DEB
IT (
cm³/
dt)
KETINGGIAN AIR (cm)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
Perhitungan Debit Terukur Stepped Chutes 1 cm
Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm
V = volume air = 10.000,00 cm3
to = lama waktu pengamatan alat ukur = 6,54 dt
Data Ho, V, to diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung
seperti yang digambarkan pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Flume dengan Stepped Chutes 1 cm
= 1528,35 cm3/dt
Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 3,00 cm adalah
1528,35 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang
melimpah pada stepped chutes 1 cm ditampilkan pada Tabel 4.5 dan Gambar 4.6.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Debit Ukur Stepped Chutes 1 cm
No. H di hulu
crest (cm)
H di atas
crest (cm)
Volume
(cm3)
t
(dt)
Qhb
(cm3/dt)
1 1,25 0,55 10.000 32,02 312,28
2 1,50 0,75 10.000 20,61 485,13
3 1,75 0,9 10.000 15,44 647,79
4 2,00 1,2 10.000 13,69 730,62
5 2,25 1,4 10.000 9,17 1090,51
6 2,50 1,6 10.000 8,53 1171,92
7 2,75 1,7 10.000 7,50 1333,87
8 3,00 1,9 10.000 6,54 1528,35
9 3,25 2,1 10.000 5,05 1979,02
10 3,50 2,1 10.000 4,11 2434,87
Grafik hubungan H dan Q yang ditampilkan pada Gambar 4.6 diperoleh dengan
bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y =
Gambar 4.6 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Stepped Chutes 1
cm
Dari Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan debit berbanding lurus
dengan naiknya ketinggian di hulu crest, tetapi ada beberapa titik terjadi kenaikan
dan penurunan debit.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
DEB
IT (
cm³/
dt)
KETINGGIAN AIR (cm)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
2. Debit Terukur (Qhb) Stepped Chutes 2 cm
Bentuk Stepped Chutes 2 cm ditampilkan pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Bentuk Stepped Chutes 2 cm
Perhitungan Debit Terukur Stepped Chutes 2 cm
Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm3
V = volume air = 10.000,00 cm3
to = lama waktu pengamatan alat ukur = 7,2 dt
Data Ho, V, to diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung
seperti yang digambarkan pada Gambar 4.8.
Gambar 4.8 Flume dengan Stepped Chutes 2 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
= 1388,89 cm3/dt
Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 3,00 cm adalah
1388,89 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang
melimpah pada Stepped Chutes 2 cm ditampilkan pada Tabel 4.6 dan hubungan H
dengan Q ditunjukan pada Gambar 4.9.
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Debit Ukur Stepped Chutes 2 cm
No. H di hulu
crest (cm)
H di atas
crest (cm)
Volume
(cm3)
t
(dt)
Qhb
(cm3/dt)
1 2,25 1,55 10.000 13,23 756,03
2 2,5 1,8 10.000 10,74 931,10
3 2,75 1,85 10.000 7,93 1261,51
4 3,00 2,1 10.000 7,20 1388,89
5 3,25 2,25 10.000 6,95 1438,85
6 3,35 2,3 10.000 6,55 1526,72
Grafik hubungan H dan Q yang ditampilkan pada Gambar 4.9 diperoleh dengan
bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y = (0,946 + 0,005
x)-1/0,010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
Gambar 4.9 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Stepped Chutes 2
cm
Dari Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan debit sebanding dengan
naiknya ketinggian di hulu crest, tetapi ada beberapa titik terjadi kenaikan dan
penurunan debit.
Perbandingan ketebalan air dengan Debit terukur pada Ogee, Stepped Chutes 1
cm, dan Stepped Chutes 2 cm ditunjukkan pada Gambar 4.10.
600
900
1200
1500
1800
2 2.5 3 3.5
DEB
IT (
cm³/
dt)
KETINGGIAN AIR (cm)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
Gambar 4.10 Perbandingan Ketebalan Air dengan Debit Terukur pada Ogee
dan Stepped Chutes
Perbandingan perhitungan ketiga bentuk dapat disimpulkan bahwa Stepped
Chutes 2 cm dapat mengurangi debit paling besar, sedangkan pada Ogee dan
Stepped Chutes 1 cm masih terdapat beberapa titik yang mengalami kenaikan dan
penurunan.
