7 bab ii ambang lebarfix

BAB II

ALIRAN MELALUI AMBANG LEBAR

(BROAD CRESTER WEIR)

A. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Untuk menghitung debit saluran air dapat digunakan ambang lebar,

sedangkan aplikasinya dilapangan ambang lebar banyak digunakan pada

saluran irigasi yang fungsinya menentukan debit dari air yang mengalir pada

saluran tersebut.

2. Maksud dan Tujuan

a. Menghitung debit, kecepatan, koefisien debit, dan koefisien kecepatan.

b. Menentukan jenis aliran dari perhitungan angka froud

B. ALAT YANG DIGUNAKAN

a) Multi purpose teaching flume

b) Model ambang lebar/ broad crester weir

Model ini merupakan tiruan ambang lebar di saluran irigasi. Model ini

terbuat dari glass reinforced plastic yang berbentuk prisma segi empat

dengan punggung dibuat streamline. Konstruksi ini pada umumnya banyak

digunakan di lapangan untuk mengukur debit di saluran terbuka, karena

akan memberikan akurasi dan keandalan pengukuran, disamping juga

kemudahan dalam pembuatan konstruksi dan perawatannya.

c) Point gauge

d) Mistar/ pita ukur

e) Ember plastic

f) Stop wacth

g) Gelas ukur

14

15

Kelompok 13 Praktikum Mekanika Fluida dan Hidraulika2010

C. DASAR TEORI

Peluap disebut ambang lebar apabila B>0.4 hu, dengan B adalah lebar

peluap, dan hu adalah tinggi peluap.

Keterangan:

Q = debit aliran (m3/dt)

H = tinggi tekanan total hulu ambang = Yo+ v2

2. g

P = tinggi ambang (m)

Yo = kedalaman hulu ambang (m)

Yc = tinggi muka air di atas hulu ambang (m)

Yt = tinggi muka air setelah hulu ambang (m)

hu = tinggi muka air di atas hilir ambang = Yo – P (m)

Ambang lebar merupakan salah satu konstruksi pengukur debit. Debit

aliran yang terjadi pada ambang lebar dihitung dengan menggunakan

formula sebagai berikut:

…………… (2.1)

Keterangan:


h = tinggi total hulu ambang (m)

Cd = koefisien debit

b = lebar ambang (m)

Q = Cd *b* (h^3/2)

16


debit aliran juga dapat dihitung dengan:

Q=Cd∗Cv∗b∗hu

32………………. (2.2)

Keterangan:


hu = tinggi muka air hulu ambang (m)

Cd = koefisien debit

Cv = koefisien kecepatan

b = lebar ambang (m)

Dengan adanya ambang, akan terjadi efek pembendungan di sebelah

hulu ambang. Efek ini dapat dilihat dari naiknya permukaan air bila

dibandingkan dengan sebelum dipasang ambang. Dengan demikian, pada

penerapan di lapangan harus diantisipasi kemungkinan banjir di hulu

ambang.

Secara teori naiknya permukaan air ini merupakan gejala alam dari

aliran dimana untuk memperoleh aliran air yang stabil, maka air akan

mengalir dengan kondisi aliran subkritik, karena aliran jenis ini tidak akan

menimbulkan gerusan (erosi) pada permukaan saluran.

Pada saat melewati ambang biasanya aliran akan berperilaku sebagai

aliran kritik, selanjutnya aliran akan mencari posisi stabil. Pada kondisi

tertentu misalkan dengan adanya terjunan atau kemiringan saluran yang

cukup besar , setelah melewati ambang aliran dapat pula berlaku sebagai

aliran super kritik.

Pada penerapan di lapangan apabila kondisi super kritik ini terjadi

maka akan sangat membahayakan, dimana dasar tebing saluran akan

tergerus. Strategi penanganan tersebut diantaranya dengan membuat

peredam energy aliran, misalnya dengan memasang lantai beton atau batu-

batu cukup besar di hilir ambang.

