aliran ambang lebar

8/10/2019 aliran ambang lebar

1/20

Modul I Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika

Kelompok II Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma

1

MODUL I

ALIRAN MELALUI AMBANG LEBAR

1.1 PENDAHULUAN

Dalam merancang bangunan air, kita perlu mengetahui sifat- sifat atau

karakteristik aliran air yang melewatinya. Pengetahuan ini diperlukan untuk

membuat bangunan air yang akan sangat berguna dalam pendistribusian air

maupun pengaturan sungai.Dalam percobaan kali ini kita akan meninjau aliran dalam ambang yang

merupakan aliran berubah tiba- tiba. Ambang yang digunakan adalah ambang

lebar.

Alasan kita menggunakan ambang lebar adalah:

1. Ambang ini akan menjadi model untuk diaplikasikan dalam perancangan

bangunan pelimpah. Selain itu dengan memperhatikan aliran pada ambang,

kita 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


2/20


3/20



3

Keterangan:

1. Ambang lebar

2. Alat pengukur kedalaman

3. Meteran

4. Venturimeter dan pipa manometer

5. Sekat pengatur hilir

6. Penampung air

7. Generator dan pompa air

1.4 TEORI DASAR DAN RUMUS

1.4.1 Debit Aliran (Q)

Dengan menerapkan prinsip kekekalan energi, impuls momentum, 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 konstraksi.

Gambar 1.3 Venturimeter

Besarnya aliran debit aliran (Q) dapat diperoleh dengan menggunakan

rumus:

Q = 171,808 3,14 ( H) 1/2 (cm 3/s) (1.1)


4/20



4

Dimana:

D1 = 3,15 cm

D2 = 2,00 cm

g = 9,81 m/s 2

Pair = 1,00 gr/cm3

PHg = 13,60 gr/cm 3

1.4.2 Koefisien Pengaliran (C)

Gambar 1.4 Profil Aliran Melalui Ambang Tajam

Kecepatan aliran yang lewat diatas pelimpah adalah

V = ( g y ) 1/2 = ( g He ) 1/2 (1.2)

He = Y t (1.3)

Dimana:

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s 2

t = tinggi ambang = 10,7 cm

Karena debit aliran yang melalui pelimpah tersebut relatif kecil,

maka diperlukan koefisien reduksi bagi debit (Q) maka:

Q = c g 1/2 L He 3/2 (1.4)

Dengan mensubtitusi C = c g 1/2 ke persamaan (1.4) maka diperoleh

persamaan sebagai berikut:


5/20



5

Q = C L He 3/2 (1.5)

Apabila debit yang mengalir sudah diketahui nilainya, maka nilaikoefisien pengaliran (C) dapat diperoleh dengan menggunakan

rumus:

C = Q / (L He 3/2) (1.6)

Dimana: L = lebar saluran = 9,7 cm

1.5 PROSEDUR PERCOBAAN

1. Ambang lebar dipasang pada posisi tertentu dalam model saluran

terbuka.

2. Alat pengukur kedalaman dan venturimeter dikalibrasikan. Dimensi

ambang dicatat.

3. Pompa dinyalakan dengan debit air tertentu sesuai dengan yang

dinginkan tetapi tidak meluap.

4. Sekat di hilir diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh keadaan loncat

pertama, loncat kedua, peralihan, tenggelam pertama, dan tenggelam

kedua. Untuk masing-masing keadaan diperiksa apakah aliran sudah

stabil. Jika sudah, pengambilan data dapat dilakukan.

5. Untuk masing-masing keadaan data tinggi muka air pada delapan titik

pengamatan dicatat untuk mengambil profil aliran, dan untuk

menghitung debit maka dapat dicatat dari venturimeter.

6. Langkah 4 dan 5 diulang untuk empat debit yang berbeda, Namun yang

dicatat hanya kedalaman air di hulu (y 1) dan kedalaman air di hilir (y 2)

saja.