4.3 Perhitungan Kecepatan pada Tiap Ketebalan Air
Sesuai dengan persamaan 2.3 untuk menghitung kecepatan menggunakan rumus:
v = A
Q
keterangan:
Q = Debit (m3/dt)
v = Kecepatan rerata (m/dt)
A = Luas penampang basah (m2)
4.3.1 Kecepatan (v) Mercu Ogee
Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm
B = lebar bendung = 18 cm
A = Ho x B = 3,00 x 18 = 54 cm2
Q = debit terukur = 1677,01 cm3/dt
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2 2.5 3 3.5
DEB
IT (
cm³/
dt)
KETINGGIAN AIR (cm)
OGEE
1 cm
2 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
= 31,056 cm/dt
Hasil perhitungan kecepatan pada Ogee pada setiap kenaikan air di hulu disajikan
dalam Tabel 4.7.
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Ogee
No. H di hulu
crest (cm)
B
(cm)
A
(cm2)
Qhb
(cm3/dt)
v
(cm/dt)
1 1,25 18,00 22,5 252,84 11,24
2 1,50 18,00 27,0 366,39 13,57
3 1,75 18,00 31,5 541,71 17,20
4 2,00 18,00 36,0 727,64 20,21
5 2,25 18,00 40,5 892,06 22,03
6 2,50 18,00 45,0 1119,07 24,87
7 2,75 18,00 49,5 1397,43 28,23
8 3,00 18,00 54,0 1677,01 31,06
9 3,25 18,00 58,5 1836,21 31,39
10 3,50 18,00 63,0 2534,21 40,23
Grafik hubungan H dan v yang ditampilkan pada Gambar 4.11 diperoleh dengan
bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y = 3,352 (x +
0,901)1,638
Gambar 4.11 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Ogee
0
10
20
30
40
50
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
KEC
EPA
TAN
(cm
/dt)
KETINGGIAN AIR (cm)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
Dari Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan kecepatan sebanding
dengan naiknya ketinggian di hulu crest, tetapi pada ketinggian 3,25 cm terjadi
penurunan kecepatan dan pada ketinggian 1,75 cm dan 2,25 cm terjadi kenaikan
kecepatan.
4.3.2 Kecepatan (v) Stepped Chutes
1. Kecepatan (v) Stepped Chutes 1 cm
Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm
B = lebar bendung = 18 cm
A = Ho x B = 3,00 x 18 = 54 cm2
Q = debit terukur = 1528,35 cm3/dt
= 28,303 cm/dt
Hasil perhitungan kecepatan pada Stepped Chutes 1 cm pada setiap kenaikan air
di hulu disajikan dalam Tabel 4.8.
Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Stepped Chutes 1 cm
No. H di hulu
crest (cm)
B
(cm)
A
(cm2)
Qhb
(cm3/dt)
v
(cm/dt)
1 1,25 18,00 22,5 312,28 13,88
2 1,50 18,00 27,0 485,13 17,97
3 1,75 18,00 31,5 647,79 20,57
4 2,00 18,00 36,0 730,62 20,30
5 2,25 18,00 40,5 1090,51 26,93
6 2,50 18,00 45,0 1171,92 26,04
7 2,75 18,00 49,5 1333,87 26,95
8 3,00 18,00 54,0 1528,35 28,30
9 3,25 18,00 58,5 1979,02 33,83
10 3,50 18,00 63,0 2434,87 38,65
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
Grafik hubungan H dan v yang ditampilkan pada Gambar 4.12 diperoleh dengan
bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y = (0,967 - 0,005 x)-
1/0,015
Gambar 4.12 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Stepped Chutes
1 cm
Dari Gambar 4.12 dapat dilihat bahwa kecepatan yang terjadi pada Stepped
Chutes 1 cm sering mengalami kenaikan dan penurunan kecepatan, hal ini
dikarenakan pada peluncur terdapat tangga-tangga yang menyebabkan
kecepatannya tidak konstan.