17


Tingkat kekritikan aliran tersebut dapat ditentukan dengan mencari

bilangan Froud dengan persamaan:

F= v

√g . D …………(2.3)

Keterangan:

F = angka Froud (froud number)

D = kedalaman aliran (m)

Dimana jika:

F<1 disebut aliran subkritik.

F=1 disebut aliran kritik.

F>1 disebut aliran super kritik.

D. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Pasanglah ambang lebar pada model saluran terbuka.

2. Alirkan air kedalam model saluran terbuka.

3. Ukurlah debit aliran sampai 3 kali untuk 1 bukaan.

4. Catat harga h, Yo, Yc, Q, Yt.

5. Amati aliran yang terjadi.

6. Gambar profil aliran yang terjadi.

7. Ulangi percobaan untuk debit yang lain.

8. Menghitung harga Cd &Cv berdasarkan formula (3.1) dan (3.2)

9. Membuat grafik : Cd dan Q Cv dan Q

v dan Q

10. Titik-titik pada grafik tersebut dihubungkan dengan garis yang dibuat dari

suatu persamaan regresi.

11. Mencari bahasan dari hasil grafik, mengambil kesimpulan antara

hubungan variable tersebut.

12. Menentukan tingkat kekritikan aliran dengan menghitung angka froud

untuk setiap percobaan (sebelum, di atas & sesudah ambang).

18


Persamaan tambahan yang bisa dipakai:

Menghitung kecepatan aliran (v):

Dengan:

A= luas tampang basah (m2)

Q = debit (m3/dt)

E. ANALISA PENGHITUNGAN

1. Pada kondisi bukaan I

B= 0.0984 m

P= 0.1 m

Table III.1 kondisi bukaan I menggunakan ambang lebar

V (m3) t (dtk)Q

(m3/dtk)Y0 (m) Yc (m) Yt (m) Cd Cv

0.00094 1.03 0.000913 0.129 0.017 0.034 0.137112 9.6663870.00014 1.01 0.000139 0.129 0.017 0.034 0.137112 9.6663870.00096 1.09 0.000880 0.129 0.017 0.034 0.137112 9.666387

∑= 0.001923Sumber: hasil pengujian dan perhitungan

-Menghitung debit ( Q):

Rumus: Q = Vt

Q1 = 0.00094

1.03

= 0.000913 m3/dt

= 0.00014

1.01

19


= 0.000139 m3/dt

= 0.00096

1.09

= 0.000880 m3/dt

-Menghitung debit rata-rata (Q)

Rumus : Qrata = Q1+Q 2+Q3

3

Qrata =0.000913+0.000139+0.000880

3

=0.001923

3

= 0.000644 m3/dt

-Menghitung volume rata-rata (V ¿

Rumus: V = V 1+V 2+V 3

3

V = 0.00094+0.00014+0.00096

3

V = 0.00068m3

-Menghitung tampang awal (Ao)

Rumus: Ao = B.Yo

Ao = 0.0984 m x 0.129 m

= 0.0126936 m2

-Menghitung kecepatan

Rumus: v0 = QA0

= 0.000644

0.0126936

= 0.050734 m/dt

20


h = Y 0+v0

2∗9.81

= 0.129+ 0.0507342∗9.81

= 0.131585 m

h32 = 0.047732 m3/2

hu = Yo – P

¿0.029 m

hu

32 = 0.004938 m3/2

-Menghitung Cd

Rumus: Cd = Q

B∗h32

= 0.137112

-Menghitung Cv

Rumus: Cv = Q

B∗hu

32∗Cd

= 9.666387

v0 = 0.050734 m/dt

vc = Q

B∗Yc

= 0.384983 m/dt

Vt = Q

B∗Ytvt

21


= 0.192492 m/dt

-Perhitungan angka Froud:

