BAB IALIRAN MELALUI AMBANG LEBAR

1.1 PENDAHULUANDalam merancang bangunan air, kita perlu mengetahui sifat-sifat atau karakteristik aliran air yang melewatinya. Pengetahuan ini diperlukan untuk membuat bangunan air yang sangat berguna dalam pendistribusian air maupun pengaturan sungai.Dalam percobaan kali ini akan dilakukan peninjauan aliran dalam ambang yang merupakan aliran berubah tiba-tiba. Ambang yang digunakan adalah ambang lebar.Alasan menggunakan ambang lebar adalah:1. Ambang ini akan menjadi model untuk diaplikasikan dalam perancangan bangunan pelimpah. Selain itu dengan memperhatikan aliran pada ambang, dapat mempelajari karakteristik dan sifat aliran secara garis besar.2. Bentuk ambang ini adalah bentuk yang paling sederhana sehingga proses pelaksanaan percobaan dapat dilakukan dengan lebih mudah.

Gambar 1.1 Ambang Lebar

Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika

1Kelompok 4Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma

Dalam percobaan ini akan dilakukan pengamatan karakteristik aliran yang melalui ambang lebar dengan tipe karakteristik sebagai berikut:1. Keadaan loncat. Keadaan loncat adalah tinggi muka air di hulu saluran tidak dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.2. Keadaan peralihan. Keadaan peralihan adalah tinggi muka air di hulu saluran mulai dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.3. Keadaan tenggelam. Keadaan tenggelam adalah tinggi muka air di hulu saluran dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.Dari percobaan ini dapat diperoleh gambaran mengenai sifat aliran, berupabentuk atau profil aliran melalui analisis model fisik dari sifat aliran yang diamati. Dalam kondisi kenyataan di lapangan, ambang ini berguna untuk meninggikan muka air di sungai atau pada saluran irigasi sehingga dapat mengairi areal persawahan yang luas. Selain itu, ambang juga dapat digunakan mengukur debit air yang mengalir pada saluran terbuka.

1.2 TUJUAN PERCOBAANTujuan dilakukannya percobaan ini adalah:1. Mempelajari karakteristik aliran yang melalui ambang lebar.2. Mempelajari pengaruh perubahan keadaan tinggi muka air di hilir dan hulu saluran.3. Mempelajari hubungan tinggi muka air di atas ambang terhadap debit air yang melimpah di atas ambang.

1.3 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKANAlat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

Gambar 1.2 Model Saluran Terbuka untuk Percobaan Ambang Lebar

Keterangan: 1. Ambang lebar2. Alat pengukur kedalaman3. Meteran4. Venturimeter dan pipa manometer5. Sekat pengatur hilir6. Penampung air7. Generator dan pompa air

1.4 TEORI DASAR DAN RUMUS 1.4.1 Debit Aliran (Q) Berdasarkan prinsip kekekalan energi, impulsmomentum, dan kontinuitas (kekekalan massa), serta dengan asumsi terjadi kehilangan energi, dapat diterapkan persamaan Bernoulli untuk menghitung besar debit berdasarkan tinggi muka air sebelum dan pada kontraksi.

Gambar 1.3 Venturimeter

Besarnya debit aliran (Q) dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:

(cm3/s) (1.1)Dimana:D1= 3,15 cmD2= 2,00 cmg= 9,81 m/s2air= 1,00 gram/cm3hg= 13,60 gram/cm3

Penurunan rumus (cm3/detik)

1.4.2 Koefisien Pengaliran (C)

Gambar 1.4 Profil Aliran Melalui Ambang Lebar Tajam

Kecepatan aliran yang lewat diatas pelimpah adalah

= (1.2)

= (1.3)Dimana:g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2t= Tinggi ambang = 10,6 cm

a. Karena debit aliran yang melalui pelimpah tersebut relatif kecil, maka diperlukan koefisien reduksi bagi debit (Q) maka: Q = c . g1/2. L. He3/2 (1.4)b. Berdasarkan persamaan diatas dan dengan mensubtitusi C = c g1/2 ke persamaan (1.4) maka diperoleh persamaan sebagai berikut: Q = C. L. He3/2 (1.5)

c. Apabila debit yang mengalir sudah diketahui nilainya, maka nilai koefisien pengaliran (C) dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:

