bab 1 hidrolika

1

Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika

BAB 1

ALIRAN MELALUI AMBANG LEBAR

1.1 PENDAHULUAN

Sifat-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.

2. 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.

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.

Kelompok 4 Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma


Gambar 1.1 Ambang Lebar

Gambaran 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.

1.2 TUJUAN PERCOBAAN

Tujuan dari 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.

2Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil

Universitas Gunadarma

v

t

He

AmbangLebar


1.3 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

Gambar 1.2 Model Saluran Terbuka untuk Percobaan Ambang Lebar

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)

Berdasarkan 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 kontraksi.




Gambar 1.3 Venturimeter

Besarnya aliran debit aliran (Q) dapat diperoleh dengan menggunakan

rumus:

Q = 171,808 ∙ 3,14 ∙ (DH)1/2 (cm3/s) (1.1)

Dimana:

D1 = 3,15 cm

D2 = 2,00 cm

g = 9,81 m/s2

ρAir = 1,00 gram/cm3

ρHg = 13,60 gram/cm3

1.4.2 Koefisien Pengaliran (C)

Gambar 1.4 Profil Aliran Melalui Ambang Lebar

Kecepatan aliran yang lewat diatas pelimpah adalah

v = (g ∙ y)1/2 = (g ∙ He)1/2 (1.2)4

Kelompok 4 Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma

He

ty1

y2

tAmbang

Lebar


He= y – t (1.3)

Dimana:

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

t = Tinggi ambang = 10,7 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:

C = Q / (L ∙ He3/2) (1.6)

Dimana:

L = Lebar saluran = 9,7 cm

1.5 PROSEDUR PERCOBAAN

Langkah-langkah yang harus dilakukan di percobaan ini adalah sebagai

berikut:

1. Memasang ambang lebar pada posisi tertentu dalam model saluran

terbuka.

2. Mengalibrasikan alat pengukur kedalaman dan venturimeter. Mencatat

dimensi ambang.

3. Menyalakan pompa dengan debit air tertentu sesuai dengan yang

diinginkan tetapi tidak meluap.

4. 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.




5. Mencatat data tinggi muka air pada delapan titik pengamatan untuk

mengambil profil aliran untuk masing-masing keadaan, dan mencatat dari

venturimeter untuk menghitung debit.

6. Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk empat debit yang berbeda. Mencatat

kedalaman air di hulu (y1) dan kedalaman air di hilir (y2).

7. Mengosongkan sekat di hilir.

8. Mengatur debit aliran (mulai dari yang besar ke yang kecil).

9. Mencatat tinggi muka air sebelum ambang (y1) dan tinggi raksa pada

manometer.

10. Mengulangi langkah 8 dan 9 sampai mendapatkan debit minimum yang

masih dapat mengalir.

1.6 PROSEDUR PERHITUNGAN

1. 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 KETERANGANNYA

1. 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 He2

a. 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 Q

a. 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 C

a. 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 C

a. 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/Cd

a. 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 PERCOBAAN AMBANG LEBAR

Data Alat :

Tinggi ambang (t) = 10,80 cm

Lebar ambang (b) = 9,80 cm

Panjang ambang (L)= 25,80 cm

Data Pembacaan Manometer :

Sebelum Sesudah

H1 = 68,00 mm

H2 = 77,00 mm

Koreksi = 9,00 mm

H1 = 65,00 mm

H2 = 78,00 mm

ΔH = 13,00 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 0,0013,8

00,00

13,80

0,0013,9

00,00

14,00

0,00 14,70

2 12,0012,7

012,00

12,70

12,0012,7

012,00

12,80

12,00 14,60

3 28,001

0,0028,00

10,00

28,0011,1

028,00

12,40

28,00 14,60

4129,0

01,60

129,00

6,40129,0

011,20

129,00

13,50

129,00

15,00

5217,2

01,60

217,20

7,30217,2

011,6

0217,2

013,9

0217,2

016,10

6290,0

02,00

290,00

8,10290,0

012,8

0290,0

015,1

0290,0

017,10

7332,0

03,70

332,00

8,90332,0

013,4

0332,0

015,7

0332,0

017,50

8367,80

4,70367,80

9,30367,80

13,70

367,80

16,00

367,80

18,30




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

DebitManometer (cm) Q Jenis y1 y2 He1 He2

H1 H2 Koreksi ΔH cm3/s Aliran (cm) (cm) (cm) (cm)

Q1 6,50 7,80 0.90 0,40 341,20

L1 12,30 4,90 1,50 -5,90

L2 12,30 9,60 1,50 -1,20

P 12.50 14,10 1,70 3,30

T1 13,40 16,40 2,60 5,60

T2 14,50 18,40 3,70 7,60

Q2 6,40 7,90 0,90 0,60 417,88

L1 12,90 5,00 2,10 -5,80

L2 12,90 9,50 2,10 -1,30

P 13,10 14,10 2,30 3,30

T1 13,70 16,60 2,90 5,80

T2 14,60 18,30 3,80 7,50

Q3 6,20 7,80 0,90 0,70 451,36

L1 13,30 5,30 2,50 -5,50

L2 13,30 8,90 2,50 -1,90

P 13,50 14,40 2,70 3,60

T1 14,00 16,90 3,20 6,10

T2 14,90 18,70 4,10 7,90

Q4 6,20 7,90 0,90 0,80 482,52

L1 13,90 5,40 3,10 -5,40

L2 13,90 9,80 3,10 -1,00

P 14,10 14,60 3,30 3,80

T1 14,30 17,00 3,50 6,20

T2 15,20 18,80 4,40 8,00

Tabel 1.3 Data untuk Membuat Grafik He1 vs C, Q vs C, dan He1/Hd vs C/Cd




DebitManometer (cm) Q

cm3/s

y1

(cm)