2. Kecepatan (v) Stepped Chutes 2 cm
Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm
B = lebar bendung = 18 cm
A = Ho x B = 3,00 x 18 = 54 cm2
Q = debit terukur = 1388,89 cm3/dt
= 25,72 cm/dt
0
10
20
30
40
50
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
KEC
EPA
TAN
(cm
/dt)
KETINGGIAN AIR (cm)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
Hasil perhitungan kecepatan pada Stepped Chutes 2 cm pada setiap kenaikan air
di hulu disajikan dalam Tabel 4.9.
Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Stepped Chutes 2 cm
No. H di hulu
crest (cm)
B
(cm)
A
(cm2)
Qhb
(cm3/dt)
v
(cm/dt)
1 2,25 18,00 310,50 756,03 18,67
2 2,50 18,00 315,00 931,10 20,69
3 2,75 18,00 319,50 1261,51 25,40
4 3,00 18,00 324,00 1388,89 25,72
5 3,25 18,00 328,50 1438,85 24,60
6 3,35 18,00 330,30 1526,72 25,32
Grafik hubungan H dan v yang ditampilkan pada Gambar 4.13 diperoleh dengan
bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y =
Gambar 4.13 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Stepped Chutes
2 cm
Dari Gambar 4.13 dapat dilihat bahwa kecepatan yang terjadi pada Stepped
Chutes 2 cm sering mengalami kenaikan dan penurunan kecepatan, hal ini
dikarenakan pada peluncur terdapat tangga-tangga yang menyebabkan
kecepatannya tidak konstan.
15
17
19
21
23
25
27
29
2 2.5 3 3.5
KEC
EPA
TAN
(cm
/dt)
KETINGGIAN AIR (cm)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
Perbandingan ketebalan air dengan Kecepatan pada Ogee, Stepped Chutes 1 cm,
dan Stepped Chutes 2 cm terdapat pada Gambar 4.14.
Gambar 4.14 Perbandingan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Ogee dan
Stepped Chutes
Perbandingan perhitungan ketiga bentuk diatas dapat disimpulkan bahwa Stepped
Chutes 2 cm dapat mengurangi kecepatan paling besar, sedangkan pada Ogee dan
Stepped Chutes 1 cm masih terdapat beberapa titik yang mengalami kenaikan dan
penurunan.
4.4 Energi yang Terjadi
Pengamatan pada percobaan diambil beberapa data seperti yang terdapat Gambar
4.15 dan 4.16.
Gambar 4.15 Pengamatan pada Percobaan Ogee
15
20
25
30
35
2 2.5 3 3.5KEC
EPA
TAN
(cm
/dt)
Ho (cm)
ogee
1 cm
2 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
46
Gambar 4.16 Pengamatan pada Percobaan Stepped Chutes
Data yang diperoleh selama percobaan Ogee terdapat pada Tabel 4.10, data
Stepped Chutes 1 cm terdapat pada Tabel 4,11 dan data Stepped Chutes 2 cm
terdapat pada Tabel 4.12.
