Hidrolika

Bab 1 Aliran Melalui Ambang LebarLaporan Praktikum Hidrolika

BAB 1ALIRAN MELALUI AMBANG LEBAR

0. PENDAHULUANSifat-sifat atau karakteristik aliran air perlu diketahui untuk merancang bangunan air. Pengetahuan ini diperlukan untuk membuat bangunan air yang akan sangat berguna dalam pendistribusian air maupun pengaturan sungai.Pada percobaan kali ini akan ditinjau aliran dalam ambang yang merupakan aliran berubah tiba-tiba. Ambang yang digunakan adalah ambang lebar. Alat ukur ambang lebar adalah bangunan aliran atas (overflow). Pada aliran ini tinggi energi hulu lebih kecil dari panjang mercu. Pola aliran di atas alat ukur ambang lebar dapat ditangani dengan teori hidrolika yang sudah ada sekarang, oleh karena itu bangunan ini bisa mempunyai bentuk yang berbeda-beda, sementara debitnya tetap serupa.Alasan 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.1. Bentuk ambang ini adalah bentuk yang paling sederhana sehingga proses pelaksanaan percobaan dapat dilakukan dengan lebih mudah.Pada percobaan ini akan diamati 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.1. Keadaan peralihan. Keadaan peralihan adalah tinggi muka air di hulu saluran mulai dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.1. Keadaan tenggelam. Keadaan tenggelam adalah tinggi muka air di hulu saluran dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.

AmbangLebarvHet

Gambar 1.1 Ambang LebarGambaran mengenai sifat aliran dapat diperoleh dari percobaan ini, berupa bentuk atau profil aliran melalui analisa model fisik dari sifat aliran yang diamati. Kondisi kenyataan di lapangan menunjukkan ambang ini berguna untuk meninggikan muka air di sungai atau pada saluran irigasi sehingga dapat mengairi areal persawahan yang luas. Ambang juga dapat digunakan mengukur debit air yang mengalir pada saluran terbuka.

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

0. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

Gambar 1.2 Model Saluran Terbuka untuk Percobaan Ambang LebarKeterangan:1. Ambang lebar1. Alat pengukur kedalaman1. Meteran1. Venturimeter dan pipa manometer1. Sekat pengatur hilir1. Penampung air1. Generator dan pompa air

0. TEORI DASAR DAN RUMUS3. 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 aliran debit aliran (Q) dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:Q= 171,808 3,14 (H)1/2 (cm3/s)(1.1)Dimana:D1= 3,15 cmD2= 2,00 cmg= 9,81 m/s2Air = 1,00 gram/cm3Hg = 13,60 gram/cm3

3. Koefisien Pengaliran (C)

He

y2y1

AmbangLebartt

Gambar 1.4 Profil Aliran Melalui Ambang Lebar

Kecepatan aliran yang lewat diatas pelimpah adalahv= (g y)1/2 = (g He)1/2 (1.2)He= y t (1.3)Dimana:g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2t = Tinggi ambang = 10,7 cma. 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:C= Q / (L He3/2)(1.6) Dimana:L= Lebar saluran = 9,7 cm

0. PROSEDUR PERCOBAANLangkah-langkah yang harus dilakukan di 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.

0. 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.

0. 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 di hulu belum dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir 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 power (pangkat).b. Mencoba semua trendline, memilih trendline yang mempunyai nilai R2 ~ 1. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power.4. He1 vs Ca. Grafik ini bertujuan untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Mendapatkan nilai Cd dengan cara merata-ratakan nilai C yang berdekatan. Nilai C yang menyimpang tidak digunakan. Sedangkan untuk mendapatkan nilai Hd dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu x ke arah sumbu y dari nilai Cd.b. Memberi trendline 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 C = Q / (L He3/2).b. Mencoba semua trendline, memilih trendline yang mempunyai nilai R2 ~ 1. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power.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.Bab 1 Aliran Melalui Ambang LebarLaporan Praktikum Hidrolika

Bab 1 Aliran Melalui Ambang LebarLaporan Praktikum Hidrolika

Kelompok 4Jurusan Teknik Sipil1

Universitas Gunadarma18Kelompok 4Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma0. DATA PERCOBAAN AMBANG LEBAR

Data Alat :Tinggi ambang(t)= 10,80 cmLebar ambang (b)= 9,80 cmPanjang ambang (L)= 25,80 cm

Data Pembacaan Manometer :SebelumSesudah

H1= 68,00 mmH2 = 77,00 mmKoreksi = 9,00 mmH1=68,00 mmH2=78,00 mmH=10,00 mm

Tabel 1.1 Data untuk Menggambar Profil Muka AirTitikLoncat ILoncat IIPeralihanTenggelam ITenggelam II

xyxYxyxyxy

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

10,003,000,003,000,003,100,003,200,003,90

212,001,9012,001,9012,001,9012,002,0012,003,80

328,0010,0028,0010,0028,0011,1028,0012,4028,0014,60

4129,001,60129,006,40129,0011,20129,0013,50129,0015,00

5217,201,60217,207,30217,2011,60217,2013,90217,2016,10

6290,002,00290,008,10290,0012,80290,0015,10290,0017,10

7332,003,70332,008,90332,0013,40332,0015,70332,0017,50

8367,804,70367,809,30367,8013,70367,8016,00367,8018,30

Tabel 1.2 Data untuk Membuat Grafik He1 vs He2 dan He1 vs Q DebitManometer (cm)QJenisy1y2He1He2

