bab 1 fix bgt

Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika

BAB 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 sangat berguna dalam pendistribusian air maupun

pengaturan sungai.

Dalam percobaan kali ini akan dilakukan peninjauan aliran dalam ambang

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

lebar.

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.

Gambar 1.1 Ambang Lebar

1Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil

Universitas Gunadarma


Dalam percobaan ini akan dilakukan pengamatan 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.

Dari percobaan ini dapat diperoleh gambaran mengenai sifat aliran, berupa

bentuk atau profil aliran melalui analisis model fisik dari sifat aliran yang diamati.

Dalam kondisi kenyataan di lapangan, ambang ini berguna untuk meninggikan

muka air di sungai atau pada saluran irigasi sehingga dapat mengairi areal

persawahan yang luas. Selain itu, ambang juga dapat digunakan mengukur debit

air yang mengalir pada saluran terbuka.

1.2 TUJUAN PERCOBAAN

Tujuan 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.




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 debit aliran (Q) dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:

(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

Penurunan rumus (cm3/detik)




1.4.2 Koefisien Pengaliran (C)

Gambar 1.4 Profil Aliran Melalui Ambang Lebar Tajam

Kecepatan aliran yang lewat diatas pelimpah adalah

v = ( g . y )12=( g . He)

12

(1.2)

He = y−t (1.3)

Dimana:

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

t = Tinggi ambang = 10,6 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:

(1.6)

Dimana:

L = Lebar saluran = 9,7 cm

1.5 PROSEDUR PERCOBAAN

Langkah-langkah yang harus dilakukan pada 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 dihulu

belum dipengaruhi oleh tinggi muka air dihilir 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 linear.

4. He1 vs C




a. Grafik ini bertujuan untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Mendapatkan

nilai Cd dengan cara merata-ratakan nilai C. Sedangkan untuk

mendapatkan nilai Hd dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu x

kearah sumbu y dari nilai Cd.

b. Idealnya, trendline yang sesuai adalah 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. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi linear.

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 DAN PERHITUNGAN

1.8.1 Data Grafik Ambang Lebar

Data Alat

Tinggi ambang (t) = 10,70 cm

Lebar ambang (b) = 9,70 cm

Panjang ambang (L) = 25,90 cm

Tabel 1.1 Data Pembacaan Manometer

Sebelum Sesudah

H1 7.10 H1 6.00

H2 7.40 H2 8.50

Koreksi 0.30 ΔH 2.20




Tabel 1.2 Data Profil Muka Air

Titik

Loncat I Loncat II Peralihan Tenggelam I Tenggelam IIx

(cm)y

(cm)x

(cm)y

(cm)x

(cm)y

(cm)x

(cm)y

(cm)x

(cm)y

(cm)

1 25.0014.8

025.00

14.70

25.0014.5

025.00

15.00

25.0016.5

0

2 62.0012.5

075.00

12.50

75.0012.8

075.00

14.50

75.0016.7

0

3 87.50 1.00 87.00 2.50100.0

011.5

0125.0

014.9

0125.0

016.8

0

4125.0

02.00

125.00

3.50125.0

012.4

0150.0

015.5

0175.0

017.1

0

5225.0

03.50

175.00

5.00175.0

013.0

0175.0

015.4

0200.0

018.1

0

6275.0

05.50

250.00

6.00250.0

013.9

0225.0

016.3

0225.0

017.8

0

7300.0

05.50

300.00

6.60300.0

014.5

0300.0

017.0

0300.0

018.8

0

8375.0

06.60

375.00

8.80375.0

015.6

0375.0

017.9

0375.0

019.3

0

Tabel 1.3 Data Grafik He1 vs He2 dan He1 vs Q

Debit

ManometerQ

(cm3/s)Jenis

Alirany1 y2 He1 He2

H1

(cm)

H2

(cm)

Koreksi

ΔH(cm

)

Q1 5.80 8.70 0.30 2.60 869.88

L114.5

07.30 3.80 -3.40

L214.6

09.20 3.90 -1.50

P14.5

014.1

03.80 3.40

T114.8

017.8

04.10 7.10

T216.8

020.0

06.10 9.30




Q2 5.90 8.70 0.30 2.50 852.99

L114.5

06.80 3.80 -3.90

L214.6

09.40 3.90 -1.30

P14.5

015.3

03.80 4.60

T115.2

017.9

04.50 7.20

T216.5

019.4

05.80 8.70

Q3 6.00 8.60 0.30 2.30 818.16

L114.4

07.20 3.70 -3.50

L214.5

09.90 3.80 -0.80

P14.5

014.9

03.80 4.20

T115.2

018.3

04.50 7.60

T216.9

023.0

06.20

12.30

Q4 6.20 8.40 0.30 1.90 743.62

L114.2

05.60 3.50 -5.10

L214.3

07.90 3.60 -2.80

P14.2

015.3

03.50 4.60

T114.2

016.2

03.50 5.50

T215.0

018.0

04.30 7.30

Tabel 1.4 Data Grafik He1 vs C, Q vs C, dan He1/Hd vs C/Cd

Debit

ManometerQ

(cm3/s)

y1

(cm)

He1

(cm)

C(cm0,5/

s)

Cd

(cm0,5/s)

HdH

e1/Hd

C/Cd

H1

(cm)

H2

(cm)

Koreksi

ΔH(cm

)

Q1 5.80 8.70 0.30 2.60869.8

815.0

44.34 9.92 9.89

2.60

1.67 1.00

Q2 5.90 8.70 0.30 2.50852.9

915.0

64.36 9.66 9.89

2.60

1.68 0.98

Q3 6.00 8.60 0.30 2.30818.1

615.1

04.40 9.14 9.89

2.60

1.69 0.92

Q4 6.20 8.40 0.30 1.90743.6

214.3

83.68 10.86 9.89

2.60

1.42 1.10




1.8.2 Contoh Perhitungan

Diketahui:

H1 = 60 mm = 6,0 cm

H2 = 85 mm = 8,5 cm

Koreksi = 3 mm = 0,3 cm

π = 3,14

b = 9,7 cm

Maka dapat dihitung:

∆H = H2 – H1 – Koreksi

= 8,5 – 6,0 – 0,3

= 2,20 cm

Q1 = 171,808 . 3,14 . (∆H)1/2

= 171,808 . 3,14 . (2,60)1/2

= 869,88 cm3/s

He1(Q1) = y1 – t

= 14,50 – 10,70

= 3,80 cm

C1 =

Q

(b . He3

2 )

=

869 , 088

9 ,70×3 , 803

2

= 9,10 cm0,5/s

Cd =

ΣC4




=

39 , 584

= 9,89 cm0,5/s

Hd = 0,056 × (Cd2,6788)

= 0,056 × (9,892,6788)

= 2,60 cm

He1/Hd =

4 ,342 ,60

= 1,67

C1/Cd =

9 ,929 ,89

= 1,00




1.9 GRAFIK DAN ANALISA

0.00 100.00 200.00 300.00 400.000.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Profil Muka Air

Loncat 1Loncat 2PeralihanTenggelam 1Tenggelam 2

x (cm)

y (c

m)

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 1 dan Loncat 2

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

sehingga membuat ketinggian muka air disekitar ambang mulai tidak stabil.

c. Keadaan Tenggelam 2 dan Tenggelam 3

Tinggi muka air di hulu semakin tinggi dan stabil karena dipengaruhi semakin

tingginya muka air di hilir.




-8.00 -3.00 2.00 7.00 12.00 17.003.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

He1 vs He2(Ambang Lebar)

He1 Vs He2 (Q1)He1 vs He2 (Q2)He1 vs He2 (Q3)He1 vs He2 (Q4)

He2 (cm)

He1

(cm

)

Gambar 1.6 Grafik 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 naik lalu mendatar. Hal ini menunjukan bahwa

besar He1 cenderung stabil pada kondisi ini walaupun terjadi kenaikan He1

saat keadaan loncat 1 ke loncat 2. Ketinggian muka air dihulu cenderung tetap

(y1) sedangkan ketinggian muka air dihilir berubah ubah (y2).

b. Pada keadaan Peralihan, grafik mulai melengkung naik kearah vertikal. Hal

ini menunjukan bahwa besar He1 mulai berubah akibat kenaikan tinggi air di

hulu (y1).

c. Pada Keadaan Tenggelam, grafik mulai konsisten naik seiring dengan

kenaikan He1 dan He2. Pada keadaan ini kenaikan tinggi muka air di hulu (y1)

berubah secara linier terhadap tinggi muka air di hilir (y2).

d. Besar debit yang berbeda berpengaruh pada ketinggian muka air dimana

semakin rendah debitnya semakin rendah pula ketinggian muka air dihulu

(y1).




700.00 750.00 800.00 850.00 900.003.00

3.20

3.40

3.60

3.80

4.00

4.20

4.40

4.60

f(x) = 0.00548808439915079 x − 0.311601413827309R² = 0.797120660127533

He1 Vs Q(Ambang Lebar)

He 1 Vs Q

Linier (He 1 vs Q)

Q (Cm3/s)

He1

(C

m)

Gambar 1.7 Grafik He1 vs Q (Ambang Lebar)

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

Idealnya, nilai He1 akan semakin besar juga Q yang dialirkannya juga makin besar.

Hubungan tersebut ditunjukan dengan pesamaan hasil regresi linear. Nilai R2 yang

didapat dari grafik diatas adalah 0,7971 dengan persamaan y = 0,0055x - 0,3116.




Gambar 1.8 Grafik He1 vs C (Ambang Lebar)

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

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

menyimpang tidak digunakan. Dengan menggunakan cara tersebut, maka di

dapatkan Cd = 9,89 cm0,5/s. Sedangkan nilai Hd didapatkan denga cara menarik garis

lurus sejajar sumbu x kearah sumbu y dari nilai Cd. Jika digunakan cara grafis

seperti yang ditunjukan oleh cara tersebut, maka akan di dapat nilai Hd sekitar 4,18

cm. Namun, jika menggunakan persamaan Hd= 0,0056 ×(Cd2,6788), maka akan

didapatkan nilai Hd = sebesar 2,60 cm.




Gambar 1.9 Grafik 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 linear yaitu y = -0,0084x +16,777 dimana y = Q dan x = C

dengan nilai R2 = 0,4242.




0.900 0.950 1.000 1.050 1.100 1.1500.750

0.800

0.850

0.900

0.950

1.000

1.050

1.100f(x) = 0.995473211541792 xR² = 0.982844434451416

C/Cd vs He1/Hd (Ambang Lebar)

C/Cd vs He1/Hd

Linier Intercept 0.0 (C/Cd vs He1/Hd)

C/Cd

He1

/Hd

Gambar 2.0 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 akan terpenuhi jika dari hasil

perhitungan tersebut diplotkan dan kemudian diberi trendline regresi berupa

polynomial orde 2, maka persamaan yang dihasilkan adalah y = x. Pada percobaan

kali ini, setelah dibuat grafik dengan menggunakan regresi linear dengan set

intercept 0,0 maka persamaan yang didapat adalah y =0,9955x. Sehingga dapat

disimpulkan bahwa pada percobaan ini terbukti jika He1/Hd bernilai 1, maka C/Cd

juga bernilai 1.




1.10 KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan 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.

Dari percobaan ini juga dapat diketahui tinggi muka air di atas ambang

berbanding lurus dengan debit air yang melimpah di atas ambang. 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). Dari percobaan

ini juga dapat menyimpulkan bahwa besar debit yang berbeda memberikan tinggi

muka air yang berbeda pula. Semakin rendah debit, maka semakin rendah pula

tinggi muka air di hulu (y1).



bab 1 fix bgt

Documents