Tabel 4.10 Data yang diperoleh pada Ogee
No. Ho
(cm)
H1
(cm)
H2
(cm)
H3
(cm)
H4
(cm)
L1
(cm)
L2
(cm)
1 1,25 0,70 0,10 3,30 3,20 22,00 0,00
2 1,50 1,10 0,30 3,60 3,50 22,00 4,00
3 1,75 1,30 0,30 3,70 3,60 22,00 7,00
4 2,00 1,60 0,40 3,70 3,80 22,00 9,00
5 2,25 1,80 0,40 4,00 4,00 22,00 12,00
6 2,50 1,90 0,50 4,00 4,10 22,00 15,00
7 2,75 2,00 0,60 4,10 4,30 22,00 20,00
8 3,00 2,20 0,70 4,40 4,60 22,00 22,00
9 3,25 2,50 0,80 4,50 4,50 22,00 38,00
10 3,50 2,50 0,80 4,50 4,00 22,00 55,00
Tabel 4.11 Data yang diperoleh pada Stepped Chutes 1 cm
No. Ho
(cm)
H1
(cm)
H2
(cm)
H3
(cm)
H4
(cm)
L1
(cm)
L2
(cm)
1 1,25 0,55 0,30 3,20 3,20 22,00 2,50
2 1,50 0,75 0,40 3,50 3,50 22,00 3,50
3 1,75 0,90 0,60 3,70 3,70 22,00 7,00
4 2,00 1,20 0,60 3,80 3,80 22,00 7,00
5 2,25 1,40 0,70 4,10 4,20 22,00 11,00
6 2,50 1,60 0,70 4,40 4,40 22,00 14,00
7 2,75 1,70 0,80 4,50 4,50 22,00 15,00
8 3,00 1,90 1,00 4,80 4,80 22,00 17,00
9 3,25 2,10 1,50 5,00 4,90 22,00 22,00
10 3,50 2,20 2,60 4,90 5,00 22,00 37,00
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
Tabel 4.12 Data yang diperoleh pada Stepped Chutes 2 cm
No. Ho
(cm)
H1
(cm)
H2
(cm)
H3
(cm)
H4
(cm)
L1
(cm)
L2
(cm)
1 2,25 1,55 0,60 3,90 3,90 22,00 7,50
2 2,50 1,80 0,80 4,10 4,00 22,00 8,50
3 2,75 1,85 0,80 4,20 4,20 22,00 13,00
4 3,00 2,10 0,90 4,30 4,30 22,00 14,00
5 3,25 2,25 1,10 4,50 4,50 22,00 16,00
6 3,35 2,30 1,20 4,70 4,70 22,00 19,00
Perhitungan energi dapat dihitung sesuai dengan rumus 2.4 dan perhitungan
kekuatan air dengan rumus 2.5. Berikut adalah hasil perhitungan pada Ogee dan
Stepped chutes pada setiap ketinggian yang diamati.
4.4.1 Perhitungan pada Ogee
Perhitungan Energi
Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm
v = kecepatan pada setiap titik ukur = 31,06 cm/s
g = percepatan gravitasi = 981 cm/s2
Es = 3,492 cm
Perhitungan Kekuatan Air
Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm
B = lebar penampang = 18,00 cm
A = luas penampang = Ho x B = 54,00 cm2
P = keliling basah = (2 x Ho) + B = 24,00 cm
R = jari-jari hidrolis = A/P = 2,25 cm
v = kecepatan pada setiap titik ukur = 31,06 cm/s
ϑ = viskositas kinematik pada suhu 29ºC = 0,818 x 10-2
cm2/dt
ρ = massa jenis air = 1,00 gr/cm3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
Menghitung Re sesuai dengan rumus 2.6
Re = (4 v R)/ϑ
Re = (4 x 31,06 x 2,25) / 0,818 x 10-2
Re = 34.169 < 105 sehingga nilai CD sesuai dengan Tabel 2.1 adalah
0,001
Pf = CD x A x 0,5 x ρ x v2
Pf = 0,001 x 54,00 x 0,5 x 1 x 31,062
Pf = 26,04 x 10-5
N
Tabel 4.13 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,5
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 222,99 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.17.
Tabel 4.13 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 3,5 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,50 40,23 4,32 49.568 50,97
H1 2,50 56,32 4,12 53.879 71,36
H2 0,80 175,99 16,59 63.225 222,99
H3 4,50 31,29 5,00 45.897 39,64
H4 4,00 35,20 4,63 47.662 44,60
Gambar 4.17 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,5 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
49
Tabel 4.14 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,25
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 117,07 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.18.
Tabel 4.14 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 3,25 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,25 31,39 3,75 36.649 28,82
H1 2,50 40,81 3,35 39.039 37,46
H2 0,80 127,51 9,09 45.811 117,07
H3 4,50 22,67 4,76 33.255 20,81
H4 4,50 22,67 4,76 33.255 20,81
Gambar 4.18 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,25 cm
Tabel 4.15 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,00
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 111,60 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.19.
Tabel 4.15 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 3,00 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,00 31,06 3,49 34.169 26,04
H1 2,20 42,35 3,11 36.610 35,51
H2 0,70 133,1 9,73 42.270 111,60
H3 4,40 21,17 4,63 30.590 17,75
H4 4,60 20,25 4,81 30.149 16,98
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
50
Gambar 4.19 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,00 cm
Tabel 4.16 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,75
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 90,41 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.20.