H1H2KoreksiHcm3/sAliran(cm)(cm)(cm)(cm)

Q16,807,800.900,10170,60L113,604,902,80-5,90

L213,609,602,80-1,20

P13,7014,102,903,30

T113,8016,403,005,60

T214,5018,403,707,60

Q26,707,700,900,10170,60L113,905,003,10-5,80

L213,909,503,10-1,30

P14,0014,103,203,30

T114,1016,603,305,80

T214,9018,304,107,50

Q36,707,800,900,20241,26L114,105,303,30-5,50

L214,109,903,30-0,90

P14,2014,403,403,60

T114,7016,903,906,10

T215,0018,704,207,90

Q46,207,800,900,70451,36L114,305,403,50-5,40

L214,309,803,50-1,00

P14,4014,603,603,80

T114,5017,003,706,20

T215,4018,804,608,00

Tabel 1.3 Data untuk Membuat Grafik He1 vs C, Q vs C, dan He1/Hd vs C/CdDebitManometer (cm)Qcm3/sy1(cm)He1(cm)C(cm0,5/s)CdHdHe1/HdC/Cd

H1H2KoreksiH

Q16,807,800,900,10170,6013,843,043,281,908,140,371,73

Q26,707,700,900,10170,6014,163,362,831,908,140,411,49

Q36,707,800,900,20241,2614,4213,040,521,908,141,600,28

Q46,207,800,900,70451,3614,5813,120,971,908,141,610,51

Contoh PerhitunganUntuk debit Q1, diketahui:H1= 68 mm= 6,80 cmH2= 78 mm= 7,80 cmKoreksi= 10 mm= 1,00 cm= 3,14b= 9,80 cm

Maka dapat dihitung:H= H2 H1 Koreksi= 78 68 9= 1 mm= 0,10 cm

Q1= 171,808 3,14 (H )1/2= 171,808 3,14 (0,10)1/2= 170,60 cm3/s

He1 (Q1)= y1 t= 13,84 10,80= 3,04 cm

C1=

== 3,28 cm0,5/s

Cd=

= = 1,90 cm0,5/s

Hd= 0,0056 (Cd2,6788)= 0,0056 (1,902,6788)= 0,03 cm

He1/Hd = = 97,17

C1/Cd= = 1,73

0. GRAFIK DAN ANALISA

Grafik 1.1 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 I dan Loncat IITinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan oleh tinggi muka air di hilir.b. Keadaan PeralihanTinggi muka air di hulu mulai di pengaruhi oleh tinggi muka air di hilir.c. Keadaan Tenggelam I dan Tenggelam IITinggi muka air di hulu semakin tinggi karena dipengaruhi semakin tingginya muka air di hilir.

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.a. Pada keadaan loncat, grafik terlihat mendatar. Hal ini menunjukan bahwa besar He1 cenderung tetap pada kondisi ini. Tinggi muka air di hulu (y1) tidak berubah, walaupun terjadi perubahan tinggi muka air di hilir (y2).b. Keadaan 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 (y2)c. Pada keadaan tenggelam grafik semakin naik. He1 naik seiring dengan kenaikan He2. Keadaan ini ditunjukan oleh bagian grafik yang merupakan garis miring. Pada kondisi ini muka air di hulu (y1) berubah secara linear terhadap perubahan tinggi muka air di hilir (y2).d. Besar debit yang berbeda memberikan tinggi muka air yang berbeda pula. Semakin besar debit semakin tinggi pula muka air di hulu (y1).

Grafik 1.3 He1 vs Q (Ambang Lebar)

Tujuan grafik ini adalah 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), dimana grafik tersebut akan menghasilkan R2 ~ 1. Pada data percobaan yang telah diolah dengan trendline power tidak memberikan hasil R2 = 1 melainkan R2 = 0,6904. Nilai He1 tidak semakin besar saat Q bertambah besar. Hal ini menunjukkan terdapat kesalahan pada saat pengambilan data percobaan, dimana kesalahan ini dapat disebabkan oleh berapa faktor seperti human error maupun kesalahan pada alat percobaan.

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, sehingga diperoleh nilai Cd = 1,90 cm0,5/s. 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 5,20 cm. Jika kita gunakan persamaan Hd = 0,0056 (Cd2,6788), maka akan didapatkan nilai Hd sebesar 0,03 cm.

Grafik 1.5 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 power yaitu y = 269,680,331 dan diperoleh nilai R2 = 0,4012. Hasil nilai R2 ini menunjukkan bahwa nilai C tidak relative konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda. Hal ini dikarenakan nilai C yang didapat dari perhitungan sebelumnya tidak selalu konstan.

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

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 kita plot kemudian diberi trendline berupa regresi power, maka maka akan dihasilkan nilai R2 ~ 1. Pada percobaan kali ini, setelah dibuat grafik dengan menggunakan regresi power maka diperoleh nilai R2 = 0,9156. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada percobaan ini hampir terbukti bahwa He1/Hd mendekati 1, dengan begitu C/Cd juga mendekati 1.

0. KESIMPULANBerdasarkan percobaan yang telah dilakukan, 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. Hubungan berbanding lurus antara tinggi muka air di atas ambang dengan debit air yang melimpah di atas ambang juga dapat diketahui.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). Dapat disimpulkan bahwa besar debit yang berbeda memberikan tinggi muka air yang berbeda pula. Semakin besar debit semakin tinggi pula muka air di hulu (y1).