05-lubang dan peluap

Cilcia Kusumastuti, ST, M.Eng.

Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik

Universitas Atma Jaya Yogyakarta2011

Lubang dan Peluap

Lubang:- bukaan pada dinding/dasar tangki,

dimana zat cair melaluinya

- digunakan untuk mengukur debit

- bentuk: segi empat, segi tiga, lingkaran

PENDAHULUAN

Peluap:- lubang besar, dimana sisi atas lubang

berada di atas permukaan air dalam tangki

- digunakan untuk mengukur debit- digunakan dalam jaringan irigasi

(untuk menaikkan elevasi muka air)

Lubang dan PeluapPENDAHULUAN

Bendung:- peluap yang besar dari bahan

beton/pasangan batu

Tinggi energi (head, H):- kedalaman zat cair di sebelah hulu,

diukur dari sumbu lubang

Lubang dan PeluapPENDAHULUAN

Aliran melalui lubang

Aliran melalui peluap

Lubang dan PeluapKOEFISIEN ALIRAN

Vena kontrakta: tampang dengan kontraksi

maksimum Kehilangan tenaga parameter aliran lubang <

aliran zat cair ideal koefisien kontraksi,

kecepatan, debit

Lubang dan PeluapKOEFISIEN ALIRAN

Koefisien Simbol & rumus

Perbandingan Penentu Nilai rata-rata

Kontraksi Luas tampang aliran pada vena kontrakta & luas lubang yang = tampang aliran zat cair ideal

Tinggi energi, bentuk & ukuran lubang

0.64

Kecepatan Kecepatan nyata aliran pada vena kontrakta & kecepatan teoritis

Bentuk sisi lubang (bulat/tajam), tinggi energi

0.97

Debit Cd=Cc.CvDebit nyata & debit teoritis

Nilai Cc & Cv 0.62

aa

C cc

VV

C cv

Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG KECIL

gHaCQ

gHCV

d

vc

2..

2

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 1 dan 2

1. Air mengalir melalui lubang dengan diameter 5 cm dan tinggi energi 10 m. Hitung debit nyata dan kecepatan nyata pada vena kontrakta jika Cd = 0,6 dan Cv = 0,9.

2. Suatu lubang berbentuk lingkaran dengan diameter 2,5 cm berada pada sisi tegak tangki. Tinggi muka air di atas pusat lubang adalah 1,00 m. Lintasan pancaran air melalui suatu titik yang terletak pada jarak horisontal 35 cm dan vertikal ke bawah sebesar 3,5 cm dari pusat vena kontrakta. Debit aliran yang diperoleh dengan mengukur air yang tertampung dalam tangki adalah 1,35 l/d. Tentukan koefisien kecepatan, koefisien debit, dan koefisien kontraksi lubang.

Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG TERENDAM

gHaCQ

HHgV

d 2..

)(2 212

Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG BESAR

})2

()2

{(2..3

2

)(2..3

2

2

23

20

123

20

2

23

123

2

g

VH

g

VHgbCQ

HHgbCQ

ghCV

d

d

v

h

Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG BESAR

gHHHbCQ d 2).(. 12

Lubang besar terendam

Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG BESAR

gHHHbCQ

HHgbCQ

QQQ

d

d

terendambebas

2).(.

)(2..3

2

22

23

123

1

)(2)(1

gHHHbCHHbCQ dd 2).(.).(.32

22

3

12

3

Lubang besar terendam sebagian

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 3 dan 4

3. Lubang besar berbentuk segiempat dengan lebar 1,0 m dan kedalaman 0,5 m mengalirkan air dari suatu tangki. Apabila elevasi muka air di dalam tangki adalah 5,0 m di atas sisi atas lubang, hitung debit aliran. Koefisien debit Cd = 0,6.

4. Lubang besar berbentuk segiempat dengan lebar 1,0 m dan tinggi 0,5 m. Elevasi muka air di sebelah hulu lubang adalah 3,0 m di atas sisi atas lubang. Aliran adalah terendam dengan elevasi muka air di sebelah hilir adalah 2,0 m di atas sisi atas lubang. Koefisien debit 0,62. Hitung debit aliran.

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 5

5. Hitung debit aliran melalui lubang dengan lebar 2,0 m dan tinggi 2,0 m. Elevasi muka air pada sisi hulu adalah 3 m di atas sisi atas lubang dan elevasi muka air hilir adalah 1 m di atas sisi bawah lubang. Koefisien debit adalah Cd = 0,62.

Lubang dan PeluapWAKTU PENGOSONGAN TANGKI

gaC

HHAt

ghaCQ

ghCV

d

d

v

2..

)(2

2..

2

21

221

1

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 6 dan 7

6. Kolam renang dengan panjang 20 m dan lebar 10 m mempunyai kedalaman air 1,5 m. Pengosongan kolam dilakukan dengan membuat lubang seluas 0,25 m2 yang terletak di dasar kolam. Koefisien debit Cd = 0,62. Hitung waktu yang diperlukan untuk mengosongkan kolam.

7. Tangki dengan luas tampang 5 m2 mempunyai lubang berbentuk lingkaran dengan diameter d = 10 cm. Sebelum terjadi pengaliran melalui lubang, elevasi muka air adalah 10 m di atas lubang. Hitung elevasi muka air setelah pengaliran selama 5 menit. Koefisien debit Cd = 0,62.

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 8

8. Turunkan bentuk persamaan waktu yang diperlukan untuk menurunkan/menaikkan permukaan zat cair di dalam tangki dengan tampang lintang seragam A. Luas lubang yang terletak pada dasar tangki adalah a. Selain mengeluarkan zat cair melalui lubang, tangki tersebut menerima masukan zat cair dengan debit aliran Q.

)()ln([2

212

12 HHk

HKQ

HKQQ

KA

t

Lubang dan PeluapALIRAN DARI TANGKI KE TANGKI

)(2).(.

22

1

22

1

121

21 HHgAAaC

AAt

d

gHaCQ d 2..H2

Lubang dan PeluapPELUAP

Peluap:- untuk mengukur debit aliran

Tinggi Peluapan:- tinggi lapis zat cair yang melimpas di

atas ambang peluap

Jenis Peluap (berdasar bentuk puncak):

- ambang tipis : t < 0,5H- ambang lebar : t > 0,66H- aliran tidak stabil : 0,5 H < t < 0,66 H

(bisa melalui ambang tipis atau lebar)

Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)

Peluap ambang tipis

Peluap ambang lebar

Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)

Peluap Tertekan (gb. a):- panjang peluap = lebar kolam/saluran- tidak mengalami kontraksi samping

Peluap Kontraksi Samping (gb. b):

- panjang peluap ≠ lebar kolam/saluran- mengalami kontraksi samping

Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)

Tipe peluap berdasar muka air hilir:

- peluap terjunan (sempurna): muka air hilir di bawah puncak peluap

- peluap terendam (tidak sempurna): muka air hilir di atas puncak peluap

Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)

Tipe peluap berdasar bentuk:- peluap segiempat (gb. a)- peluap segitiga (gb. b)- peluap trapesium (gb.c)

Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP SEGIEMPAT

23

2

2..32

2

HgbCQ

gHV

d

Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP SEGIEMPAT (lanj’)

])[(2..32

23

23

aad hhHgbCQ

V2

Peluap segiempat dg kecept awal

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 9 dan 10

9. Peluap segiempat dengan lebar 2,5 m mempunyai tinggi peluapan 40 cm. Hitung debit peluapan apabila koefesien debit Cd = 0,62.

10. Peluap dengan panjang 0,8 m dibangun pada saluran segiempat dengan debit aliran 1,0 m3/d. Apabila koefisien debit 0,62, berapakah tinggi peluapan?

Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP SEGITIGA

25

2215

8

2

HgtgCQ

ghV

d

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 11 dan 12

11. Peluap segitiga deng sudut = 90 digunakan untuk mengukur debit aliran. Apabila tinggi peluapan H = 25 cm dan Cd = 0,62, hitung debit aliran.

12. Selama percobaan di laboratorium, 50 liter air mengalir melalui peluap segitiga siku-siku selama satu menit. Apabila tinggi peluapan adalah 5 cm, hitung koefesien debit peluap.

Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP TRAPESIUM

25

223

1 22

15

82..

3

2HtggCHgbCQ dd

Cd1 = koefisien debit bagian segiempat, Cd2 = koefisien debit bagian segitiga/2 = sudut antara sisi peluap dengan garis vertikal

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 13

13. Peluap berbentuk trapesium dengan lebar bagian atas 1,2 m, lebar dasar 0,45 m, dan tinggi 0,3 m. Hitung debit aliran melalui peluap jika tinggi peluapan 0,225 m. Koefisien debit bagian segitiga dan segiempat adalah sama, yaitu Cd = 0.60.

Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP AMBANG LEBAR

23

32

2...384.0

2..

)(2

HgbCQ

hHhgbCQ

hHgV

dmaks

d

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 14 dan 15

14. Bendung ambang lebar dengan panjang 10 m mengalirkan air dengan debit maksimum 10 m3/d. Tentukan tinggi peluapan pada sisi hulu bendung apabila koefisien debit Cd = 0,62.

15. Tentukan debit maksimum melalui peluap ambang lebar sepanjang 60 m dengan tinggi peluapan sebesar 60 cm di atas ambang. Koefisien debit adalah 0,595. Tentukan juga debit aliran dg memperhitungkan kecepatan awal apabila luas tampang saluran di sebelah hulu peluap adalah 45 m2.

Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP TERENDAM

)(2..

)(2..32

2122

23

211

terendam) (peluapan2bebas) (peluapan1

HHgHbCQ

HHgbCQ

QQQ

d

d

)(2..)(2..32

2122

3

21 21HHgHbCHHgbCQ dd

Muka air di sebelah hilir peluap berada di atas puncak peluap peluapan tidak sempurna, peluap terendam

H1

Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 16 dan 17

16. Peluap terendam dengan panjang 2 m mempunyai tinggi air di sebelah hulu dan hilir peluap sebesar 15 cm dan 7,5 cm di atas puncak peluap. Hitung debit aliran melalui peluap jika koefisien debit untuk bagian yang bebas dan terendam adalah 0,58 dan 0,8.

17. Peluap ambang tajam/tipis dengan tinggi 0,8 m berada pada saluran segiempat dengan lebar 3,0 m. Kedalaman air di saluran adalah 1,25 m dan pada jarak 10 m di hilir peluap kedalaman air adalah 1,0 m. Tentukan debit aliran jika koefisien debit = 0,6.