Tabel 4.16 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 2,75 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,75 28,23 3,16 29.078 19,73
H1 2,00 38,82 2,77 31.061 27,12
H2 0,60 129,39 9,13 35.591 90,41
H3 4,10 18,94 4,28 26.082 13,23
H4 4,30 18,06 4,47 25.689 12,62
Gambar 4.20 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,75 cm
Tabel 4.17 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,5
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 69,57 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.21.
Tabel 4.17 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 2,5 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
51
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,50 24,87 2,82 23.792 13,91
H1 1,90 32,72 2,45 25.102 18,31
H2 0,50 124,34 8,38 28.801 69,57
H3 4,00 15,54 4,12 21.047 8,70
H4 4,10 15,16 4,22 20.886 8,48
Gambar 4.21 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,5 cm
Tabel 4.18 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,25
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 55,26 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.22.
Tabel 4.18 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 2,25 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,25 22,03 2,50 19.387 9,82
H1 1,80 27,53 2,17 20.195 12,28
H2 0,40 123,90 8,22 23.203 55,26
H3 4,00 12,39 4,08 16.778 5,53
H4 4,00 12,39 4,08 16.778 5,53
Gambar 4.22 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,25 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
52
Tabel 4.19 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,00
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 36,77 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.23.
Tabel 4.19 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 2,00 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,00 20,21 2,21 16.173 7,35
H1 1,60 25,27 1,92 16.738 9,19
H2 0,40 101,06 5,61 18.926 36,77
H3 3,70 10,93 3,76 14.009 3,97
H4 3,80 10,64 3,86 13.899 3,87
Gambar 4.23 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 2,00 cm
Tabel 4.20 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 1,75
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 27,17 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.24.
Tabel 4.20 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 1,75 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 1,75 17,20 1,90 12.321 4,66
H1 1,30 23,15 1,57 12.859 6,27
H2 0,30 100,31 5,43 14.242 27,17
H3 3,70 8,13 3,73 10.429 2,20
H4 3,60 8,36 3,64 10.512 2,26
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
53
Gambar 4.24 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 1,75 cm
Tabel 4.21 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 1,5
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H3 sebesar 12,43 N. Garis energi yang terjadi ditunjukkan pada
Gambar 4.25.
Tabel 4.21 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 1,50 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 1,50 13,57 1,59 8.531 2,49
H1 1,10 18,50 1,27 8.870 3,39
H2 0,30 67,85 2,65 9.633 12,43
H3 3,60 5,65 3,62 7.110 1,04
H4 3,50 5,82 3,52 7.167 1,07
Gambar 4.25 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 1,5 cm
Tabel 4.22 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 1,25
cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar
terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 17,75 N. Garis energi yang terjadi
ditunjukkan pada Gambar 4.26.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
54
Tabel 4.22 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 1,25 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 1,25 11,24 1,31 6.031 1,42
H1 0,70 20,07 0,91 6.373 2,54
H2 0,10 140,47 10,16 6.793 17,75
H3 3,30 4,26 3,31 5.026 0,54
H4 3,20 4,39 3,21 5.067 0,55
Gambar 4.26 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 1,25 cm
Dari hasil semua perhitungan energi pada Ogee, energi dan kekuatan air terbesar
terletak pada kedalaman kritis. Hal ini disebabkan karena pada kedalaman kritis
mempunyai kecepatan aliran sangat tinggi.
4.4.2 Perhitungan pada Stepped Chutes 1 cm
Perhitungan Energi
Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm
v = kecepatan pada setiap titik ukur = 28,30 cm/s
g = percepatan gravitasi = 981 cm/s2
Es = 3,408 cm
Perhitungan Kekuatan Air
Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm
B = lebar penampang = 18,00 cm
A = luas penampang = Ho x B = 54,00 cm2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
55
P = keliling basah = (2 x Ho) + B = 24,00 cm
R = jari-jari hidrolis = A/P = 2,25 cm
v = kecepatan pada setiap titik ukur = 28,30 cm/s
ϑ = viskositas kinematik pada suhu 29ºC = 0,818 x 10-2
cm2/dt
ρ = massa jenis air = 1,00 gr/cm3
Menghitung Re sesuai dengan rumus 2.6
Re = (4 v R)/ϑ
Re = (4 x 28,30 x 2,25) / 0,818 x 10-2
Re = 31.140 < 105 sehingga nilai CD sesuai dengan Tabel 2.1 adalah
0,001
Pf = CD x A x 0,5 x ρ x v2
Pf = 0,001 x 54,00 x 0,5 x 1 x 28,302
Pf = 21,63 x 10-5
N
Tabel 4.23 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 3,5 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 102,93 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.27.
Tabel 4.23 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 3,5 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,50 38,65 4,26 47.626 47,05
H1 2,20 61,49 4,13 53.154 74,86
H2 1,60 84,54 5,24 56.162 102,93
H3 4,90 27,61 5,29 42.829 33,61
H4 5,00 27,05 5,37 42.523 32,94
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
56
Gambar 4.27 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 3,5 cm
Tabel 4.24 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 3,25 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 72,53 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.28.
Tabel 4.24 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 3,25 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,25 33,83 3,83 39.499 33,47
H1 2,10 52,36 3,50 43.592 51,81
H2 1,50 73,30 4,24 46.083 72,53
H3 5,00 21,99 5,25 34.562 21,76
H4 4,90 22,44 5,16 34.811 22,20
Gambar 4.28 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 3,25 cm
Tabel 4.25 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 3,00 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 64,88 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.29.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
57
Tabel 4.25 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 3,00 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,00 28,30 3,41 31.140 21,63
H1 1,90 44,69 2,92 34.283 34,15
H2 1,00 84,91 4,67 37.368 64,88
H3 4,80 17,69 4,96 27.078 13,52
H4 4,80 17,69 4,96 27.078 13,52
Gambar 4.29 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 3,00 cm
Tabel 4.26 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 2,75 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 61,78 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.30.
Tabel 4.26 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 2,75 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,75 26,95 3,12 27.756 17,97
H1 1,70 43,59 2,67 30.479 29,07
H2 0,80 92,63 5,17 33.278 61,78
H3 4,50 16,47 4,64 24.158 10,98
H4 4,50 16,47 4,64 24.158 10,98
Gambar 4.30 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 2,75 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
58
Tabel 4.27 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 2,5 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 54,50 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.31.
Tabel 4.27 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 2,5 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,50 26,04 2,85 24.916 15,26
H1 1,60 40,69 2,44 27.031 23,84
H2 0,70 93,01 5,11 29.540 54,50
H3 4,40 14,80 4,51 21.383 8,67
H4 4,40 14,80 4,51 21.383 8,67
Gambar 4.31 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 2,5 cm
Tabel 4.28 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 2,25 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar
47,19 N. Garis energi yang terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.32.
Tabel 4.28 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 2,25 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,25 26,93 2,62 23.700 14,682
H1 1,40 43,27 2,35 25.637 23,60
H2 0,70 86,55 4,54 27.488 47,19
H3 4,10 14,78 4,21 20.353 8,06
H4 4,20 14,42 4,31 20.199 7,87
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
59
Gambar 4.32 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 2,25 cm
Tabel 4.29 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 2,00 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 24,71 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.33.
Tabel 4.29 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 2,00 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,00 20,30 2,21 16.240 7,41
H1 1,20 33,83 1,78 17.513 12,36
H2 0,60 67,65 2,93 18.608 24,71
H3 3,80 10,68 3,86 13.956 3,90
H4 3,80 10,68 3,86 13.956 3,90
Gambar 4.33 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 2,00 cm
Tabel 4.30 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 1,75 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 19,43 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.34.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
60
Tabel 4.30 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 1,75 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 1,75 20,56 1,97 14.734 6,66
H1 0,90 39,99 1,71 15.999 12,95
H2 0,60 59,98 2,43 16.498 19,43
H3 3,70 9,73 3,75 12.471 3,15
H4 3,70 9,73 3,75 12.471 3,15
Gambar 4.34 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 1,75 cm
Tabel 4.31 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 1,50 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 16,87 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.35.
Tabel 4.31 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 1,50 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 1,50 17,97 1,66 11.297 4,36
H1 0,75 35,94 1,41 12.166 8,72
H2 0,40 67,38 2,71 12.619 16,87
H3 3,50 7,70 3,53 9.489 1,87
H4 3,50 7,70 3,53 9.489 1,87
Gambar 4.35 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 1,5 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
61
Tabel 4.32 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada
ketinggian di hulu 2,00 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 9,03 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.36.
Tabel 4.32 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 1,25 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 1,25 13,88 1,35 7.449 2,17
H1 0,55 31,54 1,06 7.995 4,93
H2 0,30 57,83 2,00 8.210 9,03
H3 3,20 5,42 3,21 6.258 0,85
H4 3,20 5,42 3,21 6.258 0,85
Gambar 4.36 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 1,25 cm
Hasil perhitungan energi stepped chutes 1 cm kekuatan air terbesar terletak pada
kedalaman kritis tetapi besarnya lebih kecil dibanding pada Ogee. Hal ini
membuktikan bahwa stepped chutes mampu meredam energi dan kekuatan yang
terjadi pada hilir peluncur.
4.4.3 Perhitungan pada Stepped Chutes 2 cm
Perhitungan Energi
Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm
v = kecepatan pada setiap titik ukur = 25,72 cm/s
g = percepatan gravitasi = 981 cm/s2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
62
Es = 3,337 cm
Perhitungan Kekuatan Air
Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm
B = lebar penampang = 18,00 cm
A = luas penampang = Ho x B = 54,00 cm2
P = keliling basah = (2 x Ho) + B = 24,00 cm
R = jari-jari hidrolis = A/P = 2,25 cm
v = kecepatan pada setiap titik ukur = 25,72 cm/s
ϑ = viskositas kinematik pada suhu 29ºC = 0,818 x 10-2
cm2/dt
ρ = massa jenis air = 1,00 gr/cm3
Menghitung Re sesuai dengan rumus 2.6
Re = (4 v R)/ϑ
Re = (4 x 25,72 x 2,25) / 0,818 x 10-2
Re = 28.298 < 105 sehingga nilai CD sesuai dengan Tabel 2.1 adalah
0,001
Pf = CD x A x 0,5 x ρ x v2
Pf = 0,001 x 54,00 x 0,5 x 1 x 25,722
Pf = 17,86 x 10-5
N
Tabel 4.33 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 cm pada
ketinggian di hulu 3,35 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 53,96 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.37.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
63
Tabel 4.33 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 pada ketinggan Ho 3,35 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,35 25,32 3,68 30.225 19,33
H1 2,30 36,88 2,99 33.034 28,25
H2 1,20 70,68 3,75 36.596 53,96
H3 4,70 18,05 4,87 27.247 13,78
H4 4,70 18,05 4,87 27.247 13,78
Gambar 4.37 Garis energi Stepped Chutes 2 cm pada ketinggian di hulu 3,35 cm
Tabel 4.34 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 cm pada
ketinggian di hulu 3,25 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 52,28 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.38.
Tabel 4.34 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 pada ketinggan Ho 3,25 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,25 24,60 3,56 28.718 17,69
H1 2,25 35,53 2,89 31.271 25,56
H2 1,10 72,67 3,79 34.831 52,28
H3 4,50 17,76 4,66 26.059 12,78
H4 4,50 17,76 4,66 26.059 12,78
Gambar 4.38 Garis energi Stepped Chutes 2 cm pada ketinggian di hulu 3,25 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
64
Tabel 4.35 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 cm pada
ketinggian di hulu 3,00 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 59,54
N. Garis energi yang terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.39.
Tabel 4.35 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 pada ketinggan Ho 3,00 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 3,00 25,72 3,34 28.298 17,86
H1 2,10 36,74 2,78 30.593 25,52
H2 0,90 85,73 4,65 34.831 59,54
H3 4,30 17,94 4,46 26.059 12,46
H4 4,30 17,94 4,46 26.059 12,46
Gambar 4.39 Garis energi Stepped Chutes 2 cm pada ketinggian di hulu 3,00 cm
Tabel 4.36 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 cm pada
ketinggian di hulu 2,75 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 55,26
