Saluran Terbuka Siap Print...Zx 2
Click here to load reader
-
Upload
haidar-ilhamy -
Category
Documents
-
view
271 -
download
12
Transcript of Saluran Terbuka Siap Print...Zx 2
`
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Fenomena hidraulika aliran terbuka tidak hanya dapat dipahami dari
pemberian materi kuliah tatap muka saja. Seringkali dalam penyajian secara
teoritis sulit dimengerti oleh para siswa. Hal ini wajar sekali mengingat sifat-
sifat hidraulik pada masalah tertentu terutama aliran pada suatu bangunan sulit
digambarkan secara jelas.
Oleh sebab itu, untuk membantu para siswa memahami sebagian dari
masalah tersebut diatas perlu diadakan kegiatan yang berupa : “ Praktikum
Hidraulika Saluran Terbuka “ .
1.2. Lingkup Percobaan
Dalam kegiatan pratikum ini percobaan dibatasi pada pengujian dua
jenis bangunan air didalam saluran terbuka, yaitu :
a. Pintu tegak ( Sluice Gate )
b. Bendung ambang lebar ( Broad Crested Weir )
Pemilihan kedua jenis bangunan tersebut didasarkan pada terapan
dilapangan yang sering kita jumpai, khususnya digunakan sebagai bangunan
pengontrol aliran disaluran terbuka.
Materi yang diperagakan didalam percobaan untuk “ Sluice Gate ” meliputi :
a. Penurunan energi spesifik dan kedalam kritis
b. Debit aliran yang melalui Sluice Gate
c. Loncatan hidraulik
Sedangkan untuk Broad Crested Weir adalah untuk mempelajari sifat-
sifat aliran yang melaluinya.
1.3. Tujuan dan Kegunaan
Tujuan diadakannya diadakan kegiatan pratikum dengan materi tersebut
diatas adalah untuk mengenalkan dan menambah wawasan para mahasiswa
dalam kaitannya dengan materi kuliah yang diberikan.
`
Kegunaanya adalah untuk lebih mempertajam pengetahuan para
mahasiswa dalam mempelajari masalah hidraulik.
1.4. Aturan yang digunakan
a. Praktikum ini dikerjakan oleh mahasiswa secara kelompok dibawah
bimbingan atau pengarahan dari seorang asisten yang diambil dari anggota
Kelompok Dosen Keahlian Hidroteknik di Jurusan Pengairan dan
Kelompok dosen Keahlian Keairan di Jurusan Sipil Fakultas Teknik
Universitas Brawijaya.
b. Batas waktu penyelesaian laporan untuk setiap kelompok adalah 3 (tiga)
minggu setelah tanggal pelaksanaan pratikum.
c. Apabila dalam batas waktu tersebut laporan belum selesai dan disetujui
oleh asisten, maka kelompok yang bersangkutan dinyatakan gugur.
d. Laporan dibuat dalam kertas ukuran A4, diketik dengan jarak 1.5 spasi dan
dijilid dengan sampul yang dapat diperoleh di Laboratorium Hidrolika
Dasar.
e. Laporan Asli dikumpulkan di Laboratorium Hidraulika Dasar, sedangkan
sebagai arsip setiap anggota kelompok berupa foto copynya.
f. Pada saat berlangsungnya pratikum, setiap kelompok akan didampingi
oleh operator laboran dan asisten. Biala asisten tidak hadir, maka
pelaksanaan pratikum ditunda.
g. Setiap anggota kelompok harus hadir dan mengikuti pratikum sampai
selesai. Apabila diketahui melanggar hal tersebut, maka anmggota
kelompok yang bersangkutan dinyatakan gugur.
`
1.5. Isi Laporan
Dalam laporan, isi yang disajikan meliputi bagian-bagian seperti berikut :
I. Pelaksanaan Percobaan
(Judul Materi percobaan)
Teori dasar
Peralatan yang digunakan
Cara kerja
Tabulasi data percobaan
II. Hasil dan pembahasan
1.1 Perhitungan
1.2 Pembahasan
1.3 Gambar hasil percobaan (dilengkapi dengan foto-foto selama
percobaan)
III. Kesimpulan
Daftar Pustaka
`
PERCOBAAN I
“SLUICE GATE”
PERCOBAAN A : PENURUNAN ENERGI SPESIFIK DAN KEDALAMAN
KRITIS
1. Teori Dasar
Secara umum, persamaan yang menyatakan energi spesifik dalam suatu
aliran terbuka adalah :
E = y + u2
2 g …………………………………………………………...(A.1)
Dimana :
E = energi spesifik (m)
y = kedalaman air (m)
u = kecepatan aliran (m/dt)
g = percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)
Pada kondisi aliran tidak seragam (non uniform flow) nilai E dapat
bertambah atau berkurang. Dalam hal ini kecepatan rerata u = Q/A, dimana Q
= debit aliran (m3/dt) dan A = luas penampang basah (m2). Sehingga untuk
nilai E pada setiap penampang dapat dinyatakan dengan :
E = y + Q2
2 gA2……………………………………………………..…(A.2)
Untuk saluran dengan penampang segi empat dengan lebar dasar b,
maka A = b.y dan debit parsatuan lebar q = Q/b, sehingga persamaan (A.2)
menjadi :
E = y + Q2
2 gb2 y2= y + q2
2 gy 2……………………………………(A.3)
Pada kondisi kedalaman kritis yc (critical depth) nilai E adalah
minimum (dE/dY = 0), sehingga persamaan (A.3) menjadi :
Y0
V0
H0 atau E0
Yg
Garis Head Total
H1 atau E1
Y1
g2
v0
Q g2
V 21
Permukaan air
`
dEdY
= 0 → 1 − g2
qy3= 0 ,
atau dapat dinyatakan
g2 = g.y..…………………………………………………..(A.4)
Dari persamaan (A.3) dan (A.4), diperoleh :
E min = yc +
( gyc
3 )
( 2 gyc2 )
= 32
yc
…………………………...(A.5)
Pada kondisi kedalaman kritis (yc) dan kecepatan kritis (uc), maka :
q = uc . yc . 1 = uc . yc……………………………….…….(A.6)
Dari persamaan (A.4) dan (A.6), diperoleh :
y3 =
q2
g=
U c yc2
g ……………………………………..…..(A.7)
Atau dapat dinyatakan dengan :
U c
(g . yc )1
2
=1
………………………..………………………(A.8)
Persamaan (A.8) merupakan pernyataan dari bilangan Froude (F), yang mana
nilai F=1 merupakan kondisi E min atau kedalaman aliran adalah ”kritis”.
Kriteria untuk menentukan kondisi aliran adalah sebagai berikut :
F = 1 aliran kritis
F > 1 aliran super kritis
F < 1 aliran sub kritis
`
2. Peralatan yang digunakan
a. Saluran terbuka
b. Meteran taraf
c. Tabung pitot
d. Pintu tegak (Sluice Gate)
3. Cara Kerja
a) Menyiapkan peralatan dan pastikan posisi saluran terbuka horizontal dan
posisi pintu tegak lurus dasar saluran.
b) Mengatur tinggi bukaan pintu (Yg) = 12, 17, 22, 27 mm dari dasar saluran
sebagai tinggi bukaan awal percobaan.
c) Menyalakan motor listrik dan kemudian membuka katub pemasukan agar
air mengalir dalam saluran.
d) Mengatur tinggi muka air dihulu pintu (Y0) = 110 mm, dan pastikan dalam
keadaan konstan.
e) Pada ketinggian Y0 dalam butir (d), ukur dan catat Q, Y1, dan E1.
f) Menaikan tinggi bukaan pintu (Yg) sampai mencapai ketinggian
maksimum = 27 mm dengan setiap interval kenaikan = 5 mm. Dalam hal
ini ketinggian Y nilainya dipertahankan seperti dalam butir (d)
g) Setiap kali mengadakan perubahan tinggi bukaan pintu (Yg), ukur dan
catat Q,Y1, dan E1.
4. Tabulasi Data dan Hasil Hitungan :
No Yg Y0 Y1 Q E0 E1
1
2
3
4
a. Hitung nilai E0 untuk setiap nilai Q.
`
b. Gambar grafik antara E0 dengan y0 dan y1 untuk memperoleh bentuk kurva
pada kedua sisi energi minimum.
c. Pada grafik butir (b) tambahkan nilai Emin yang dihitung dengan Persamaan
(A.5) untuk nilai Q yang telah diukur.
5. Arahan Pembahasan dan Kesimpulan
a. Pada nilai Q berapa kedalaman kritis diperoleh ?
b. Faktor-faktor apa yang mempengaruhi pertambahan ketinggian aliran pada
energi spesifik (E)?
Y0
V0
H0 atau E0
Yg
Garis Head Total
H1 atau E1
Y1
g2
v0
Q g2
V 21
Permukaan air
`
PENGOLAHAN DATA
Data Percobaan A
NoYg Yo Y1(m) (m) (m)
1 0.014 0.110 0.0122 0.018 0.110 0.0143 0.022 0.110 0.0174 0.026 0.110 0.019
Tabel Perhitungan Debit
h k Q
(m) (m^3/dt)0.050 1.433 0.000800.054 1.428 0.000970.059 1.422 0.001200.061 1.419 0.00130
Dengan :
` b = 0.5 m
D = 0.19 m
b saluran = 0.076 m
h = Tinggi air diatas thompson
k = Koefisien Debit (cm1/2/dt)
= 1 .3533 + 0 . 004
h+0 . 167(8 . 4+12
√D ) x ( hB
−0. 09)2
`
= 1 .3533 + 0 .004
0 .050+0 . 167(8 . 4+12
√0 .19 ) x( 0. 050 .076
−0. 09)2
= 1.433
Q = Debit air pada alat ukur Thomson (m3/dt)
= k x h(5/2)
= 1.433 x 0.050(5/2)
= 0.0008 m3/dt
Tabel Tinggi Air Pada Tabung Pitot
Noho h1
(m) (m)
1 0.035 0.092 0.02 0.083 0.016 0.037
4 0.021 0.011
Tabel Kecepatan Pada Tabung Pitot
NoVo V1
(m/dt) (m/dt)1 0,82867 1,328832 0,62642 1,25284
3 0,56029 0,852024 0,64189 0,46456
Vo = kecepatan sebelum pintu
= √2gho
= √2x 9 . 81 x 0 .035= 0,82867 (m/dt)
V1 = kecepatan sesudah pintu
= √2gh 1
= √2x 9 .81 x 0 .09= 1,32883 (m/dt)
`
Kondisi Aliran Y0
No Q b Q Yc Yo Vo F Kondisi (m3/dt) (m) (m2/dt) (m) (m) (m) Aliran [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
10,0008
0 0,076 0,0105 0,00493 0,11000,828
7 0,7977 Sub kritis
20,0009
7 0,076 0,0127 0,00595 0,11000,626
4 0,6030 Sub kritis
30,0012
0 0,076 0,0158 0,00739 0,11000,560
3 0,5394 Sub kritis
40,0013
0 0,076 0,0172 0,00802 0,11000,641
9 0,6179 Sub kritisQ : Debit yang melalui saluran (data)b : Lebar saluran (data)q : Q/b
= 0,0008/0,076 = 0,0105 m2/dtYc : (q2/g)1/3
=(0,00082/9,81)1/3 = 0,00493 mYo : Tinggi muka air di hulu pintu (data)Vo : kecepatan air di hulu pintu (data)F = Vo/(g x Yo)0,5
= 0,8287/(9.81x0.1100)0.5
= 0,7977Kondisi Aliran Y1
No Q b q Yc Y1 V1 F Kondisi (m3/dt) (m) (m2/dt) (m) (m) (m) Aliran [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
1 0,00080 0,076 0,0105 0,00493 0,0120 1,32883,873
0 Super kritis
2 0,00097 0,076 0,0127 0,00595 0,0140 1,25283,380
6 Super kritis
3 0,00120 0,076 0,0158 0,00739 0,0170 0,85202,086
4 Super kritis
4 0,00130 0,076 0,0172 0,00802 0,0190 0,46461,076
1 Super kritisQ : Debit yang melalui saluran (data)B : Lebar saluran (data)q = Q/b
= 0.00080/0.076= 0.0105 (m2/dt)
Yc = (q2/g)1/3
`
= (0.01052/9.81)1/3
=0.00493 mY1 : Tinggi muka air di hilir pintu (data)V1 : kecepatan air di hilir pintu dataF = V1/(g x Y1)0,5
= 1,3288/(9.81 x 0,0120)0.5
= 3,8730Kondisi Aliran = F<1 maka Sub Kritis
F>1 maka Super KritisPerhitungan Energi Spesifik dan Kedalaman Kritis dengan Y0 tetap
Yg Yo Y1 B Q Vo V1 Vo2/2g V12/2g Eo E1
No (m) (m) (m) (m) (m3/dt) (m/dt) (m/dt) (m) (m) (m) (m) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]
1 0,014 0,1100,012
0 0,076 0,000800,828
7 1,3288 0,03500 0,090 0,1450 0,1020
2 0,018 0,1100,014
0 0,076 0,000970,626
4 1,2528 0,02000 0,080 0,1300 0,0940
3 0,022 0,1100,017
0 0,076 0,001200,560
3 0,8520 0,01600 0,037 0,1260 0,0540
4 0,026 0,1100,019
0 0,076 0,001300,641
9 0,4646 0,02100 0,011 0,1310 0,0300
Yg = Tinggi bukaan pintu (data)
Y0 = Tinggi muka air di hulu pintu (data)
Y1 = Tinggi muka air di hilir pintu (data)
Q = Debit yang melalui saluran
B = Lebar saluran (data)
V0 = Kecepatan di titik 0 (data)
V1 = Kecepatan di titik 1 (data)
E0 = Energi spesifik di titik 0
= Yo+ Vo2/2g
= 0.110+0,03500
= 0.1257 m
E1 = Energi spesifik di titik 1
= Y1+ V12/2g
= 0.0120+0,090
= 0.0514 m
`
Tabulasi data dan hasil perhitungan
No. Yg Yo Y1 Q Eo E1 (m) (m) (m) (m3/dt) (m) (m)
10,01
40,11
00,012
0 0,00080,145
00,102
0
20,01
80,11
00,014
0 0,00100,130
00,094
0
30,02
20,11
00,017
0 0,00120,126
00,054
0
40,02
60,11
00,019
0 0,00130,131
00,030
0
Grafik antara Eo dan Yo
Eo Yo0,1450
0,110
0,1300
0,110
0,1260
0,110
0,1310
0,110
`
0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 0.2200.1150
0.1200
0.1250
0.1300
0.1350
0.1400
0.1450
0.1500
Grafik Hubungan antara Yo dan Eo
Yo
Eo
`
Grafik antara E1 dan Y1
E1 Y10,1020 0,01200,0940 0,01400,0540 0,01700,0300 0,0190
0.0110 0.0120 0.0130 0.0140 0.0150 0.0160 0.0170 0.0180 0.0190 0.02000.0000
0.0200
0.0400
0.0600
0.0800
0.1000
0.1200
Hubungan Antara Y1 dan E1
Y1
E1
Tabel Perhitungan Emin
`
No
Q b g q Yc Emin
(m3/dt) (m)(m/
dt^2) (m2/dt) (m) (m)[1] [2] [3] [4] [5] [6]
1 0,0008 0,076 9,81 0,0105 0,02246 0,03372 0,0010 0,076 9,81 0,0127 0,02547 0,03823 0,0012 0,076 9,81 0,0158 0,02943 0,04414 0,0013 0,076 9,81 0,0172 0,03108 0,0466
Q = Debit yang melalui saluran
b = Lebar saluran (data)
q = Debit persatuan lebar
Yc = kedalaman kritis
= q2/g1/3
= (0.0105)2/(9.81)1/3
= 0.02246 m
Emin = Energi Spesifik minimum
= 3/2Yc
= 3/2x0,02246
= 0,0337 m
`
Tabel Data Energi Spesifik ( Q1 = 967.32 cm3/dt )
No Y (cm) A (cm2) Q2 (cm3/dt) V2 (cm/dt) v2/2g E (cm) 1 1,0 7,6 642037,78 11115,61 5,67 6,672 1,5 11,4 642037,78 4940,27 2,52 4,023 2,0 15,2 642037,78 2778,90 1,42 3,424 2,5 19,0 642037,78 1778,50 0,91 3,415 3,0 22,8 642037,78 1235,07 0,63 3,636 3,5 26,6 642037,78 907,40 0,46 3,967 4,0 30,4 642037,78 694,73 0,35 4,358 4,5 34,2 642037,78 548,92 0,28 4,789 5,0 38,0 642037,78 444,62 0,23 5,23
10 5,5 41,8 642037,78 367,46 0,19 5,6911 6,0 45,6 642037,78 308,77 0,16 6,1612 6,5 49,4 642037,78 263,09 0,13 6,6313 7,0 53,2 642037,78 226,85 0,12 7,1214 7,5 57,0 642037,78 197,61 0,10 7,6015 8,0 60,8 642037,78 173,68 0,09 8,0916 8,5 64,6 642037,78 153,85 0,08 8,5817 9,0 68,4 642037,78 137,23 0,07 9,0718 9,5 72,2 642037,78 123,16 0,06 9,5619 10,0 76,0 642037,78 111,16 0,06 10,0620 10,5 79,8 642037,78 100,82 0,05 10,5521 11,0 83,6 642037,78 91,86 0,05 11,0522 11,5 87,4 642037,78 84,05 0,04 11,5423 12,0 91,2 642037,78 77,19 0,04 12,04
Tabel Data Energi Spesifik ( Q2 = 1201.9173 cm3/dt )
`
No Y (cm) A (cm2) Q2 (cm3/dt) V2 (cm/dt) v2/2g E (cm) 1 1,0 7,6 935756,18 16200,76 8,26 9,262 1,5 11,4 935756,18 7200,34 3,67 5,173 2,0 15,2 935756,18 4050,19 2,06 4,064 2,5 19,0 935756,18 2592,12 1,32 3,825 3,0 22,8 935756,18 1800,08 0,92 3,926 3,5 26,6 935756,18 1322,51 0,67 4,177 4,0 30,4 935756,18 1012,55 0,52 4,528 4,5 34,2 935756,18 800,04 0,41 4,919 5,0 38,0 935756,18 648,03 0,33 5,33
10 5,5 41,8 935756,18 535,56 0,27 5,7711 6,0 45,6 935756,18 450,02 0,23 6,2312 6,5 49,4 935756,18 383,45 0,20 6,7013 7,0 53,2 935756,18 330,63 0,17 7,1714 7,5 57,0 935756,18 288,01 0,15 7,6515 8,0 60,8 935756,18 253,14 0,13 8,1316 8,5 64,6 935756,18 224,23 0,11 8,6117 9,0 68,4 935756,18 200,01 0,10 9,1018 9,5 72,2 935756,18 179,51 0,09 9,5919 10,0 76,0 935756,18 162,01 0,08 10,0820 10,5 79,8 935756,18 146,95 0,07 10,5721 11,0 83,6 935756,18 133,89 0,07 11,0722 11,5 87,4 935756,18 122,50 0,06 11,5623 12,0 91,2 935756,18 112,51 0,06 12,06
Tabel Data Energi Spesifik ( Q3 = 1524.9251 cm3/dt )
N Y (cm) A (cm2) Q2 (cm3/dt) V2 (cm/dt) v2/2g E (cm)
`
o 1 1,0 7,6 1444756,79 25013,10 12,75 13,752 1,5 11,4 1444756,79 11116,93 5,67 7,173 2,0 15,2 1444756,79 6253,28 3,19 5,194 2,5 19,0 1444756,79 4002,10 2,04 4,545 3,0 22,8 1444756,79 2779,23 1,42 4,426 3,5 26,6 1444756,79 2041,89 1,04 4,547 4,0 30,4 1444756,79 1563,32 0,80 4,808 4,5 34,2 1444756,79 1235,21 0,63 5,139 5,0 38,0 1444756,79 1000,52 0,51 5,51
10 5,5 41,8 1444756,79 826,88 0,42 5,9211 6,0 45,6 1444756,79 694,81 0,35 6,3512 6,5 49,4 1444756,79 592,03 0,30 6,8013 7,0 53,2 1444756,79 510,47 0,26 7,2614 7,5 57,0 1444756,79 444,68 0,23 7,7315 8,0 60,8 1444756,79 390,83 0,20 8,2016 8,5 64,6 1444756,79 346,20 0,18 8,6817 9,0 68,4 1444756,79 308,80 0,16 9,1618 9,5 72,2 1444756,79 277,15 0,14 9,6419 10,0 76,0 1444756,79 250,13 0,13 10,1320 10,5 79,8 1444756,79 226,88 0,12 10,6221 11,0 83,6 1444756,79 206,72 0,11 11,1122 11,5 87,4 1444756,79 189,13 0,10 11,6023 12,0 91,2 1444756,79 173,70 0,09 12,09
Tabel Data Energi Spesifik ( Q4 = 4427.3529 cm3/dt )
No Y (cm) A (cm2) Q2 (cm3/dt) V2 (cm/dt) v2/2g E (cm)
`
1 1,0 7,6 1701816,57 29463,58 15,02 16,022 1,5 11,4 1701816,57 13094,93 6,67 8,173 2,0 15,2 1701816,57 7365,90 3,75 5,754 2,5 19,0 1701816,57 4714,17 2,40 4,905 3,0 22,8 1701816,57 3273,73 1,67 4,676 3,5 26,6 1701816,57 2405,19 1,23 4,737 4,0 30,4 1701816,57 1841,47 0,94 4,948 4,5 34,2 1701816,57 1454,99 0,74 5,249 5,0 38,0 1701816,57 1178,54 0,60 5,60
10 5,5 41,8 1701816,57 974,00 0,50 6,0011 6,0 45,6 1701816,57 818,43 0,42 6,4212 6,5 49,4 1701816,57 697,36 0,36 6,8613 7,0 53,2 1701816,57 601,30 0,31 7,3114 7,5 57,0 1701816,57 523,80 0,27 7,7715 8,0 60,8 1701816,57 460,37 0,23 8,2316 8,5 64,6 1701816,57 407,80 0,21 8,7117 9,0 68,4 1701816,57 363,75 0,19 9,1918 9,5 72,2 1701816,57 326,47 0,17 9,6719 10,0 76,0 1701816,57 294,64 0,15 10,1520 10,5 79,8 1701816,57 267,24 0,14 10,6421 11,0 83,6 1701816,57 243,50 0,12 11,1222 11,5 87,4 1701816,57 222,79 0,11 11,6123 12,0 91,2 1701816,57 204,61 0,10 12,10
Grafik Energi Spesifik Q1, Q2, Q3, dan Q4
`
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.00.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
Grafik Energi spesifik
Q1 Q2 Q3 Q4 E=Y
Y(cm)
E(c
m)
`
PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN
PERCOBAAN A
Energi pada setiap penampang merupakan total energi pada penampang itu yang
dihitung dengan menggunakan rumus:
E = H +
V 2
2 . g
Diagram energi spesifik diperoleh dari hubungan E dan H. Kedalaman aliran
dimana energi spesifik mencapai harga minimum untuk debit yang ditentukan disebut
dengan kedalaman kritis.
Berdasarkan grafik hubungan energi spesifik, dapat diketahui bahwa setiap debit
memiliki kedalaman kritis yang berbeda, dan kedalaman kritisnya bertambah sebanding
dengan pertambahan debit.
Faktor-faktor yang mempengaruhi bertambahnya ketinggian aliran pada energi
spesifik adalah:
Tinggi muka air
Kecepatan aliran
Dalam satu energi spesifik terdapat dua kedalaman yang berbeda, biasanya
disebut dengan kedalaman alternatif. Hal ini dapat terjadi karena adanya pengaruh dari
dua jenis aliran yang berbeda. Kedalaman yang pertama terjadi pada jenis aliran sub
kritis. Dan kedalaman yang kedua terjadi pada jenis aliran super kritis.
Aliran berupa sub kritis pada saat kedalamannya lebih besar, dan aliran berupa
super kritis pada saat kedalamannya lebih kecil.
Berdasarkan grafik hubungan Eo dengan Yo dapat dilihat bahwa nilai Eo
bergantung pada besar bukaan pintu (Yg dan Yo). Sedangkan nilai Yo sendiri
dipengaruhi oleh Yg dan Q. jika nilai Yg kecil, maka nilai Yo besar, Q bernilai kecil,
sedangkan nilai Eo semakin bertambah besar. Hal ini menunjukkan bahwa Yo
berbanding lurus dengan Eo.
Berdasarkan grafik hubungan E1 dan Y1 dapat dilihat bahwa jika Y1 bernilai
rendah maka energi yang menahan lajunya semakin besar, sehingga mengakibatkan
bertambah besarnya nilai E1 dan semakin kecilnya nilai Q. Besarnya nilai E1 ini
dipengaruhi oleh adanya gaya yang bertolakan dengan arah aliran air pada saluran.
Semakin bertambah besar tinggi bukaan pintu, maka Y1 semakin besar, sehingga energi
`
yang menahan aliran air semakin kecil yang mengakibatkan nilai E1 kecil dan Q
bertambah besar. Bila tinggi bukaan pintu hampir setinggi muka air normal, maka akan
terjadi E minimum.
Pada percobaan kali ini perhitungan dilakukan dengan menggunakan dua
perhitungan. Perhitungan yang pertama menggunakan parameter debit sedangkan yang
kedua menggunakan peremeter kecepatan yang diukur dengan tabung pitot. Hal ini
terjadi karena dalam pengambilan data dengan menggunakan parameter debit terdapat
kesalahan dari mahasiswa, sehingga perlu dilakukan perhitungan dengan menggunakan
tabung pitot. Tetapi sebenarnya perhitungan dengan tabung pitot hanya digunakan
sebagai pengontrol saja.
Berdasarkan tabel perbandingan Y1 amatan dengan Y1 hitungan baik yang
dilakukan dengan perhitungan debit maupun perhitungan kecepatan dengan tabung
pitot, ternyata terdapat perbedaan yang cukup mencolok. Hal ini terjadi karena adanya
kesalahan pada saat pengambilan data. Seharusnya Y1 amatan dengan Y1 hitungan
tidak akan berbeda jauh jika pengambilan data dilakukan dengan baik dan benar,
meskipun perhitungannya dilakukan dengan menggunakan dua cara.
Berdasarkan tabel kondisi aliran pada Yo dapat dilihat bahwa baik perhitungan
berdasarkan debit maupun berdasarkan tabung pitot diperoleh kondisi aliran yang sama
yaitu sub kritis. Sedangkan pada tabel kondisi aliran pada Y1 terdapat perbedaan yang
sangat mencolok. Pada perhitungan dengan menggunakan parameter debit hanya pada
debit yang pertama aliran berupa super kritis sedangkan untuk debit-debit selanjutnya
aliran berupa sub kritis. Sehingga hal ini berpengaruh pada grafik hubungan E1 dengan
Y1, dimana gambar grafik tidak lagi berupa garis lurus tetapi, berupa garis turun naik.
Sedang pada perhitungan dengan menggunakan tabung pitot kondisi alirannya adalah
sama untuk semua debit yaitu super kritis. Kondisi inilah yang sebenarnya sesuai
dengan teori yang ada.
Pada perhitungan kedalaman kritis dengan menggunakan tabung pitot terdapat
kesalahan. Hal ini terjadi karena adanya salah pembacaan pada tabung pitot sehingga
menyebabkan nilai kedalaman kritis berdasarkan perhitungan sangat besar dan melebihi
tinggi air yang sebenarnya.
Pada grafik energi spesifik hanya dibuat satu perhitungan saja yaitu dengan
menggunakan perhitungan debit karena untuk perhitungan dengan menggunakan tabung
pitot mengalami kesulitan pada penentuan energinya.
`
Tujuan dan implementasi teori praktikum
Penggunaan Penurunan energi spesifik dan kedalaman kritis adalah untuk mengetahui kondisi aliran suatu saluran yang terdiri aliran sub kritis, kritis dan super kritis sehingga kita dapat merencanakan suatu saluran dengan kedalaman alternatif.
`
PERCOBAAN B : DEBIT ALIRAN YANG MELALUI “SLUICE GATE”
1. Teori Dasar
Pengaliran air dibawah “Sluice Gate” mempunyai dua kondisi, yaitu
pengaliran bebas (free flow) dan pengaliran tenggelam (submerged flow). Kondisi
pengaliran bebas dicapai bila aliran didepan pintu adalah subkritis dan dibelakang
pintu adalah super kritis. Untuk kondisi pengaliran tenggelam akan dicapai apabila
kedalam air dibelakang pintu Y1 > Cc . Yg , dalam hal ini Cc = koefisien kontraksi dan
Yg = tinggi bukaan pintu.
a. Pengaliran bebas :
Q = Cd . b . Yg √ 2g ( y0 − Cc . Y g )……………………………………(B.1)
dengan :
Q = debit yang melalui pintu (m3/dt)
Cd = koefisien debit
b = percepatan gravitasi (m/dt)
Yg = tinggi bukaan pintu (m)
Y0 = tinggi muka air dihulu (m)
Cc = koefisien kontraksi = 0,61
b. Pengaliran Tenggelam :
Q = Cd . b . Yg √ 2g ( y0 − Y 1 )……………..…………………………(B.2)
Dalam hal ini Y1 adalah kedalam air di hilir pintu.
Menurut Henry H.R, keragaman nilai Cd dengan Yg/Y0 adalah sebagai berikut :
Yg/Yo 0,000 0,105 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700
Cd 0,610 0,600 0,600 0,605 0,605 0,607 0,620 0,640 0,660
Keragaman nilai Cc dengan Yg/Yo menurut T.Brooke Benjamin adalah sebagai
berikut :
Yg/Yo 0,000 0,100 0,200 0,30 0,400 0,500
`
0
Cc 0,611 0,606 0,602 0,60
0
0,598 0,598
2. Peralatan Yang digunakan
a. Saluran terbuka
b. Meteran taraf
c. Tabung pilot
d. pintu tegak (Sluice Gate)
3. Cara Kerja
a. Siapkan peralatan dan pastikan posisi saluran terbuka horizontal dan posisi pintu
tegak lurus dasar saluran.
b. Aturlah tinggi bukaan pitu (Yg)= 12,17,22,27 mm dari dasar saluran sebagai
tinggi bukaan awal percobaan.
c. Nyalakan motor listrik dan kemudian buka katub pemasukan agar air mengalir
dalam saluran.
d. Aturlah tinggi muka air di hulu pintu (Yo)= 110,100,90,80,mm, dan pastikan
dalam keadaan konstan.
e. Pada ketinggian Yo dalam butir (d), ukur dan catat Q,Y1 dan Ho.
f. Naikkan tinggi bukaan pintu (Yg) sampai mencapai ketinggian maksimum = 27
mm dengan setiap interval kenaikan = 5 mm. Dalam hal ini ketinggian Y
nilainya dipertahankan seperti dalam butir (d).
Y0
V0
H0 atau E0
Yg
Garis Head Total
H1 atau E1
Y1
v 0
2 g
Q
V12
2g
`
g. Setiap kali menngadakan perubahan tinggi bukaan pintu (Yg), ukur dan catat Q,
Y1, dan Ho.
h. Ulangi prosedur diatas dengan aliran yang konstan, tetapi dengan Yo bervariasi (
minimum 5 variasi
4. Tabulasi Data dan Hasil Hitungan
No Yg Yo Y1 Q Ao A1 Uo U1 Ho H1
a. Hitung nilai Cd untuk setiap nilai Q.
b. Gambar grafik antara Cd dengan Yg/Yo untuk Yo tetap dan Yg/Yo untuk Q
yang tetap.
5. Arahan Pembahasan dan Kesimpulan.
a. Jelaskan apa pengaruh dari nilai Yo dan Q terhadap nilai Cd ?
b. Parameter apa yang paling berpengaruh terhadap nilai Cd ?
c. Bandingkan nilai Cd hasil percobaan dengan penelitian Henry H.R !
d. Apakah nilai Cc selalu konstan 0,61 ?
`
PENGOLAHAN DATA
Data Percobaan B
NoYg Yo Y1 Y3
(m) (m) (m) (m)1 0.014 0.110 0.0110 0.05002 0.018 0.097 0.0150 0.05103 0.022 0.062 0.0250 0.05304 0.026 0.036 0.0300 0.0400
Tabel Perhitungan Debit
h k Q
(m) (m^3/dt)
0.050 1.4330.00080
1
0.058 1.4230.00115
3
0.063 1.4180.00141
2
0.068 1.4130.00170
4
Dengan :
b = 0.5 m
Y0
V0
H0 atau E0
Yg
Garis Head Total
H1 atau E1
Y1
v 0
2 g
Q
V12
2g
`
D = 0.19 m
b saluran = 0.076 m
h = Tinggi air diatas thompson
k = Koefisien Debit (cm1/2/dt)
= 1 .3533 + 0 . 004
h+0 . 167(8 . 4+12
√D ) x ( hB
−0. 09)2
= 1 .3533 + 0 . 004
0 . 050+0 . 167(8 . 4+12
√0 .19 ) x( 0. 050 . 076
−0. 09)2
= 1.433
Q = Debit air pada alat ukur Thomson (m3/dt)
= k x h(5/2)
= 1.433 x 0.050(5/2)
= 0.0008 m3/dt
Tabel tinggi air pada tabung pitot
No ho h1
(m) (m)
1 0.035 0.092 0.02 0.08
3 0.016 0.0374 0.021 0.011
Dengan :H0 = beda tinggi rata-rata pada tabung pitot pada hilir pintuH1 = beda tinggi rata-rata pada tabung pitot pada hilir loncatan
Tabel Kecepatan Pada Tabung Pitot
No Vo V1
(m/dt) (m/dt)1 0,828674 1,3288342 0,626418 1,252837
3 0,560286 0,8520214 0,641888 0,464564
Vo = kecepatan sebelum pintu
= √2 gho
= √2x 9 . 81 x 0 .035
`
= 0,82867 (m/dt)V1 = kecepatan sesudah pintu
= √2 gh 1
= √2x 9 . 81 x 0 .09= 1,32883 (m/dt)
Perhitungan nilai Cd dengan Y0 berubah dan Q tetap
No
Q Yg Yo Y1
Yg/Yo Cc Cc*Yg Pengaliran Cd
(m3/dt) (m) (m) (m) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
10,0008
0 0,0140,11
00,01
2 0,127 0,6060,00848
4 Tenggelam 0,534
20,0008
0 0,0180,11
00,01
4 0,164 0,6020,01083
6 Tenggelam 0,420
30,0008
0 0,0220,11
00,01
7 0,200 0,6 0,0132 Tenggelam 0,355
40,0008
0 0,0260,11
00,01
9 0,236 0,5980,01554
8 Tenggelam 0,303
Yg = Tinggi Bukaan Pintu Slice Gate (Data)
Y0 = Tinggi Muka Air Hulu (Data)
Y1 = Tinggi Muka Air Hilir (Data)
Cd = Interpolasi Dari Tabel Henry A.R
= ([Q]/(b*[Yg]*(2*g*([Yo]-[Cc x Yg])0.5)
= (0.00080/(0.076*[0.014]*(2*9.81*([0.110]-[ 0.008484])0.5)
= 0.534
Cc = Interpolasi Dari Tabel Brooke Benjamin
Q = Debit Rata – Rata
b = Lebar Saluran
Cd = Koefisien Debit Hasil Perhitungan
Pengaliran = Bila :Y1>Cc*Yg = Tenggelam
Bila :Y1<Cc*Yg = Bebas
`
Grafik Antara Cd Dengan Yg/Y0 Untuk Setiap Q Tetap
No Yg/Yo Cd1 0,127 0,534
2 0,164 0,420
3 0,200 0,355
4 0,236 0,303
0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 0.220 0.240 0.260
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
Grafik Hubungan antara Yg/Yo dengan Cd dengan Yo berubah dan Q tetap
Grafik Hubungan antara Yg/Yo dengan Cd dengan Yo berubah dan Q tetap
Yg/Yo
Cd
Perhitungan Nilai Cd dengan Y0 tetap dan Q berubah
No Q Yg Yo Y1
Yg/Yo Cc Cc*Yg Pengaliran Cd
(m3/dt) (m) (m) (m) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]1 0,0008 0,01 0,110 0,011 0,127 0,606 0,008484 Tenggela 0,534
`
0 4 0 m
20,0011
50,01
8 0,0970,015
0 0,186 0,602 0,010836Tenggela
m 0,648
30,0014
10,02
2 0,0620,025
0 0,355 0,6020,0132404
8Tenggela
m 0,991
40,0017
00,02
6 0,0360,030
0 0,722 0,600 0,0156Tenggela
m 2,514
Yg = Tinggi Bukaan Pintu Slice Gate (Data)
Y0 = Tinggi Muka Air Hulu (Data)
Y1 = Tinggi Muka Air Hilir (Data)
Cd = Interpolasi Dari Tabel Hendry A.R
= (Q]/(b*[Yg]*(2*g*([Yo]-[Cc x Yg])0.5)
= (0.00080/(0.078*[0.014]*(2*9.81*([0.110]-[ 0.008484])0.5)
= 0.534
Cc = Interpolasi Dari Tabel Brooke Benjamin
Q = Debit Rata – Rata
b = Lebar Saluran
Cd = Koefisien Debit Hasil Perhitungan
Pengaliran = Bila :Y1>Cc*Yg = Tenggelam
Bila :Y1<Cc*Yg = Bebas
Grafik Antara Cd Dengan Yg/Y0 Untuk Setiap Q Tetap
No Yg/Yo Cd1 0,127 0,534
2 0,186 0,648
3 0,355 0,991
4 0,722 2,514
`
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
Grafik Hubungan antara Yg/Yo dengan Cd dengan Yo berubah dan Q tetap
Grafik Hubungan antara Yg/Yo dengan Cd dengan Yo berubah dan Q tetap
Yg/Yo
Cd
KESIMPULAN DAN PEMBAHASAN
HASIL PERCOBAAN B
1. Kesimpulan hubungan Yg/Yo terhadap nilai Cd
a. Untuk Yo tetap
Nilai Cd akan semakin besar apabila Q semakin besar
Nilai Cd dipengaruhi oleh tinggi muka air di hulu (Yo), dimana semakin
besar Yg/Yo maka akan diperoleh nilai Cd yang semakin kecil.
b. Untuk Q tetap
Nilai Cd akan semakin kecil jika nilai Yo semakin kecil. Pada kedua
hubungan antara Yg/Yo dengan Cd didapatkan pola yang hampir sama,
hal ini disebabkan karena variasi Yg yang sama baik untuk Yo tetap dan
Q tetap.
2. Parameter yang paling berpengaruh terhadap nilai Cd, antara lain :
Tinggi bukaan pintu (Yg)
`
Ketinggian muka air dihulu (Yo)
Debit aliran (Q)
Hal ini sesuai dengan rumus Cd, yaitu :
a. Untuk pengaliran bebas :
Cd =
Q
b×Yg √2×g (Y o−Cc .Yg )
a. Untuk pengaliran tenggelam :
Cd =
Q
b×Yg √2×g (Y o−.Y 1)
Keterangan :
Q = debit yang melalui pintu ( cm3/dt )
Cd = koefisien debit
b = lebar saluran ( 7,8 cm )
g = percepatan gravitasi ( 9,81 m2/dt )
Yg = tinggi bukaan pintu ( m )
Yo = tinggi muka air di hulu ( m )
Cc = koefisien kontraksi
Dari rumus tersebut diatas dapat diketahui bahwa dengan berubahnya nilai Yo
dan Yg akan berpengaruh pada nilai Y1 dan secara langsung akan berpengaruh
pada nilai Q yang pada akhirnya mempengaruhi nilai Cd.
Jika nilai Q besar, maka nilai Cd akan besar dan sebaliknya jika
nilai Q kecil, nilai Cd pun akan kecil.
3. Perbandingan nilai Cd hasil perhitungan dengan penelitian Henry H.R
Nilai Cc di hitung berdasarkan pada tabel keseragaman nilai Cc dengan Yg/Yo
menurut T. Brooke Benjamin yaitu :
Yg/Yo 0,000 0,105 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700
Cd 0,610 0,600 0,600 0,605 0,605 0,607 0,620 0,640 0,660
Dari perbandingan tersebut diatas ternyata nilai Cd hasil perhitungan dengan nilai
Cd Henry sedikit berbeda.
Hal ini kemungkinan disebabkan karena :
`
Faktor ketelitian.
Faktor kesabaran sewaktu melakukan percobaan.
Faktor keterbatasan waktu.
4. Penyebab nilai Cc tidak selalu konstan = 0,61 , yaitu :
Karena nilai Cc tidak tergantung pada nilai Yg (tinggi bukaan pintu) dan
Yo (tinggi muka air dihulu)
Nilai Cc di hitung berdasarkan pada tabel keseragaman nilai Cc dengan Yg/Yo
menurut T. Brooke Benjamin yaitu :
Yg/Yo 0,1071 0,1667 0.2500 0,3750 0,5833
Cc 0,6060 0,6033 0,5995 0,5939 0,5845
Jika nilai Yg/Yo telah didapatkan maka nilai Cc dapat diketahui dengan cara
interpolasi.
Tujuan dan implementasi teori praktikum
Penggunaan debit aliran yang melalui sluice gate adalah untuk mengatur pintu
saluran air yang disesuaikan oleh debit yang masuk agar kecepatan aliran terjaga
sehingga bangunan air tidak rusak.
`
PERCOBAAN C : LONCATAN HIDRAULIK
1. Teori Dasar
Dalam percobaan “Sluice Gate” ini pengaliran diatur sampai dihasilkan
kondisi aliran berubah secara cepat (rapid flow). Dengan demikian, pada bagian hilir
pintu terbentuk loncatan air.
Perbandingan kehilangan tinggi ( ∆H ) dengan kedalaman sebelum
loncatan (Yg) drumuskan seperti berikut :
ΔHY g =
(Y b
Y g
−1)4Y b
Y g …………………………………………….(C.1)
Dalam hal ini Yb adalah kedalaman air setelah loncatan hidrolik. Gaya
aliran pada suatu penampang dalam saluran terbuka dirumuskan seperti berikut :
`
F =
ρ gby 2
2+ ρQ2
by …………………………………………….(C.2)
Dengan :
F : gaya aliran (N )
ρ : rapat massa ar ( Kg /m3 )
b : lebar saluran ( m )
y : kedalaman aliran ( m )
Q : debit aliran ( m3/dt )
g : percepatan gravitasi ( m/dt2 )
2. Peralatan Yang Digunakan
a. Saluran terbuka
b. Meteran taraf
c. Tabung pitot
d. Pintu tegak ( sluice gate )
3. Cara kerja
a. Siapkan peralatan dan pastikan posisi saluran terbuka horisontal dan posisi pintu
tegak lurus dasar saluran.
b. Nyalakan motor listrik dan kemudian buka katub pemasukan agar air mengalir
dalam saluran.
c. Aturlah tinggi muka air di ulu pintu ( Yo ) = 110,100,90,80,mm dengan ( Yg ) =
12,17,22,27 mm, dan pastikan dalam kondisi konstan.
d. Aturlah tinggi bukaan pintu ( Yg ) sampai membentuk loncatan hidroulik di
tengah-tengah antara pintu dan tail gate.
e. Ukur dan catat nilai Y1,Y2, H1, H2, dan Q
f. Ulangi prosedur di atas dengan Yo dan Yg bervariasi ( minimum 5 variasi ).
Perhatikan pada loncatan kecil, air tidak bergolak tetapi membentuk gelombang
tegak yang mulus ( loncatan tidak bergelombang ).
No Yg Yo Y1 Y3 Q A1 A3 U1 U3 H1 H3 H / Y1
`
4. Tabulasi Data dan Hasil Perhitungan
a. Hitung gaya aliran pada kedua sisi loncatan ( Fa dan Fb )
b. Hitung U1 dan gambar grafik hubungan antara U12/g . Y1 dan Y3/Y1.
c. Hitung H/Y1 Dan gambar grafik hubungan antara H/Y1 dan Y3/Y1.
d. Hitung Yc dan ujilah apakah Y1Yc Y3.
5. Arahan pembahasan dan kesimpulan.
a. Apakah gaya aliran pada kedua sisi loncatan sama ?
b. Apakah kurva energi spesifik menunjukkan kehilangan sebanding dengan
H/Yc ?
c. Sarankan suatu aplikasi loncatan hidroulik yang mana energi masih dalam batas
toleransi, dan kemana energi tersebut berpindah ?
Catatan Khusus :
a. Maksimum bukaan pintu ( Yg ) adalah 60 mm
b. Nilai setiap parameter percobaan yang belum terisi di tentukan oleh asisten
masing-masing.
`
PENGOLAHAN DATA
Data Percobaan C
NoYg Yo Y1 Y3
(m) (m) (m) (m)1 0,014 0,110 0,0110 0,05002 0,018 0,097 0,0150 0,05103 0,022 0,062 0,0250 0,05304 0,026 0,036 0,0300 0,0550
Data Tinggi air pada Loncatan hidrolis
NoJarak loncatan Ya Yb
(cm) (m) (m)1 108 0,024 0,0492 44 0,03 0,0533 16 0,025 0,0554 4 0,035 0,045
Tabel Perhitungan Debit
h K Q(m) (m^3/dt)
0,050 1,433 0,000800,058 1,423 0,001150,063 1,418 0,001410,068 1,413 0,00170
Dengan :
h = Tinggi air diatas thompson
k = Koefisien Debit (cm1/2/dt)
= 1 .3533 + 0 . 004
h+0 . 167(8 . 4+12
√D ) x ( hB
−0. 09)2
= 1 .3533 + 0 . 004
0 . 050+0 . 167(8 . 4+12
√0 .19 ) x( 0. 050 . 076
−0. 09)2
= 1.433
Q = Debit air pada alat ukur Thomson (m3/dt)
Q = Debit air pada alat ukur Thomson (m3/dt)
`
= k x h(5/2)
= 1.433 x 0.050(5/2)
= 0.0008 m3/dt
Tabel Tinggi Air Pada Tabung PitotNo H1 H3
(m) (m)
1 0,09 0,1502 0,08 0,110
3 0,037 0,0504 0,011 0,025
Tabel Kecepatan Pada Tabung Pitot
No V1 V3 (m/dt) (m/dt)1 1,329 1,7162 1,253 1,469
3 0,852 0,9904 0,465 0,700
Dengan :h1 = beda tinggi rata-rata pada tabung pitot pada hilir pintuh3 = beda tinggi rata-rata pada tabung pitot pada hilir loncatan
V1 = kecepatan sesudah pintu
= √2 gh 1
= √2x 9 . 81 x 0 .09= 1,329 (m/dt)
V3 = kecepatan pada section 3
= √2 gh 3
= √2x 9 . 81 x 0 .150= 1,716 (m/dt)
`
Tabel Perhitungan Loncatan Hidrolik
No
Yg Yo Y1 Y3 Q V1 V3 V12/2g V3
2/2g H1 H3
(m) (m) (m) (m) (m) (m/dt)(m/dt) (m) (m) (m) (m)
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]
10,01
4 0,110 0,0110 0,0500 0,00080 1,329 1,716 0,09 0,15000 0,1010 0,2000
20,01
8 0,097 0,0150 0,0510 0,00115 1,253 1,469 0,08 0,11000 0,0950 0,1610
30,02
2 0,062 0,0250 0,0530 0,00141 0,852 0,990 0,037 0,05000 0,0620 0,1030
40,02
6 0,036 0,0300 0,0550 0,00170 0,465 0,700 0,011 0,02500 0,0410 0,0800
Dengan :
Yg : tinggi bukaan pintu
Yo : tinggi muka air di hulu pintu
Y1 : tinggi muka air di hilir pintu
Y3 : tinggi muka air pada section 3
V1 : kecepatan di hilir pintu
V3 : kecepatan di section 3
H1 : tinggi energi di hilir pintu
= [V12/2g]+[ Y1]
=0,09+0,0110
=0,1010
H3 : tinggi energi di section 3
= [V32/2g]+[ Y3]
=0,15000+0,0500=0,2000
`
Perhitungan Gaya Aliran
No
Q Ya Fa Yb Fb Yb/Ya
(m3/dt) (m) (dyne) (m) (dyne) [1] [2] [3] [4] [5] [6]
1 0,00080 0,024 0,00057 0,049 0,00107 2,0422 0,00115 0,03 0,00092 0,053 0,00138 1,7673 0,00141 0,025 0,00128 0,055 0,00160 2,2004 0,00170 0,035 0,00155 0,045 0,00160 1,286
Dengan :
Q : Debit aliran ( data )
b : Lebar Saluran ( data )
: masa jenis air ( data )
g : percepatan gravitasi ( data )
Ya : kedalaman air sebelum loncatan ( data )
Yb : kedalaman air setelah loncatan ( data )
Fa : gaya aliran sebelum loncatan
= (g*0.078*[Ya]2)/2)+(⌠([Q]2)/b*[Ya])
=(9,81*0.078*[0,024]2)/2)+(⌠([ 0,00080]2)/0.076*[0,024])
=0,00057 dyne
Fb : gaya aliran air setelah loncatan
= (g*0.078*[Yb]2)/2)+(⌠([Q]2)/0.078*[Yb])
=(9,81*0.078*[0,049]2)/2)+(⌠([ 0,00080]2)/0.076*[0,049])
=0,00107 dyne
`
Perhitungan Hubungan Antara V12/g.Y1 dan Y3/Y1
V1 V12/(gY1) Y3/Y1
(m/dt) (m)
1,329 16,3636 4,5455
1,253 10,6667 3,4000
0,852 2,9600 2,1200
0,465 0,7333 1,3333
1.5000 2.0000 2.5000 3.0000 3.5000 4.0000 4.5000 5.0000
0.0000
2.0000
4.0000
6.0000
8.0000
10.0000
12.0000
14.0000
16.0000
18.0000
Grafik Hubungan antara (V1^2)/(g*Y1) dan Y3/Y1
Grafik Hubungan antara (V1^2)/(g*Y1) dan Y3/Y1
Y3/Y1
(v1
^2
)/(g
*Y1
)
`
Perhitungan hubungan antara H/Y1 dan Y3/Y1
No
Yg Yb Y1 Y3 Y3/Y1 ∆H ∆H/Y1(m) (m) (m) (m) (m) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
1 0,014 0,049 0,0110 0,0500 4,5455 0,0990 9,0000
2 0,018 0,053 0,0150 0,0510 3,4000 0,0660 4,4000
3 0,022 0,055 0,0250 0,0530 2,1200 0,0410 1,6400
4 0,026 0,045 0,0300 0,0550 1,8333 0,0390 1,3000
Dengan :
Yg : tinggi bukaan pintu
Yo : tinggi muka air di hulu pintu
Y1 : tinggi muka air di hilir pintu
Y3 : tinggi muka air pada section 3
H : kehilangan energi
= H3-H1
= 0,2000-0,1010
= 0,0990
`
Hubungn antara ΔH/Y1 dan Y3/Y1
ΔH ∆H/Y1 Y3/Y1
0,0990 9,0000 4,54550,0660 4,4000 3,40000,0410 1,6400 2,12000,0390 1,3000 1,8333
1.5000 2.0000 2.5000 3.0000 3.5000 4.0000 4.5000 5.0000
0.0000
2.0000
4.0000
6.0000
8.0000
10.0000
Hubungn antara ΔH/Y1 dan Y3/Y1
Hubungn antara ΔH/Y1 dan Y3/Y1
Y3/Y1
AH
/Y1
`
Perbandingan Harga Y1<Yc<Y3
No Q b Y1 Yc Y3
Hidrolic Jump
(m3/dt) (m) (m) (m) (m) 1 0,00080 0,076 0,0110 0,0225 0,0500 Benar2 0,00115 0,076 0,0150 0,0286 0,0510 Benar3 0,00141 0,076 0,0250 0,0328 0,0530 Benar4 0,00170 0,076 0,0300 0,0371 0,0550 Benar
Dengan :
Q : Debit aliran ( data ) Benar = terjadi loncatan hidrolis
b : Lebar Saluran ( data )
q : debit persauan lebar
Y1 : tinggi muka air di hilir pintu
Y3 : tinggi muka air pada section 3
Yc : kedalaman kritis
=( [q]2/g)1/3
=( [0,0105]2/9.81)1/3
= 0,0225 m
Mencari nilai Ec
No
Q Y1 b q Yc ΔH ∆H/Yc V1 V12/2g Ec
(m3/dt) (m) (m) (m2/dt) (m) (m/dt) (m) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]
10,0008
0 0,0110
0,076 0,0105
0,0225
0,0990 4,4077 1,329
0,0900 4,4977
20,0011
5 0,0150
0,076 0,0152
0,0286
0,0660 2,3060 1,253
0,0800 2,3860
30,0014
1 0,0250
0,076 0,0186
0,0328
0,0410 1,2511 0,852
0,0370 1,2881
40,0017
0 0,0300
0,076 0,0224
0,0371
0,0390 1,0499 0,465
0,0110 1,0609
Hubungan Antara Ec Dan ∆H/Y
No Ec ∆H/Yc1 4,4977 4,40772 2,3860 2,30603 1,2881 1,25114 1,0609 1,0499
`
0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000
0.0000
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
2.5000
3.0000
3.5000
4.0000
4.5000
5.0000
Hubungan Antara Ec Dan ∆H/Y
Hubungan Antara Ec Dan ∆H/Y
∆H/Yc
Ec
`
PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN
PERCOBAAN C
Seperti pada perhitungan percobaan-percobaan sebelumnya, perhitungan pada
percobaan kali ini juga dilakukan dengan menggunakan dua macam perhitungan.
Perhitungan yang pertama menggunakan parameter debit dan menggunakan parameter
kecepatan yang diperoleh melalui perhitungan tabung pitot.
Dari hasil percobaan gaya aliran pada kedua sisi loncatan tidak sama karena
adanya pengaruh kedalaman air sebelum dan sesudah loncatan hidrolik tidak sama serta
pengaruh debit yang ada.
Loncatan hidrolik terjadi bila ada perubahan sifat aliran dari super kritis menjadi
sub kritis. Dalam loncatan hidrolis terjadi kenaikan permukaan air secara tiba-tiba dan
kehilangan energi yang besar. Pada loncatan kecil air tidak bergolak tetapi membentuk
gelombang tegak yang mulus (loncatan tidak bergelombang). Pusaran turbulen yang
terbentuk pada loncatan menarik energi dari aliran utama pusaran tersebut terpecah
menjadi aliran yang lebih kecil sampai mengalir ke hilir, energi direndam ke dalam
panas melalui pusaran-pusaran kecil yang selanjutnya naik karena pecahnya jumlah
gelombang pada permukaan. Udara ini diangkut ke hilir dan terlepas dalam bentuk
gelembung udara yang disebabkan oleh daya apung.
Loncatan hidrolik yang terjadi pada dasar saluran horisontal terdiri dari beberapa
tipe yang berbeda-beda. Sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Biro Reklamasi
Amerika Serikat, tipe-tipe tersebut dapat dibedakan berdasarkan bilangan Froude.
Untuk F = 1, aliran kritis, sehingga tidak dapat terbentuk loncatan.
Untuk F = 1 sampai 1,7; terjadi ombak pada permukaan air, dan loncatan yang
terjadi dinamakan loncatan berombak.
Untuk F = 1,7 sampai 2,5 terbentuk rangkaian gulungan ombak pada permukaan
loncatan, tetapi permukaan air di hilir tetap halus. Secara keseluruhan kecepatannya
seragam, dan rugi-rugi energinya kecil. Loncatan ini dinamakan loncatan lemah.
Untuk F = 2,5 sampai 4,5 terdapat semburan berosilasi menyertai dasar loncatan
bergerak ke permukaan dan kembali lagi tanpa perioda tertentu. Loncatan ini
dinamakan loncatan berosilasi.
Untuk F = 4,5 sampai 9,0 ; pada ujung-ujung permukaan hilir akan bergulung dan
titik dimana kecepatan semburannya tinggi cenderung memisahkan diri dari aliran.
Loncatan ini dinamakan loncatan tetap.
`
Untuk F = 9 dan yang lebih besar; kecepatan semburan yang tinggi akan
memisahkan hempasan gelombang gulung dari permukaan loncatan, menimbulkan
gelombang-gelombang hilir, jika permukaannya kasar akan mempengaruhi
gelombang yang terjadi. Loncatan ini dinamakan loncatan kuat.
Adanya loncatan hidrolik dapat mengakibatkan kecepatan aliran turun, dan
tinggi tekan naik. Sehingga dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam aplikasi,
diantaranya:
Sebagai peredam energi pada bendungan saluran dan struktur hidrolis yang lain
untuk mencegah pengikisan struktur di bagian hulu.
Untuk menaikkan kembali tinggi energi / permukaan air pada daerah hilir saluran
pengukur, dan juga menjaga agar permukaan air saluran irigasi tetap tinggi.
Untuk memperbesar tekanan pada lapis bendung, sehingga memperkecil tekanan
angkat pada struktur tembok, dengan memperbesar kedalaman air pada lapis
bendung.
Untuk menunjukkan kondisi-kondisi aliran tertentu, misalnya adanya aliran super
kritis.
Pada grafik hubungan Y3/Y1 dengan Fr menunjukkan hubungan antara
kedalaman sebelum loncatan dan setelah loncatan yang biasanya dinamakan kedalaman
konyugasi. Dan persamaanya dapat ditulis:
Y 3
Y 1 =
12
(√ 1 + 8 F2 − 1 )
Panjang loncatan dapat didefinisikan sebagai jarak antara permukaan dengan
loncatan hidrolis sampai suatu titik pada pemukaan gulungan ombak yang segera
menuju ke hilir. Panjang loncatan sulit ditentukan secara teoritis, tetapi telah diselidiki
dengan cara percobaan dan diperoleh persamaan:
L = A(hb – ha)
dimana nilai A bervariasi antara 5,0 sampai dengan 6,9. Tetapi pada tabel perhitungan
diperoleh nilai A perhitungan ternyata tidak sesuai dengan nilai A teoritis. Hal ini
terjadi karena adanya kesalahan pada saat pengambilan data pada saat praktikum.
Salah satu karakteristik dasar loncatan hidrolik adsalah rugi-rugi energi yang
biasanya dinyatakan dengan H. Rugi-rugi energi pada loncatan adalah sama dengan
perbedaan energi spesifik sebelum loncatan dan sesudah loncatan. Perbandingan H/H1
dinamakan rugi-rugi relatif. Karena rugi-rugi relatif merupakan fungsi dari Fr maka
dapat dibuat grafik hubungan anatra H/H1 dengan Fr.
`
Berdasarkan tabel jenis loncatan dapat diliht bahwa jenis loncatan yang dihitung
dengan menggunakan perhitungan debit ternyata tidak sesuai dengan amatan, hal ini
terjadi karena adanya kesalahan pengambilan data, sehingga dilakukan perhitungan
dengan menggunakan perhitungan kecepatan yang diperoleh dari tabung pitot dan
didapat beberapa jenis loncatan yang diklasifikasikan sesuai dengan toeri maupun
amatan.
Pada perhitungan H dengan menggunakan perhitungan debit terdapat
kesalahan data yang menyebabkan nilai H negatif, secara teori hal ini tidak mungkin,
sehingga dilakukan perhitungan dengan menggunakan kecepatan yang diperoleh dari
tabung pitot.
Secara teori, kurva energi spesifik menunjukkan kehilangan berbanding terbalik
dengan H/Yc, tetapi pada perhitungannya tidak sesuai, hal ini terjadi karena adanya
kesalahan pengambilan data.
Dari tabel perbandingan nilai Y1, Yc, dan Y3, ternyata didapat bahwa nilai Y1,
Yc, dan Y3 tidak memenuhi Y1 < Yc < Y3, baik yang dihitung dengan menggunakan
debit maupun dengan tabung pitot. Hal ini terjadi karena adanya kesalahan pengambilan
data pada saat praktik.
Tujuan dan implementasi teori praktikum
Penggunaan loncatan hidrolik adalah untuk peredam energi dibawah pelimpah,
waduk, pintu air, dan lain-lain. Hal ini untuk menghindari konstruksi agar aman
terhadap bahaya gerusan air di hilir saluran. Selain itu juga untuk menaikkan muka air
dihilir agar kebutuhan tinggi tekan pengaliran dalam saluran tersedia. Dan yang terakhir
adalah untuk menambah muatan air pada lantai lindung (apron).
`
PERCOBAAN II
“ BROAD-CRESTED WEIR ”
1. Teori dasar
Pada kondisi aliran di hilir “broad-crested weir” tidak mengalami
”obstraction”, hal ini menunjukkan bahwa kondisi aliran diatas weir adalah
maksimum. Dalam kondisi demikian aliran kritis terjadi diatas weir, sehingga dapat
dipakai sebagai dasar mengukur energi spesifik. Bila kecepatan di hulu weir kecil,
maka nilai tinggi kecepatannya (U2/2g) dapat diabaikan dan energi spesifik diatas
wier adalah E ¿ H.
Dengan memperhatikan persamaan (A.4) dalam percobaan A, maka untuk
“broad-crester weir” didalam saluran dengan penampang segi empat, berlaku :
q=g1/2 .Yc3/ 2=g1/2 .[2 E3 ]
3/2
≈g1/2 [2 H3 ]
3 /2
atau
Q=b .g1/2 [ 2 H3 ]
3/2
≈1.705 . b. H3/2
Secara umum rumus pengaliran diatas “broad-crested weir” di tulis :
Q=Cd .b . H3/2
dengan :
Q = debit yang melalui weir (m3/det)
b = lebar weir (m)
H = tinggi air diatas weir (m), dan
Cd = koefisien debit
2. Peralatan
a. Saluran terbuka
b. Meteran taraf
c. Tabung pitot
d. Bendung ambang lebar (Broad-crested weir)
`
3. Cara kerja :
a. Peralatan disiapkan terlebih dahulu, posisi saluran dipastikan dalam keadaan
terbuka dan ambang lebar horizontal dalam keadaan terbendung.
b. Air dialirkan secara perlahan-lahan sampai melimpah sedikit di atas weir dan
setelah itu aliran air dihentikan.
c. Ketinggian air dihulu weir diukur dan dicatat sebagai data batas permukaannya .
d. Air diairkan kembali untuk mendapatkan ketinggian H tertentu diatas weir, dan
kemudian aliran air dinaikkan untuk mendapatkan data H yang lain sebanyak 4
kali dengan interval kenaikan (Δ H) = 10mm.
e. Pada setiap langkah percobaan nilai H, Q, Yu, Yc, dan L (panjang
pengempangan) diukur dan dicatat.
f. Pada setiap pengaliran profil aliran diatas weir harus diamati secara cermat.
V
o2
2 g L
-----------------------------------------------------------------
H Vc2
2 g
Eu Yu
Yu
h
4. Tabulasi data dan hasil perhitungan.
No Yu (cm) Yc (cm) L (cm) H (cm)
a. Hitung nilai Cd untuk setiap nilai Q.
b. Gambar grafik hubungan Q dan H, Q dan Cd, serta H dan Cd.
`
5. Arahan pembahasan dan kesimpulan :
a. Apakah Cd = 1,705 selalu tetap untuk setiap nilai Q ?
b. Apakah aliran diatas weir selalu pararel ?
c. Apakah panjang pengempangan (L) berpengaruh terhadap nilai Cd ?
Catatan khusus
1. Maksimum interval kenaikan (Δ H) = 10 mm.
2. Nilai parameter percobaan yang belum terisi ditentukan oleh asisten masing-
masing.
`
PENGOLAHAN DATA
V
o2
2 g L
-----------------------------------------------------------------
H Vc2
2 g
Eu Yu
Yu
h
Tabel Data Percobaan Broad Crested Weir
NoH Yu Yc L
(m) (m) (m) (m)1 0,1200 0,1220 0,0110 0,20002 0,1275 0,1280 0,0180 0,16003 0,135 0,1340 0,0230 0,12004 0,1425 0,1430 0,0260 0,0800
Tabel Perhitungan Debit
Keterangan :
b = 0.76 m
Q=b .g1/2 [2H3 ]
3/2
Q=0,76 x 9,811/2x [2 x 0,12003 ]
3/2
Q = 0.00539 (m3/dt)
No
Q
(m3/dt)1 0,005392 0,00593 0,006434 0,00697
`
Tabel Perhitungan Koefisien Debit
No
Q Yu L H H3/2 b Cd
(m3/dt) (m) (m) (m) (m) (m) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
1 0.00539 0.122 0.200 0.120 0.04157 0.076 1.7052 0.0059 0.128 0.160 0.128 0.04553 0.076 1.7053 0.00643 0.134 0.120 0.135 0.0496 0.076 1.7054 0.00697 0.143 0.080 0.143 0.05379 0.076 1.705
Keterangan :
Q = Debit air yang melalui weirr ( m3/det )
H = Tinggi air (m)
cd = Koefisien debit
= [ Q
b x H3
2 ]= [ 0.00539 0 . 076 x 0 . 04157 ]
= 1.705
D = Tinggi dari dasar saluran ke titik terendah dari mercu (m)
B = Lebar weir (m)
L = Panjang Pengempangan (m)
0,0050
0,0055
0,0060
0,0065
0,0070
0,0075
1,704 1,705 1,706 1,707 1,708
Q
Cd
Grafik hubungan antara Q dan Cd
`
Tabel Hubungan Antara Q dan H
Q H0.0054 0.1200.0059 0.1280.0064 0.1350.0070 0.143
Tabel Hubungan Q dan CdQ Cd
0.0054 1.7050.0059 1.7050.0064 1.7050.0070 1.705
1,700
1,702
1,704
1,706
1,708
1,710
0,100 0,120 0,140
Cd
H
Grafik hubungan antara H dan Cd
`
Tabel Hubungan H dan Cd
H Cd0.120 1.7050.128 1.7050.135 1.7050.143 1.705
\
PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN
`
PERCOBAAN BROAD CRESTED WEIR
Terjadinya aliran kritis diatas crested weir dapat di jadikan dasar untuk mengukur
energi spesifik. Bila kecepatan di hulu weir kecil maka energi spesifik di atas weir ( E )
= H, karena V2/2g kecil sehingga di abaikan.
Pada perhitungan percobaan kali ini tidak dilakukan dengan menggunakan dua
perhitungan karena pengambilan data pada saat praktikum dianggap tidak terlalu
menyimpang jauh dari teori yang ada.
Rumus pengakiran di atas weir adalah Q=Cd.b.h3/2, Dari hasil perhitungan
diperoleh nilai Cd yang sama untuk setiap nilai debit (Q). Nilai Cd dipengaruhi oleh
beberapa faktor diantaranya adalah:
Debit (Q)
Tinggi air di atas weir.
Jika debit bertambah maka nilai Y juga bertambah, sehingga dapat dikatakan
bahwa aliran di atas weir selalu paralel.
Panjang pengempangan secara matematis tidak berpengaruh langsung terhadap
nilai Cd, tetapi panjang pengempangan dipengaruhi oleh debit yang mengalir. Semakin
besar nilai debit (Q) maka panjang pengempangan (L) semakin kecil.
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari percobaan ini sebagai berikut.
1) Nilai Cd selalu sama untuk setiap nilai Q.
2) Aliran di atas weir selalu paralel.
3) Panjang pengempangan (L) tidak berpengaruh langsung terhadap nilai Cd
Tujuan dan implementasi teori praktikum
Penggunaan broad crested weir adalah untuk meninggikan air dan juga
mengetahui beda tinggi (kehilangan tinggi tekan ) antara saluran di hulu dan di bendung
(broad crested weir)