F (Yo ) = v0

√gD

= 0.050734

√9.81∗0.129

= 0.045099

Jika F<1, maka aliran tersebut subkritik

F (Yc ) = vc

√gD

= 0.384983

√9.81∗0.017

= 0.942719

Jika F<1 , maka aliran tersebut subkritik

F (Yt ) = v t

√gD

= 0.192492

√9.81∗0.034

= 0.333302


22


2. Pada kondisi bukaan II

B= 0.0984 m

P= 0.1 m

Table III.2 kondisi bukaan II menggunakan ambang lebar

V (m3) t (dtk)Q


0.00189 1.10 0.00172 0.142 0.022 0.047 0.274761 7.6545610.00175 1.25 0.00140 0.142 0.022 0.047 0.274761 7.6545610.00148 1.00 0.00148 0.142 0.022 0.047 0.274761 7.654561


- Menghitung debit ( Q):

Rumus: Q = Vt

= 0.00189

1.10

= 0.00172 m3/dt

= 0.00175

1.25

= 0.00140 m3/dt

= 0.00148

1.00

= 0.00148 m3/dt



3

Qrata =0.00172+0.00140+0.00148

3

23


= 0.001533 m3/dt



3

V = 0.00189+0.00175+0.00148

3

= 0.001707m3


Rumus: Ao = B.Yo

Ao = 0.0984 m x 0.142 m

Ao = 0.013973 m2


Rumus: v0 = QA0

=0.0015330.013973

= 0.109711 m/dt

h = Y 0+v0

2∗9.81

= 0.142+ 0.1097112∗9.81

= 0.147592 m

h32 = 0.56701 m3/2

hu = Yo – P

= 0.038 m

24


hu

32 = 0.0074075 m3/2

-Menghitung Cd

Rumus: Cd = Q

B∗h32

= 0.274761

-Menghitung Cv

Rumus: Cv = Q

B∗hu

32∗Cd

= 7.654561

v0 = 0.109711 m/dt

vc =Q

B∗Yc

= 0.708148 m/dt

vt = Q

B∗Yt

= 0.331474 m/dt


F (Yo ) = v0

√gD

= 0.109711

√9.81∗0.142

25


= 0.092955


F (Yc ) = vc

√gD

= 0.708148

√9.81∗0.022

= 1.524327

Jika F>1 , maka aliran tersebut super kritik

F (Yt )=¿ v t

√gD

= 0.331474

√9.81∗0.047

= 0.488164

Jika F<1 , maka aliran tersebut sub kritik

3. Pada kondisi bukaan III

B= 0.0984 m

P= 0.1 m

Table III.3 kondisi bukaan III menggunakan ambang lebar

V (m3) t (dtk)Q


0.00321 1.04 0.003086 0.154 0.029 0.065 0.428629 5.1194330.00299 1.13 0.002646 0.154 0.029 0.065 0.428629 5.1194330.00286 1.09 0.002624 0.154 0.029 0.065 0.428629 5.119433


-Menghitung debit ( Q):

Rumus: Q = Vt

26


Q1 = 0.00321

1.04

= 0.003086 m3/dt

= 0.00299

1.13

= 0.002646 m3/dt

= 0.00286

1.09

= 0.002624 m3/dt



3

Qrata =0.003086+0.002646+0.002624

3

=0.008356

3

= 0.002785 m3/dt



3

V = 0.00321+0.00299+0.00286

3

V = 0.00302 m3


Rumus: Ao = B.Yo

Ao = 0.0984 m x 0.154 m

27


= 0.015154 m2


Rumus: v0 = QA0

= 0.000644

0.0126936

= 0.050734 m/dt

h = Y 0+v0

2∗9.81

= 0.154+ 0.1837792∗9.81

= 0.163367 m

h32 = 0.066031 m3/2

hu = Yo – P

¿0.055 m

hu

32 = 0.012899 m3/2

-Menghitung Cd

Rumus: Cd = Q

B∗h32

= 0.428629

-Menghitung Cv

Rumus: Cv = Q

B∗hu

32∗Cd

28


= 5.119433

v0 = 0.183779 m/dt

vc = Q

B∗Yc

= 0.975960 m/dt

Vt = Q

B∗Yt

= 0.435428 m/dt


F (Yo ) = v0

√gD

= 0.183779

√9.81∗0.129

= 0.149520


F (Yc ) = vc

√gD

= 0.975960

√9.81∗0.017

= 1.829778

Jika F<1 , maka aliran tersebut superkritik

F (Yt ) = v t

√gD

= 0.435428

√9.81∗0.034

= 0.545287

vt

29



-Gambar profil aliran ambang lebar:

Q

Gambar tampak samping aliran

30


F. GRAFIK

Bukaan Q v Cd CvI 0.00064

4 0.050734 0.13711

29.66638

7II 0.00153

3 0.109711 0.27476

17.65456

1III 0.00278

5 0.183779 0.42862

95.11943

3Sumber: pengujian dan perhitungan

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0.00050.001

0.00150.002

0.00250.003

0.000644000000000007

0.00153300000000001

0.00278500000000002f(x) = 0.0161262988122937 x − 0.000196353027454311

R² = 0.998964617554379

Hubungan antara v terhadap Q

Q (m3/dtk)Linear (Q (m3/dtk))de

bit (

m3 /

dtk)

kecepatan (m/dtk)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.00050.001

0.00150.002

0.00250.003

0.000644000000000007

0.001533

0.00278500000000002f(x) = 0.00107050000000001 x − 0.000487000000000004

R² = 0.990508889313375

Hubungan antara Cd terhadap Q


bit (

m3 /

dtk)

koefisien debit

31


4 5 6 7 8 9 100

0.00050.001

0.00150.002

0.00250.003

0.000644000000000007

0.001533

0.00278500000000002f(x) = − 0.00047184406834177 x + 0.00518345355539312

R² = 0.999025112077278

Hubungan antara Cv terhadap Q


bit (

m3 /

dtk)

koefisien kecepatan

G. PEMBAHASAN GRAFIK

Dari hasil grafik dapat disimpulkan:

a. Hubungan antara v dan Q adalah berbanding lurus karena semakin besar

nilai v maka nilai Q juga semakin besar. Nilai koefisien determinasi (R2)

adalah satu, artinya debit sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran.

b. Hubungan antara Cd dan Q adalah berbanding lurus karena semakin besar

nilai Cd maka nilai Q juga semakin besar. Nilai koefisien determinasi (R2)

mendekati satu, artinya debit sangat dipengaruhi oleh nilai koefisien debit.

c. Berdasarkan teori Cv dan Q berbanding terbalik karena semakin nilai Cv

maka nilai Q semakin kecil. Nilai koefisien determinasi (R2) mendekati satu,

artinya debit sangat dipengaruhi oleh koefisien kecepatan.

H. KESIMPULAN

Dari percobaan di atas dapat kita pahami konsep aliran dan

hubungan antara debit, kecepatan, koefisien debit, dan koefisien kecepatan.

Dari data perhitungan didapat nilai-nilai:

o Debit rata-rata (Qr) : 0.001654 m3/dt

o Kecepatan rata-rata (vr) : 0.114741 m3

o Koefisien debit rata-rata (Cd) : 0.028016

o Koefisien kecepatan (Cv) : 7.480127

Berdasarkan perhitungan kekritikan aliran (sebelum, di atas & sesudah

ambang), dapat disimpulkan :

32


1. Pada aliran sebelum ambang nilai angka froud rata-rata adalah 0,2875 .

Artinya aliran sebelum ambang sifatnya subkritik.

2. Pada aliran diatas ambang nilai angka froud rata-rata adalah 1.4323 .

Artinya aliran sebelum ambang sifatnya super kritik.

3. Pada aliran setelah ambang nilai angka froud rata-rata adalah 0,4556 .

Artinya aliran sebelum ambang sifatnya subkritik.

7 bab ii ambang lebarfix

Documents