(1.6)Dimana:L = Lebar saluran = 9,7 cm

1.5 PROSEDUR PERCOBAANLangkah-langkah yang harus dilakukan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:1. Memasang ambang lebar pada posisi tertentu dalam model saluran terbuka.1. Mengalibrasikan alat pengukur kedalaman dan venturimeter. Mencatat dimensi ambang.1. Menyalakan pompa dengan debit air tertentu sesuai dengan yang diinginkan tetapi tidak meluap.1. Mengatur sekat di hilir sedemikian rupa sehingga diperoleh keadaan loncat pertama, loncat kedua, peralihan, tenggelam pertama, dan tenggelam kedua. Memeriksa apakah aliran sudah stabil untuk masing-masing keadaan. Melakukan pengambilan data.1. Mencatat data tinggi muka air pada delapan titik pengamatan untuk mengambil profil aliran untuk masing-masing keadaan, dan mencatat dari venturimeter untuk menghitung debit.1. Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk empat debit yang berbeda. Mencatat kedalaman air di hulu (y1) dan kedalaman air di hilir (y2).1. Mengosongkan sekat di hilir.1. Mengatur debit aliran (mulai dari yang besar ke yang kecil).1. Mencatat tinggi muka air sebelum ambang (y1) dan tinggi raksa pada manometer.1. Mengulangi langkah 8 dan 9 sampai mendapatkan debit minimum yang masih dapat mengalir.1.6 PROSEDUR PERHITUNGAN1. Menggambarkan profil muka air sesuai dengan data yang didapat.2. Menghitung besarnya debit yang mengalir (Q). Menggunakan rumus 1.1.3. Menghitung besarnya He1 dan He2. Menggunakan rumus 1.3.4. Menghitung koefisien pengaliran (C). Menggunakan rumus 1.6.5. Menentukan nilai Cd dan Hd. Menggunakan grafik He1 vs C.

1.7 GRAFIK DAN KETERANGANNYA1. Menggambar profil muka air untuk kelima keadaan pada 1 gambar.a. Mengambil data yang dapat menggambarkan profil aliran dari hulu, pada saat melewati ambang, keadaan setelah melewati ambang, dan hilir. Mengambil nilai x dari sebelum ambang sampai setelah ambang.b. Menggambarkan semua profil aliran dalam satu grafik.2. He1 vs He2a. Grafik ini bertujuan untuk membuktikan karakteristik air yang melewati ambang. Kondisi tinggi muka air di hulu dan di hilir ditunjukan dalam bentuk grafik He1 vs He2. Idealnya, nilai He1 akan selalu sama selama air masih dalam kondisi loncat. Artinya bahwa tinggi muka air dihulu belum dipengaruhi oleh tinggi muka air dihilir dan seterusnya.b. Menggambarkan semua debit yang digunakan dalam satu grafik.3. He1 vs Qa. Grafik ini bertujuan untuk menunjukan hubungan antara He1 dan Q. Idealnya, nilai He1 akan makin besar pada saat Q yang dialirkan juga makin besar. Hubungan tersebut ditunjukan dengan persamaan hasil regresi linear.4. He1 vs Ca. Grafik ini bertujuan untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Mendapatkan nilai Cd dengan cara merata-ratakan nilai C. Sedangkan untuk mendapatkan nilai Hd dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu x kearah sumbu y dari nilai Cd.b. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power.5. Q vs Ca. Grafik ini bertujuan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C. Nilai C akan relatif konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda. Memakai grafik ini untuk menunjukan hubungan antara nilai C dan Q dimana persamaan C yaitu.b. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi linear.6. He1/Hd vs C/Cda. Menggunakan nilai Hd dan Cd yang diperoleh dari grafik He1 vs C.b. Menggunakan grafik ini untuk membuktikan bahwa pada saat He1/Hd bernilai 1, maka C/Cd juga akan bernilai 1.

1.8 DATA DAN PERHITUNGAN1.8.1 Data Grafik Ambang LebarData AlatTinggi ambang (t)= 10,70 cmLebar ambang (b)= 9,70 cmPanjang ambang (L) = 25,90 cm

Tabel 1.1 Data Pembacaan ManometerSebelumSesudah

H17,10H16,00

H27,40H28,50

Koreksi0,30H2,20

Tabel 1.2 Data Profil Muka AirTitikLoncat ILoncat IIPeralihanTenggelam ITenggelam II

x (cm)y(cm)x(cm)y(cm)x(cm)y(cm)x(cm)y(cm)x(cm)y(cm)