7. Setelah selesai langkah 6, sekat di hilir dikosongkan.

8. Debit aliran diatur (mulai dari yang besar ke yang kecil).

9. Tinggi muka air sebelum ambang (y 1) dan tinggi raksa pada manometer

dicatat.

10. Langkah 8 dan 9 diulangi sampai didapat debit minimum yang masih

dapat mengalir.


6/20



6

1.6 PROSEDUR PERHITUNGAN

1. Gambarkan profil muka air sesuai dengan data yang didapat.

2. Hitung besarnya debit yang mengalir (Q). Gunakan rumus 1.1.

3. Hitung besarnya He 1 dan He 2. Gunakan rumus 1.3.

4. Hitung koefisien pengaliran (C). Gunakan rumus 1.6.

5. Menentukan nilai C d dan H d. Gunakan grafik He 1 vs C.

1.7 GRAFIK DAN KETERANGANNYA

1. Gambar profil muka air untuk kelima keadaan pada 1 gambar Data yang diambil adalah data yang dapat menggambarkan profil

aliran dari hulu, pada saat melewati ambang, keadaan setelah

melewati ambang, dan hilir. (Ambil x dari sebelum ambang sampai

setelah ambang).

Semua profil aliran digambarkan dalam satu grafik.

2. He 1 vs He 2

Grafik ini bertujuan untuk membuktikan karakteristik air yangmelewati 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 di hilir dan seterusnya.

Semua debit yang digunakan digambarkan dalam satu grafik.

3. He 1 vs QGrafik ini digunakan 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 power (pangkat). Coba semua trendline , pilih trendline yang

mempunyai nilai R2~1. Idealnya, trendline yang sesuai adalah

regresi power .


7/20



7

4. He 1 vs C

Grafik ini bertujuan untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Nilai Cddidapatkan dengan cara merata- ratakan nilai C yang berdekatan.

Nilai C yang dianggap menyimpang tidak digunakan. Sedangkan

nilai Hd didapat dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu x ke

arah sumbu y dari nilai Cd.

Grafik ini tidak perlu diberi trendline .

5. Q vs C

Grafik ini digunakan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C.

Nilai C akan relatif konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda.

Grafik ini juga dipakai untuk menunjukan hubungan antara nilai C

dan Q dimana persamaan C yaitu C = Q / (L , He 3/2).

Coba semua trendline , pilih trendline yang mempunyai nilai R2~1.

Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power .

4. He 1/Hd vs C/Cd (gunakan nilai Hd dan Cd yang diperoleh dari grafik He 1

vs C)

Digunakan untuk membuktikan bahwa pada saat He1/Hd bernilai 1,

maka C/Cd juga akan bernilai 1.

Analisa Grafik Profil Muka Air Ambang Lebar

Grafik ini merupakan sifat profil aliran yang melewati ambang berdasarkan tiga

karakteristik aliran yaitu loncat, peralihan dan tenggelam yang didapat dengan

cara mengatur sekat pada hilir saluran.

Keadaan loncat 1 dan loncat 2.

Tinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan oleh tinggi muka air di

hilir.

Keadaan peralihan.

Tinggi muka air di hulu mulai dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir.


8/20



8

Keadaan tenggelam 1 dan tenggelam 2.

Tinggi muka air di hulu semakin dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir.

Analisa Grafik He1 vs He2 pada 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.

Pada keadaan loncat, grafik terlihat mendatar. Hal ini menunjukkan bahwa

besar He1 cenderung tetap pada kondisi ini dimana tinggi muka air di hulu

(Y1) tidak berubah, walaupun terjadi perubahan tinggi muka air di hilir.

Pada kondisi peralihan, grafik juga masih terlihat mendatar. Hal ini

menunjukkan bahwa besar He1 cenderung tetap pada kondisi ini dimana

tinggi muka air di hulu (Y1) tidak berubah, walaupun terjadi perubahan tinggi

muka air di hilir (Y2).

Pada kondisi tenggelam, grafik masih terlihat mendatar pada kondisi

tenggelam 1. Sedangkan pada kondisi tenggelam 2, grafik terlihat naik jauh

sekali ke arah vertikal miring. Hal ini menunjukkan tinggi muka air di hulu

(Y1) berubah secara linier terhadap perubahan tinngi muka air di hilir (Y2).

Analisa Grafik He1 vs C

Berdasarkan rumus :

2/3 HebQ

C 3/21 )( C bQ

He

Identik dengan 3/2axY , sehingga untuk menunjukkan hubungan He vs C

digunakan regresi power.

Cd diperoleh dengan cara merata- ratakan nilai C yang cenderung konstan.

sCd cm /2630,22 2/1

Dari grafik didapat persamaan y


9/20



9

Data Grafik ambang lebar

Data alat

Tinggi ambang (t) = 10,7 cm

Lebar ambang (b) = 9,6 cm

Panjang ambang (L) = 25 cm

Data Untuk Menggambar Profil Muka Air

Sebelum Sesudah

H1 = 71 mm

H2 = 95 mm

Koreksi = 24 mm

H1 = 80 mm

H2 = 85 mm

H = 5 mm

Tabel 1.1 Data Untuk Menggambar Profil Muka Air

Titik

Loncat I Loncat II Peralihan Tenggelam I Tenggelam II

X Y X Y X Y X Y X Y

(cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm)

1 30,50 8,00 30,50 4,80 30,50 7,60 30,50 11,80 30,50 13,50

2 75,00 4,00 75,00 6,00 75,00 8,70 75,00 12,40 75,00 14,00

3 100,00 4,50 100,00 6,20 100,00 9,00 100,00 12,70 100,00 14,80

4 125,00 5,00 125,00 6,80 125,00 9,40 125,00 13,30 125,00 15,00

5 150,00 5,50 150,00 7,00 150,00 9,80 150,00 13,80 150,00 15,50

6 175,00 5,60 175,00 7,50 175,00 10,00 175,00 14,10 175,00 15,80

7 200,00 6,20 200,00 8,00 200,00 10,50 200,00 14,60 200,00 16,70

8 225,00 6,70 225,00 8,50 225,00 11,00 225,00 15,20 225,00 17,00


10/20



10

Tabel 1.2 Data Untuk Membuat Grafik He1 vs He2 dan He1 vs Q

DebitManometer (mm) Q Jenis Y 1 Y2 He1 He2

H 1 H 2 Koreksi H cm3/s Aliran (cm) (cm) (cm) (cm)

Q1 80,00 85,00 24,00 19,00743,6

2

L1 12,30 6,70 1,60 -4,00

L2 12,40 8,50 1,70 -2,20

P 12,40 11,00 1,70 0,30

T1 12,90 15,20 2,20 4,50

T2 13,60 17,00 2,90 6,30

Q2 65,00 95,00 24,00 6,00417,8

8

L1 13,50 7,50 2,80 -3,20

L2 13,50 9,60 2,80 -1,10

P 13,50 12,50 2,80 1,80

T1 13,70 16,50 3,00 5,80

T2 13,80 17,20 3,10 6,50

Q3 47,00 92,00 24,00 21,00781,7

8

L1 13,90 8,00 3,20 -2,70

L2 13,90 10,00 3,20 -0,70P 13,90 13,00 3,20 2,30

T1 14,00 16,50 3,30 5,80

T2 14,00 17,50 3,30 6,80

Q4 35,00 108,00 24,00 49,001194,

18

L1 13,90 8,00 3,20 -2,70

L2 14,00 10,00 3,30 -0,70

P 14,00 13,50 3,30 2,80

T1 14,20 16,00 3,50 5,30

T2 14,20 17,50 3,50 6,80


11/20



11

Tabel 1.3 Perhitungan Ambang Lebar

DebitManometer (mm) Q Y1 He1 C

Cd Hd He1/Hd C/CdH1 H2 Koreksi H cm3/s (cm) (cm) (cm0.5/s)

Q1 80,00 85,00 24,00 19 743,62 12,72 2,02 26,98 17,49 6,67 0,30 1,54

Q2 65,00 95,00 24,00 6 417,88 13,6 2,9 8,81 17,49 6,67 0,44 0,50

Q3 47,00 92,00 24,00 21 781,78 13,94 3,24 13,96 17,49 6,67 0,49 0,80

Q4 35,00 108,00 24,00 49 1194,18 14,06 3,36 20,197 17,49 6,67 0,50 1,16

Contoh Perhitungan


12/20



12

Diketahui :

H1 = 80 mm

H2 = 85 mm

Koreksi = 24 mm

= 3,14

b = 9,6 cm = 96 mm

h = 5 mm = 0,5 cm

He = 2,53 cm = 25,3 mm

Maka dapat dihitung

h = H 2-H 1-Koreksi

= 85-80-24

= 19

Q1 = 171,808 3,14 ( H )1/2

= 171,808 3,14 ( 0.5 ) 1/2

= 381,48 cm 3/detik

He1( Q 1 ) = Y 1 t

= 12,30 10,7

= 1,60 cm

C1 =

=,

, .

= 38,27 cm 0.5/s

Cd=


13/20



13

=,

= 17,49 cm 0.5/s

Hd = 0,0056 x ( Cd 2.6788 )

= 11,95 cm

He1 / Hd =.

,

= 0,13

C1 / Cd =,,

= 2.19

1.8 GRAFIK DAN ANALISA


14/20



14

Grafik 1.1 Profil Muka Air (Ambang Lebar)

Grafik ini merupakan sifat profil aliran yang melewati ambang berdasarkan

tiga karakteristik aliran; loncat, peralihan, dan tenggelam yang didapat dengan

cara mengatur sekat pada hilir saluran.

Keadaan Loncat 1 dan Loncat 2

Tinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan oleh tinggi maka air di

hilir.

Keadaan PeralihanTinggi muka air di hulu mulai di pengaruhi oleh tinggi muka air di hilir.

Keadaan Tenggelam 1 dan Tenggelam 2

Tinggi muka air di hulu semakin tinggi karena dipengaruhi semakin tingginya

muka air di hilir.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

Y(Cm )

X ( Cm )

Profil Muka Air ( Ambang Lebar )

Loncat I

Loncat II

Peralihan

Tenggelam I

Tenggelam II


15/20



15

Grafik 1.2 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.

Pada keadaan loncat, grafik terlihat mendatar. Hal ini menunjukan bahwa

besar He 1 cenderung tetap pada kondisi ini. Tinggi muka air di hulu ( Y 1 )

tidak berubah, walaupun terjadi perrubahan tinggi muka air di hilir ( Y 2 ).

Kedalaman peralihan, ditunjukan oleh grafik yaitu pada saat grafik mulai

berubah dari datar menjadi lengkung ke arah vertikal. Pada kondisi ini nilai

He1 mulai berubah akibat kenaikan tinggi muka air di hilir ( Y 2 )Pada keadaan tenggelam grafik semakin naik. He 1 naik seiring dengan

kenaikan He 2. Keadaan ini ditunjukan oleh bagaian grafik yang merupakan

garis miring. Pada kondisi ini muka air di hulu ( Y 1 ) berubah secara liniear

terhadap perubahan tinggi muka air di hilir ( Y 2 ).

Besar debit yang berbeda memberikan tinggi muka air yang berbeda pula.

Semakin besar debit semakin tinggi pula muka air di hulu ( Y 1 ).

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

-6.00 -4.00 -2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

He1 (cm )

He2 ( cm )

He1 vs He2

He1 vs He2 ( Q1 )

He1 vs He2 ( Q2 )

He1 vs He2 ( Q3 )

He1 vs He2 ( Q4 )


16/20



16

Grafik 1,3 He1 Vs Q (Ambang Lebar)

Tujuan grafik ini adalah untuk menunjukan hubungan antara He 1 dan Q.Idealnya, nilai He 1 akan makin besar pada saat Q yang dialirkan juga makin besar.

Hubungan tersebut ditunjukan dengan peramaan hasil regresi power ( pangkat ).

Pada keadaan idealnya, grafik tersebut akan menghasilkan R 2 ~ 1 jika diberi

trendline berupa regresi power . Namun pada percobaan yang kami lakukan ini

grafik tersebut akan memberikan hasil R 2 ~ 1 jika diberi trendline berupa regresi

berupa polinomial berorde 3.

y = -9E-11x 3 + 7E-07x 2 - 0.001x + 2.918R = 1

-2

0

2

4

6

8

10

0.00 500.00 1000.00 1500.00

He1(cm )

Q ( cm 3/s )

He1 vs Q

Plot

Polinomial orde 3


17/20



17

Grafik 1,4 He1 Vs C (ambang Lebar)

Tujuan grafik ini adalah untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Nilai Cd

didapatkan dengan merata-ratakan nilai C yang berdekatan. Nilai C yang dianggap

menyimpang tidak digunakan. Dengan menggunakan cara tersebut, makadidapatkan nilai Cd = 17,49 cm 0.5 /s . Sedangkan nilai Hd didapat dengan cara

menarik garis lurus sejajar sumbu x kearah sumbu y dari nilai Cd. Jika kita

gunakan cara grafis seperti yang ditunjukan oleh cara tersebut, maka akan didapat

nilai Hd sekitar 3,40 cm. Namun, jika kita gunakan persamaan =( ) 3/ 2

Maka akan didapatkan nilai Hd sebesar 11,95 cm.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 5 10 15 20 25 30

He1( cm )

C ( cm 0.5 /s )

He1 vs C


18/20



18

Grafik 1,5 Q Vs C (Ambang Lebar)

Grafik digunakan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C. Pada keadaan

idealnya, nilai nilai C akan relative konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda.

Namun, pada grafik ini hubungan antara nilai C dan Q ditunjukan dengan

persamaan dari hasil tredline regresi power yaitu y = 124.6x 0.638 dimana y = Q

serta x = C .

y = 124.6x 0.638

R = 0.511

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

0 5 10 15 20 25 30

Q (cm

3/s )

C ( cm 0.5 /s )

Q vs C

Plot

Regresi power


19/20



19

Grafik 1.6 He1/Hd Vs C/Cd (Ambang Lebar)

Grafik ini digunakan untuk membuktikan bahwa pada saat He 1/Hd bernilai 1,

maka C/Cd juga akan bernilai 1. Keadaan tersebut akan terpenuhi jika dari hasil

perhitungan tersebut kita plot kemudian diberi trendline berupa regresi liniear,

maka persamaan yang dihasilkan adalah y = x . Namun pada percobaan kali ini,

setelah dibuat grafik dengan menggunakan regresi linear dengan set intetcept 0,0

maka persamaan yang di dapat adalah y = 0.990x. Sehingga dapat disimpulkan

bahwa pada percobaan ini tida terbukti jika He 1/Hd bernilai 1 ,maka C/Cd juga

tidak bernilai 1.

y = 0.990xR = 0.888

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000

He1/Hd

C/Cd

He1/Hd vs C/Cd

Plot

regresi Linear SetIntercept =0,0


20/20



20

1.9 KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan, kita dapat mengetahui

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. Selain itu, kita juga dapat mengetahui

hubungan tinggi muka air di atas ambang terhadap debit air yang melimpah di

atas ambang.

aliran ambang lebar

Documents

Transcript of aliran ambang lebar