N. Garis energi yang terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.40.
Tabel 4.36 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 pada ketinggan Ho 2,75 cm
No titik Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,75 25,49 3,08 26.250 16,07
H1 1,85 37,89 2,58 28.427 23,90
H2 0,80 87,61 4,71 31.473 55,26
H3 4,20 16,69 4,34 23.367 10,53
H4 4,20 16,69 4,34 23.367 10,53
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
65
Gambar 4.40 Garis energi Stepped Chutes 2 cm pada ketinggian di hulu 2,75 cm
Tabel 4.37 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 cm pada
ketinggian di hulu 2,5 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 30,10 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.41.
Tabel 4.37 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 pada ketinggan Ho 2,5 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,50 20,69 2,72 19.796 9,63
H1 1,80 28,74 2,22 21.079 13,38
H2 0,80 64,66 2,93 23.230 30,10
H3 4,10 12,62 4,18 17.378 5,87
H4 4,00 12,93 4,09 17.512 6,02
Gambar 4.41 Garis energi Stepped Chutes 2 cm pada ketinggian di hulu 2,5 cm
Tabel 4.38 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 cm pada
ketinggian di hulu 2,25 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang
diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 26,46 N. Garis energi yang
terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.42.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
66
Tabel 4.38 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 2 pada ketinggan Ho 2,25 cm
No
titik
Muka air
(cm)
v
(cm/s)
Es
(cm)
Re Pf
10-5
(N)
Ho 2,25 18,67 2,43 16.431 7,06
H1 1,55 27,10 1,92 17.521 10,24
H2 0,60 70,00 3,10 19.255 26,46
H3 3,90 10,77 3,96 14.329 4,07
H4 3,90 10,77 3,96 14.329 4,07
Gambar 4.42 Garis energi Stepped Chutes 2 cm pada ketinggian di hulu 2,25 cm
Hasil perhitungan energi stepped chutes 2 cm kekuatan air terbesar terletak pada
kedalaman kritis tetapi besarnya lebih kecil dibanding pada Ogee. Hal ini
membuktikan bahwa stepped chutes mampu meredam energi dan kekuatan yang
terjadi pada hilir peluncur.
Tabel 4.39 merupakan hasil hubungan kekuatan air pada mercu Ogee dengan
kekuatan air pada Stepped Chutes dan Tabel 4.40 merupakan hasil hubungan
energi pada mercu Ogee dengan energi pada Stepped Chutes yang dilakukan dan
di Laboratorium Hidrolika Universitas Sebelas Maret.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
67
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
68
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan analisis yang dilakukan dalam penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut:
1. Kenaikan debit dan kecepatan berbanding lurus dengan naiknya ketinggian air di hulu
crest, tetapi pada ketinggian tertentu terjadi penyimpangan karena adanya loncatan
air. Dari perbandingan ketiga bentuk spillway, spillway dengan stepped chutes 2 cm
merupakan spillway yang paling besar dapat mengurangi energi.
2. Nilai energi dan kekuatan air pada ketinggian 3,00 cm pada Ogee sebesar 3,49 cm dan
26,04 x 10-5
N, pada stepped chutes 1 cm adalah 3,41 cm dan 21,63 x 10-5
N, pada
stepped chutes 2 cm adalah 3,34 cm dan 17,86 x 10-5
N. Pada stepped chutes 1 cm
terjadi penurunan energi sebesar 2,39 % dan penurunan kekuatan air sebesar 16,94 %,
pada stepped chutes 2 cm terjadi penurunan energi sebesar 4,42% dan penurunan
kekuatan air sebesar 31,41 %. Ini menunjukkan adanya penurunan energi dan
kekuatan air pada stepped chutes.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian dengan variasi kemiringan dasar saluran sehingga akan
terlihat perbedaan energi yang terjadi.
2. Perlu dilakukan penelitian dengan pompa air yang memiliki kapasitas debit lebih
besar, agar terdapat variasi debit yang lebih banyak.
3. Melakukan variasi terhadap dimensi dan bentuk tangga supaya dapat diketahui bentuk
dan dimensi anak tangga yang optimal untuk mengurangi energi.
69