125,0014,8025,0014,7025,0014,5025,0015,0025,0016,50

262,0012,5075,0012,5075,0012,8075,0014,5075,0016,70

387,501,0087,002,50100,0011,50125,0014,90125,0016,80

4125,002,00125,003,50125,0012,40150,0015,50175,0017,10

5225,003,50175,005,00175,0013,00175,0015,40200,0018,10

6275,005,50250,006,00250,0013,90225,0016,30225,0017,80

7300,005,50300,006,60300,0014,50300,0017,00300,0018,80

8375,006,60375,008,80375,0015,60375,0017,90375,0019,30

Tabel 1.3 Data Grafik He1 vs He2 dan He1 vs QDebitManometerQ(cm3/s)Jenis Alirany1y2He1He2

H1(cm)H2(cm)KoreksiH(cm)

Q15,808,700,302,60869,88L114,507,303,80-3,40

L214,609,203,90-1,50

P14,5014,103,803,40

T114,8017,804,107,10

T216,8020,006,109,30

Q25,908,700,302,50852,99L114,506,803,80-3,90

L214,609,403,90-1,30

P14,5015,303,804,60

T115,2017,904,507,20

T216,5019,405,808,70

Q36,008,600,302,30818,16L114,407,203,70-3,50

L214,509,903,80-0,80

P14,5014,903,804,20

T115,2018,304,507,60

T216,9023,006,2012,30

Q46,208,400,301,90743,62L114,205,603,50-5,10

L214,307,903,60-2,80

P14,2015,303,504,60

T114,2016,203,505,50

T215,0018,004,307,30

Tabel 1.4 Data Grafik He1 vs C, Q vs C, dan He1/Hd vs C/CdDebitManometerQ(cm3/s)y1(cm)He1(cm)C(cm0,5/s)Cd(cm0,5/s)HdHe1/HdC/Cd

H1(cm)H2(cm)KoreksiH(cm)

Q15,808,700,302,60869,8815,044,349,929,892,601,671,00

Q25,908,700,302,50852,9915,064,369,669,892,601,680,98

Q36,008,600,302,30818,1615,104,409,149,892,601,690,92

Q46,208,400,301,90743,6214,383,6810,869,892,601,421,10

1.8.2 Contoh PerhitunganDiketahui:H1=60 mm= 6,0 cmH2= 85 mm = 8,5 cmKoreksi= 3 mm = 0,3 cm = 3,14b= 9,7 cmMaka dapat dihitung:H= H2 H1 Koreksi= 8,5 6,0 0,3= 2,20 cm

Q1= 171,808 . 3,14 . (H)1/2= 171,808 . 3,14 . (2,60)1/2= 869,88 cm3/s

He1(Q1)= y1 t= 14,50 10,70= 3,80 cm

C1=

= = 9,10 cm0,5/s

Cd=

== 9,89 cm0,5/s

Hd= 0,0056 (Cd2,6788)= 0,0056 (9,892,6788)= 2,60 cm

He1/Hd= = 1,67

C1/Cd= = 1,00

1.9 GRAFIK DAN ANALISA

Gambar 1.5 Grafik Profil Muka Air (Ambang Lebar)

Grafik ini merupakan sifat profil aliran yang melewati ambang berdasarkan tiga karakteristik aliran yaitu keadaan loncat, keadaan peralihan, dan keadaan tenggelam yang didapat dengan cara mengatur sekat pada hilir saluran.a. Keadaan Loncat 1 dan Loncat 2Tinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan oleh tinggi muka air dihilir.b.Keadaan PeralihanTinggi muka air di hulu mulai di pengaruhi oleh tinggi muka air di hilir sehingga membuat ketinggian muka air disekitar ambang mulai tidak stabil.c.Keadaan Tenggelam 2 dan Tenggelam 3Tinggi muka air di hulu semakin tinggi dan stabil karena dipengaruhi semakin tingginya muka air di hilir.