He1

(cm)

C

(cm0,5/s)Cd Hd He1/Hd C/Cd

H1 H2 Koreksi ∆H

Q1 6,50 7,80 0,90 0,40 341,20 13,00 2,20 10,67 9,26 2,18 1,01 1,15

Q2 6,40 7,90 0,90 0,60 417,88 13,44 2,64 9,94 9,26 2,18 1,21 1,07

Q3 6,20 7,80 0,90 0,70 451,36 13,80 3,00 8,86 9,26 2,18 1,38 0,96

Q4 6,20 7,90 0,90 0,80 482,52 14,28 3,48 7,58 9,26 2,18 1,60 0,82

Contoh Perhitungan

Untuk debit Q1, diketahui:

H1 = 65 mm = 6,50 cm

H2 = 78 mm = 7,80 cm

Koreksi = 90 mm = 0,90 cm

π = 3,14

b = 9,80 cm

Maka dapat dihitung:

∆H = H2 ‒ H1 ‒ Koreksi

= 78 ‒ 65 ‒ 9

= 4 mm

= 0,40 cm

Q1 = 171,808 ∙ 3,14 ∙ (∆H )1/2

= 171,808 ∙ 3,14 ∙ (0,40)1/2

= 341,20 cm3/s

He1 (Q1) = y1 – t

= 13,00 – 10,80

= 2,20 cm




C1 =

Q1

b×He3

2

=

341,20

9,80×2,203

2

= 10,67 cm0,5/s

Cd =

∑ C

4

=

37,064

= 9,26 cm0,5/s

Hd = 0,0056 × (Cd2,6788)

= 0,0056 × (9,262,6788)

= 2,18 cm

He1/Hd =

2 ,202 ,18

= 1,01

C1/Cd =

10 , 679 ,26

= 1,15




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 I dan Loncat II

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

di hilir.

b. Keadaan Peralihan

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

c. Keadaan Tenggelam I dan Tenggelam II

Tinggi muka air di hulu semakin tinggi karena dipengaruhi semakin

tingginya muka air di hilir.




Gambar 1.6 Grafik He1 vs He2

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).




Gambar 1.7 Grafik He1 vs Q

Tujuan grafik ini adalah untuk menunjukan hubungan antara He1 dan Q.

Meningkatnya tinggi muka air di hulu (He1) akan diikuti dengan meningkatnya

debit aliran (Q) melalui pelimpah ambang lebar. Perubahan debit aliran pelimpah

ambang lebar juga diikuti dengan perubahan tinggi muka air di hulu. 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

= 0,9522.




Gambar 1.8 Grafik He1 vs C

Tujuan grafik ini adalah untuk menentukan nilai Cd dan Hd secara grafis.

Berdasarkan rumus :

C= Q

b×He3/2He1=

Q

(b×C )2/3

Nilai Cd diperoleh dengan cara merata-ratakan nilai C yang cenderung

konstan, sehingga diperoleh nilai Cd = 1,90 cm0,5/s. Nilai Hd dapat dicari dengan

rumus:

Hd=0 , 0056×Cd2, 6788=0 , 0056×9 , 262 ,6788=2 ,18

Berdasarkan grafik dapat diperoleh nilai Hd cara grafis dengan cara

menarik garis lurus sejajar sumbu x kearah sumbu y dari nilai Cd, maka akan

diperoleh nilai Hd sekitar 2,90 cm.

Perbedaan hasil perhitungan dengan cara grafis dikarenakan kurang

akuratnya data yang diperoleh dari percobaan. Diperlukan ketelitian dalam

pengambilan data, terutama pada pembacaan manometer dan perhitungan tinggi

muka air.




Gambar 1.9 Grafik Q vs C

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 dimana, diperoleh nilai R2 = 0,8166. Hasil nilai R2 ini

menunjukkan bahwa nilai C tidak relative konstan untuk setiap nilai Q yang

berbeda.




Gambar 1.10 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 dapat diartikan nilai He1/Hd

sebanding dengan nilai C/Cd. Berdasarkan hasil perhitungan nilai tersebut tidaklah

sebanding, oleh karenanya digunakan trendline linear untuk mengasumsikan

kesebandingan antara kedua nilai tersebut. Dari hasil trendline linear diperoleh

nilai R2 ~ 1. Nilai R2

= 0,9868 menunjukkan bahwa ketika He1/Hd ¿ 1, nilai C/Cd

juga menunjukkan ¿ 1.

1.10 KESIMPULAN

Berdasarkan 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.

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), hubungan ini berbanding lurus antara tinggi muka air di atas ambang

dengan debit air ambang.



bab 1 hidrolika

Documents