Gambar 1.6 Grafik He1 vs He2 (Ambang Lebar)

Tujuan grafik ini adalah untuk mempelajari pengaruh debit dan karakteristik aliran yang melewati ambang pada keadaan loncat, peralihan dan tenggelam. Sebagai parameternya adalah tinggi muka air, tinggi ambang dan debit.a. Pada keadaan loncat, grafik naik lalu mendatar. Hal ini menunjukan bahwa besar He1 cenderung stabil pada kondisi ini walaupun terjadi kenaikan He1 saat keadaan loncat 1 ke loncat 2. Ketinggian muka air dihulu cenderung tetap (y1) sedangkan ketinggian muka air dihilir berubah ubah (y2).b. Pada keadaan Peralihan, grafik mulai melengkung naik kearah vertikal. Hal ini menunjukan bahwa besar He1 mulai berubah akibat kenaikan tinggi air di hulu (y1).c. Pada Keadaan Tenggelam, grafik mulai konsisten naik seiring dengan kenaikan He1 dan He2. Pada keadaan ini kenaikan tinggi muka air di hulu (y1) berubah secara linier terhadap tinggi muka air di hilir (y2).d. Besar debit yang berbeda berpengaruh pada ketinggian muka air dimana semakin rendah debitnya semakin rendah pula ketinggian muka air dihulu (y1).

Gambar 1.7 Grafik He1 vs Q (Ambang Lebar)

Tujuan grafik ini adalah untuk menunjukan hubungan antara He1 dan Q. Idealnya, nilai He1 akan semakin besar juga Q yang dialirkannya juga makin besar. Hubungan tersebut ditunjukan dengan pesamaan hasil regresi linear. Nilai R2 yang didapat dari grafik diatas adalah 0,7971 dengan persamaan y = 0,0055x - 0,3116.

Gambar 1.8 Grafik He1 vs C (Ambang Lebar)

Tujuan grafik ini adalah untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Didapatkan dengan merata-ratakan nilai C yang berdekatan. Nilai C yang dianggap menyimpang tidak digunakan. Dengan menggunakan cara tersebut, maka di dapatkan Cd = 9,89 cm0,5/s. Sedangkan nilai Hd didapatkan denga cara menarik garis lurus sejajar sumbu x kearah sumbu y dari nilai Cd. Jika digunakan cara grafis seperti yang ditunjukan oleh cara tersebut, maka akan di dapat nilai Hd sekitar 4,18 cm. Namun, jika menggunakan persamaan Hd= 0,0056 (Cd2,6788), maka akan didapatkan nilai Hd = sebesar 2,60 cm.

Gambar 1.9 Grafik Q vs C (Ambang Lebar)

Grafik ini bertujuan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C. Pada keadaan idealnya, nilai C akan relative konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda. Pada grafik ini hubungan antara nilai C dan Q ditunjukan dengan persamaan dari hasil trendline regresi linear yaitu y = -0,0084x +16,777 dimana y = Q dan x = C dengan nilai R2 = 0,4242.

Gambar 2.0 Grafik He1/Hd vs C/Cd

Grafik ini bertujuan untuk membuktikan bahwa pada saat He1/Hd bernilai 1, maka C/Cd juga akan bernilai 1. Keadaan tersebut akan terpenuhi jika dari hasil perhitungan tersebut diplotkan dan kemudian diberi trendline regresi berupa regresi linear dengan set intercept 0,0 sehingga persamaan yang dihasilkan adalah y = x. Pada percobaan kali ini, setelah dibuat grafik dengan menggunakan regresi linear dengan set intercept 0,0 maka persamaan yang didapat adalah y =0,9955x. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada percobaan ini terbukti jika He1/Hd bernilai 1, maka C/Cd juga bernilai 1.

1.10 KESIMPULAN Berdasarkan percobaan dapat diketahui bahwa karakteristik aliran air yang melewati ambang lebar terbagi menjadi 3 keadaan, yaitu keadaan loncat, keadaan peralihan dan keadaan tenggelam. Pembagian karakteristik aliran air tersebut berdasarkan pengaruh perbedaan tinggi muka air di hulu dan di hilir.Dari percobaan ini juga dapat diketahui tinggi muka air di atas ambang berbanding lurus dengan debit air yang melimpah di atas ambang. Pada keadaan loncat, tinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan oleh tinggi muka air di hilir (He1 cenderung tetap). Pada keadaan peralihan, tinggi muka air di hulu mulai di pengaruhi oleh tinggi muka air di hilir (He1 mulai berubah). Pada keadaan tenggelam, tinggi muka air di hulu semakin tinggi karena dipengaruhi semakin tingginya muka air di hilir (He1 naik seiring dengan kenaikan He2). Dari percobaan ini juga dapat menyimpulkan bahwa besar debit yang berbeda memberikan tinggi muka air yang berbeda pula. Semakin rendah debit, maka semakin rendah pula tinggi muka air di hulu (y1).

17Kelompok 4Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma