buku panduan pratikum hidrolika … · web view · 2017-06-16dengan bakal teori di bangku...

BUKU PANDUAN PRATIKUM HIDROLIKA

DAFTAR ISI

PENDAHULUAN …………………………………………………………………

EKSPERIMEN 1 : Karakteristik Pengaliran Di Atas Rectangular Notch ……... 3

EKSPERIMEN 2 : Karakteristik Pengaliran Di Atas Vee Notch ………………. 9

EKSPERIMEN 3 : Karakteristik Pengaliran Di Atas Broad Crested Weir .. …... 13

EKSPERIMEN 4 : Debit Di Bawah Sluice Gate …………………………….... 18

EKSPERIMEN 5 : Kedalaman Krtsi – Spesific Energy ………………………. 23

EKSPERIMEN 6 : Hydraulic Jump …………………………........................... 28

EKSPERIMEN 7 : Karakteristik Pengaliran Di Atas Gravel Bed ……………... 32

EKSPERIMEN 8 : Pusat Tekanan Pada Bidang Rata Yang Terbenam Sebagian . 36

EKSPERIMEN 9 : Pusat Tekanan Pada Bidang Rata Yang Terbenam Di Dalam

Air ………………………………………………………. 41

1


PENDAHULUAN

Kegiatan pratikum Hidrolika ini bagi mahasiswa teknik sipil sangat besar

mamfaatnya, terutama jika dilihat dari ditujuan pratikum itu sendiri. Dengan bakal

teori di bangku kuliah, mahasiswa diberi kesempatan untuk mengembangkan

wawasan ilmu pengetahuan teknologi dan penerapanya serta dapat berhubungan

langsung dengan penggunaan perangkat laboratorium.

Dalam pelaksanaan pratikum Hidrolika di Laboratorium Hidrolika

Universitas Sumatera Utara, beberapa hokumfluida sederhana serta fenomena-

fenomena fluida yang dapat member tambahan wawasan ilmu akademis

Percobaan-percbaan yang dilakukan tersebut antara lain untuk mngetahui

daya hela fluida dengan berbagai bentuk benda yang bergera didalam fluida,

menentukan adanya beberapa. Menentukan koesisien pengaturan akibat

penyempitan kekerasa dasar saluran.

2


EKSPERIMEN 1

KARAKTERISTIK PENGALIRAN

DI ATAS “RECTANGULAR NOTCH”

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menyelidiki hubungan antara ketinggian muka air di atas tepi ambang dan

debit pengaliran yang melalui rectangular notch.

Menentukan koefisien debit pengaliran yang melalui rectangular notch.

2. PERALATAN

a. Hydraulic Bench

b. Hook and Point Gauge

c. Rectangular Notch

d. Stopwatch

e. JangkaSorong

3. TEORI

3


a. Dasar Teori

Besarnya aliran dalam suatu aliran dapat dihitung dengan berbagai cara. Untuk

pada sungai-sungai kecil dan alur-alur buatan dapat dengan mudah diukur dengan

penggunaan bending atau juga tabung jenis venture.

Pengukuran ini dapat dilakukan dengan menggunakan model di laboratorium.

Yang hasil pengukuran tersebut menunjukkan hubungan antara tinggi energi dan

debit.

Untuk mendapatkan hasil yang teliti perlu diperhatikan hal-hal seperti

permukaan bending bahagian hulu yang harus vertical dan tegak lurus terhadap

alurnya, ketinggian H yang harus di ukur cukup jauh dari hulu bendung. Ini

menghindari pengaruh kelengkungan permukaan air di dekat bendung tersebut.

Rumus baku untuk aliran di atas bendung empat persegi panjanga dalah

sebagai berikut :

Q=C d23

B√2 g . H32

Dimana : Q = debit pengaliran

Cd = koefisien debit

B = lebar “Notch”

H = tinggi air di atas bahagian bawah “Notch”

g = percepatan gravitasi

4


b. Teori Tambahan

Rectangular Notch adalah salah satu jenis aliran terbuka. Aliran pada saluran

terbuka merupakan perturunan Fluida dengan kecepatan (Density) yang berbeda.

Biasanya pada saluran terbuka, dan Fluida itu adalah udara dan air dimana

kecepadan udara yang lebih kecil dari pada keceparan air.

Aliran pada saluran terbuka hamper seluruh saluran dialiranya bersifat terbuka.

Hanya pada batas-batasnya (dasar saluran atau tebing saluran level baik) ada bagian

kecil yang bersifat berbeda. Dikarenakan adanya tekanan pad apermukaan air debit

adanya perbedaan pada gesekan pada dinding saluran dasar saluran maupun tebing

saluran, maka kecepatan alliran pada suatu potongan melintang saluran tidak

seragam, ketidak seragaman ini juga dipengaruhi oleh bentuk melintang saluran

kekesatan saluran dan lokasi saluran.

Kecepatan maksimum umumnya terhjadi pada jarak 0.05-0.25 ditentukan

kedalam air yang dihitung dan permukaan namun pada aliran yang sangat lebar

dengan kedalaman dangkal (shallow), kecepatan maka terjadi pada permukaan air.

Maka saluran kecepatan maksimumnya semakin dalam.

5


4. APLIKASI

Weir adalah sebuah obstruksi yang dilalui cairan di dalam sebuah aliran

terbuka. Aplikasinya banyak dipakai pada sistem pengolahan limbah, irigasi dan

saluran pembuangan limbah. Pengukuran dapat dilakukan dengan mengukur

kecepatan aliran dengan satuan yang umum yaitu gallon per menit (gpm) menjadi

gallon per hari. Laju alir sebagai fungsi dari ketinggian head di atas cekung weir

dan lebar bukaan (notch).

Secara umum ada tiga bentuk weir notch yaitu segiempat (rectangular), segitiga

( V-notch) dan trapesium (cipoletti). Weir segiempat merupakan salah satu bentuk

weir yang sudah lama digunakan karena bentuknya sederhana, konstruksinya

mudah dan akurat. Weir segitiga mempunyai jangkauan kapasitas yang lebih besar

dan praktis dibandingkan dengan bentuk weir lainya. Weir trapesium merupakan

benutuk weir yang cukup banyak digunakan. Aliran fluida proposional dengan

lebar dibawah cekungan weir trapesium

Weir hanya dapat digunakan apabila liquida mengalir dalam channel terbuka,

tidak dapat digunakan untuk liquida dalam pipa. Perhitungan pada aliran terbuka

lebih rumit dari pada aliran dalam pipa dikarenakan:

Bentuk penampang yang tidak teratur (terutama sungai)

Sulit menentukan kekasaran (sungai berbatu sedangkan pipa tembaga licin)

Kesulitan pengumpula data di lapangan

6


5. PROSEDUR

a. Menyiapkan peralatan seperti terlihat pada gambar di atas.

b. Mengalirkan air ke dalam saluran sampai air mengalir di atas pelat peluap.

c. Tutup Control Valve danbiarkan air menjadistabil.

d. Mengatur Vernier Height Gauge ke suatu batas bacaan dengan menggunakan

puncak Hook.

e. Mengalirkan air kedalam saluran dan mengatur Flow Control Valve untuk

mendapatkan tinggi “H” yang diinginkan, diawali dengan 10 mm dan

dinaikkan secara bertahap setiap 5 mm.

f. Setelah ujung Hook tepat berada pada permukaan air yang diinginkan dan

aliran telah stabil, mengukur debit air yang mengalir dengan membaca volume

pada volumetric tank dan waktu dengan menggunakan stopwatch.

g. Hasil pembacaan dan pengukuran tersebut di isikan pada lembar data.

h. Mengisil embar data dari hasil pembacaan dan pengukuran tersebut.

6. HASIL DAN PERHITUNGAN

Ukur dan catat lebar notch

Tabulasikan Volume: Waktu dan Tinggi “H”

Hitung dan tabulasi: Q; H2/3; Q2/3; Cd; Log Q; Log H.

Plot hubungan antara: Q2/3 terhadap H

Log Q terhadap Log H

Cd terhadap H

7


7. GRAFIK

Disajikan :

- Grafik hubungan antara Q2/3 dengan H

- Grafik hubungan antara Cd dengan H

- Grafik hubungan antara Log Q dengan Log H

8. KESIMPULAN

- Apakah harga Cd pada percobaan “Rectangular Notch” constan

- Estimasi harga rata-rata Cd untuk percobaan rectangular notch

- Dapatkan hubungan antara Q dan H diuraikan dengan rumus Q = k.H11

- Jika Cd bervariasi, usulkanlah hubungan fungsional antara Cd dan H/B

8


EKSPERIMEN 2

KAREKTERISTIK PENGALIRAN

DI ATAS “VEE NOTCH”

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menyelidiki hubungan antara ketinggian muka air di atas tepi ambang dan

debit pengaliran yang melalui vee notch.

Menentukan koefisien debit pengaliran yang melalui vee notch.

2. PERALATAN

a. Hydraulic Bench


c. Vee Notch

d. Stopwatch

e. JangkaSorong

3. DASAR TEORI

9


Bila debit aliran pada saluran relative kecil, penyelidikan dengan

menggunakan bendung segitiga, atau yang bertaktik V adalah sangat efisien,

sebab hasil yang diberikan akan lebih teliti dari pada memakai bendung

berpenampang segi empat.

Pengukuran ini dapat dilakukan dengan menggunakan model di

laboratorium, yang hasil pengukuran tersebut menunjukkan hubungan antara

tinggi energy dan debit.

Persamaan Bernauli berlaku :

H +V 1

2

2 g=( H 1−h )+

V 22

2 g

Maka :

V 2=√2. g .(h−V 1

2

2g )Dengan penampang segitiga (dimana V 1

2

2g sangat kecil, sehingga dapat

diabaikan), maka :

Q= 415

.√2 g . H32

Jika lebar saluran adalah B = 2H.tg θ/2, maka :

Q=B . g

¿ 415

.√2 g . H32 xH .2tg θ

2

¿ 815

. Cd .√2 g .tgθ . H52

Dimana : Q = debit pengaliran (cm3/det)

Cd = koefisien debit

B = lebar “Notch” (cm)

H = tinggi air di atasbahadianbawah “Notch” (cm)

g = percepatangravitasi (cm/s2)

θ = sudutvee (o)

10


4. APLIKASI

Weir adalah sebuah obstruksi yang dilalui cairan di dalam sebuah

aliran terbuka. Aplikasinya banyak dipakai pada sistem pengolahan limbah,

irigasi dan saluran pembuangan limbah. Pengukuran dapat dilakukan

dengan mengukur kecepatan aliran dengan satuan yang umum yaitu gallon

per menit (gpm) menjadi gallon per hari. Laju alir sebagai fungsi dari

ketinggian head di atas cekung weir dan lebar bukaan (notch).

Secara umum ada tiga bentuk weir notch yaitu segiempat

(rectangular), segitiga ( V-notch) dan trapesium (cipoletti). Weir segiempat

merupakan salah satu bentuk weir yang sudah lama digunakan karena

bentuknya sederhana, konstruksinya mudah dan akurat. Weir segitiga

mempunyai jangkauan kapasitas yang lebih besar dan praktis dibandingkan

dengan bentuk weir lainya. Weir trapesium merupakan benutuk weir yang

cukup banyak digunakan. Aliran fluida proposional dengan lebar dibawah

cekungan weir trapesium.

Weir hanya dapat digunakan apabila liquida mengalir dalam channel

terbuka, tidak dapat digunakan untuk liquida dalam pipa. Perhitungan pada

aliran terbuka lebih rumit dari pada aliran dalam pipa dikarenakan:

Bentuk penampang yang tidak teratur (terutama sungai)

Sulit menentukan kekasaran (sungai berbatu sedangkan pipa

tembaga licin)

Kesulitan pengumpulan data di lapangan

5. PROSEDUR

a. Menyiapkan peralatan seperti terlihat pada gambar di atas.

b. Mengalirkan air kedalam saluran sampai air mengalir di atas pelat peluap.

c. Menutup Control Valve dan membiarkan air menjadi stabil.

d. Mengatur Vernier Height Gauge kesuatu batas bacaan dengan menggunakan

pencak Hook.

11


e. Mengalirkan air kedalam saluran dan mengatur Flow Control Valve untuk

mendapatkan tinggi “H” yang diinginkan, diawali dengan 1 cm dan

menaikkan secara bertahap setiap 0,3 cm.

f. Mengukur debit air yang mengalir dengan membaca volume pada

volumetric tank dan waktu dengan menggunakan stop watch setelah ujung

Hook tepat berada pada permukaan air yang diinginkan dan aliran telahs

tabil.

g. Mengisikan hasil pembacaaan dan pengukuran tersebut pada lemabar data.


Ukur sudut notch

Tabulasikan Volume: Waktu dan Tinggi “H”

Hitung dan tabulasi: Q; Q2/5;

Plot hubungan antara: Q2/5 terhadap H dan tentukan harga Cd dari

kemiringan grafik 45º

7. GRAFIK

Disajikan :

- Grafik hubungan antara Q2/3 dengan H



8. KESIMPULAN

- Apakah harga Cd pada percobaan “Vee Notch” constant.

- Apakah keuntungan dan kerugian memplot Q2/5 terhadap H dari pada

memplot Q terhadap H.

12


EKSPERIMEN 3


DI ATAS “BROAD CRESTED WEIR”

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan besarnya koefisien debit pada suatu pengaliran di dalam

laboratorium dengan pengaliran di atas broad crested weir.

2. PERALATAN

Multi Purpose Teaching Flume

Hook and Point Gauge

Perangkat Pitot Tube

Broad Crested Weir

Jangka Sorong

3. DASAR TEORI

13


Untuk pengaliran diatas broad crested weir berlaku persamaan bernauli,

yaitu : H = Hc +

V 2

2g

atau V = √2 g (H −Hc )

dimana :

H = tinggi muka air hulu diatas weir

Hc=dc = kedalaman air kritis

V = kecepatan aliran pada Hc


Apabila lebar weir adalah B dan koefisien debit adalah Cd, maka

debit yang mengalir melalui broad crested weir adalah :

Q = Cd .B .Hc . V

Q = Cd .B .Hc√2 g (H . Hc)

Q = Cd.B√2 g (H . Hc2− Hc3 )

Dengan pengaliran dihilir weir jatuh bebas, maka kedalaman diatas

weir adalah kedalamam yang memberikan debit maksimum sehingga harga

(H.Hc2−Hc3 )juga maksimum. Maka diperoleh :

d ( H . Hc2−Hc3 )d . Hc = 0

2.Hc - Hc2

= 0

Hc = 2/3 H

Jadi ;

14


Q = Cd.B√2g (H . Hc2−Hc3 )

Q = Cd.B√2g {H ( 23

H )2−( 23

H )3}

Q = Cd.B√2 g (4

27H3 )

Q = Cd.B.1,705.H32

Maka debit yang melalui broad crester adalah :

Q = 1,705.Cd.B.H32

4. APLIKASI

Debit air sungai adalah tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh

alat ukur pemukaan air sungai. Pengukurannya dilakukan tiap hari, atau dengan

pengertian yang lain debit atau aliran sungai adalah laju aliran air (dalam bentuk

volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan

waktu. Dalam sistem satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam

satuanmeterkubikperdetik(m3/dt).Sungai dari satu atau beberapa aliran sumber

air yang berada di ketinggian,umpamanya disebuah puncak bukit atau gunung

yg tinggi, dimana air hujan sangat banyak jatuh di daerah itu, kemudian

terkumpul dibagian yang cekung, lama kelamaan dikarenakan sudah terlalu

penuh, akhirnya mengalir keluar melalui bagian bibir cekungan yang paling

mudah tergerus air.

Selanjutnya air itu akan mengalir di atas permukaan tanah yang paling

rendah, mungkin mula mula merata, namun karena ada bagian- bagian

dipermukaan tanah yg tidak begitu keras, maka mudahlah terkikis, sehingga

menjadi alur alur yang tercipta makin hari makin panjang, seiring dengan makin

deras dan makin seringnya air mengalir di alur itu.

15


Semakin panjang dan semakin dalam, alur itu akan berbelok, atau

bercabang, apabila air yang mengalir disitu terhalang oleh batu sebesar alur itu,

atau batu yang banyak, demikian juga dgn sungai di bawah permukaan tanah,

terjadi dari air yang mengalir dari atas, kemudian menemukan bagian-bagan

yang dapat di tembus ke bawah permukaan tanah dan mengalir ke arah dataran

rendah yg rendah.lama kelamaan sungai itu akan semakin lebar

5. PROSEDUR

a) Memastikanbahwa flume horizontal.

b) Menempatkan Sharp Broad Crested Weir danalirkan air

sampaimengalir di atas weir tersebut.

c) Menghentikanpengalirandanapabila air telahmengalir di atas weir

pasanglah Hook and Point Gauge agakkehuludari weir.

d) Melakukan pembacaan data dengan mengukur tinggi weir.

e) Mengatur pengaliran air ke dalam flume untuk mendapatkan tinggi

tekanan “H” dengan memperbesarnya setiap 5 mm secara bertahap.

Untuk masing-masing tahapan itu diukur dan mencatat debit “Q”,

tinggi tekanan “H”, kedalaman air di hulu “du”, dan kedalaman air

kritis “dc”. Pengukuran debit dan tinggi tekanan dilakukan setelah

pengaliran air di dalam stabil.

f) Mengamati sket profil muka air.


Ukur lebar tinggi weir

Hitung harga Cd

Plot hubungan antara: Q2/3 terhadap H

Log Q terhadap Log H

Cd terhadap H

16


7. GRAFIK

Disajikan :



8. KESIMPULAN

- Efek apakah dari debit yang lebih besar terhadap konstanta 1,705. Apakah

konstanta itu semakin besar atau semakin kecil.

- Apakah pengaliran di atas weir tetap pararel

- Apakah panjang weir mempengaruhi koefisien debit Cd.

17


EKSPERIMEN 4

DEBIT DI BAWAH ”SLUICE GATE”

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan besarnya debit pengaliran di bawah “Sluice Gate”.

2. PERALATAN

a. Multi Purpose Teaching Flume


c. Perangkat Pitot Tube

d. Adjustable Undershot Weir

e. Jangka Sorong

f. Stopwatch

3. DASAR TEORI

18


Sluice Gate merupakan pintu pengatur bagi pengaliran air dibawahnya

sehingga dapat menentukan besarnya kecepatan pengaliran dibawahnya.

Ambang yang berukuran besar dipasang untuk mengukur aliran sungai atau

aliran-aliran yang disalurkan untuk saluran irigasi.

Persamaan Bernoulli dapat dipakai untuk menghitung debit dari suatu

aliran yang melalui sluice gate, tetapi kehilangan dari satu section ke section

lainnya diabaikan. Aliran di bawah sluitce gate adalah contoh dari aliran

converging dimana untuk persamaan yang tepat untuk debit dapat ditentukan

dengan persamaan energi antara section 0 dan section 1, yaitu :

H0 = H1

Dimana : H0 = tinggi energi di section 0

H1 = tinggi energi di section 1

Sebelum persamaan di atas dikembangkan perlu dicatat bahwa

streamlines pada section 1 adalah pararel (permukaan air pararel dengan dasar

saluran), sehingga distribusi tekanan adalah hydrostatic, yaitu y1.

Juga akan diperlihatkan, distribusi kecepatan pada section 1 adalah

seragam sehingga total setiap streamline adalah H1.

Maka :

H0 = H1

y0+V 0

2

2 g= y1+

V 12

2 g

Substitusihargakecepatankedalambentuk debit (Q).

y0+Q2

2g b2 y02 = y1+

Q2

2 g b2 y12

Jadi :

Q=by0 √2g y1

√( y0

y1+1)

19


Q=by1 √2 g y0

√( y1

y0+1)

Reduksi dalam aliran akibat hambatan kekentalan antara section 0 dan

section 1 ditentukan oleh koefisien Cv. Koefisien Cv bervariasi yaitu :

0.95<Cv<1,0 bergantung pada geometri dari pola pengaliran (ditunjukan oleh

perbandingan y1/y0) dan gesekan.

Q=Cv . b . y1√2g y0

√( y1

y0+1)

Kedalaman air di hilir y1dapat ditunjukkan sebagai fraction dari bukaan

gate, yg yaitu :

y1 = Cc.yg

Cc adalah koefisien konstraksi yang pada umumnya harga koefisien ini

adalah 0,61.

Q=Cv . Cc . b . yg √2 g y0

√( Cc . y g

y0+1)

Oleh karena itu debit yang di bawah sluice gate dapat dituliskan sebagai berikut

:

Q=Cd . b . yg .√2 g . y 0

Dimana Cd adalah fungsi dari Cv, Cc, yg dan yo.

Rumus yang digunakan dalam perhitungan :

A0 = B.y0

A1 = B.y1

V0 = Q/A0

V1 = Q/A1

20


E0= y0 +

V02

2 g

E1= Y1 +

V12

2g

Cd =

QB . yg √2 g . y0

4. APLIKASI

Pada sebagian besar bangunan irigasi, sering ditemukan fenomena

loncatan air, pada saat terjadi perubahan aliran air subkritis ke aliran super

kritis. Kejadian itu misalnya terjadi pada bagian pintu air hilir geser

tegak(sluice gate) dan pada bangunan hiir pelimpah. Lokasi pembentukan

air sangat dipengaruhi oleh kedalaman air di hilir bangunan pintu air geser.

Sluice gate adalah dinding vertical dengan bagian yang bias

digerakkan ataupun tidak bias digerakkan. Bagian yang bergerak dapat

diangkat untuk membiarkan air lewat dibawahnya..

Sluice Gate merupakan pintu pengatur bagi pengaliran air

dibawahnya sehingga dapat menentukan besarnya kecepatan pengaliran

dibawahnya. Ambang yang berukuran besar dipasang untuk mengukur

aliran sungai atau aliran-aliran yang disalurkan untuk saluran irigasi.

5. PROSEDUR

a. Memastikan bahwa flume sudah horizontal.

b. Menempatkan Gate pada flume secara vertical dengan tepi bawahnya 20

mm di atas dasar flume.

21


c. Mengalirkan air kedalam flume sampai setinggi y0.

d. Mengukur debit (Q0), y1, dan H0dengan air setinggi y0.

e. Menaikkan Gate secara bertahap menjadi 5 mm dan seterusnya, dengan

tetap menjaga ketinggian y0 seperti ketinggian semula (dengan cara merubah

debit).

f. Mengukur dan mencatat harga-harga Q, y1dan H0 pada masing-masing

tinggi bukaan Gate.

g. Mengulangi prosedur di atas dengan debit Q yang konstan (seperti di atas,

y0 dibuat berubah), dan mengukur dan mencatat y0, y1, dan H0.

6. PERHITUNGAN

- Dengan koefisien kontraksi Cc adalah 0,61 dan harga koefesien kecepatan

Cv yang terletak antara 0,95 sampai dengan 1,0 (0,95 < Cv < 1,0).

- Plotkan Cv dan Cc masing-masing terhadap yg/y0 untuk y0 konstan.

- Plotkan Cv dan Cc masing-masing terhadap yg/y0 untuk Q konstan.

7. GRAFIK

Disajikan:

- Grafik hubungan antara Cd dengan Y1

- Grafik hubungan antara Cd dengan Yg

- Grafik hubungan antara Cd dengan Yg / Y0

8. KESIMPULAN

- Berikan komentar atas efek Y0 dan Q terhadap koefesien debit Cd. Faktor

manakah yang mempunyai efek yang paling besar.

- Berikan komentar terhadap ketidaksesuaian yang anda antara hasil-hasil

yang sebenarnya dan hasil-hasil yang diperkirakan.

22


EKSPERIMEN 5

KEDALAMAN KRITIS “SPESIFIK ENERGI”

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menyelidiki hubungan spesifik energi dengan kedalaman air.

2. PERALATAN





e. Jangka Sorong

f. Stopwatch

3. DASAR TEORI

23


Energi spesifik dalam suatu penampang saluran dinyatakan sebagai

energi air setiap beratnya pada setiap penampang saluran, diperhitungkan

terhadap dasar saluran.

E= y+ V 2

2 g

Persamaan di atas menunjukkan bahwa energi spesifik sama dengan

jumlah kedalaman air dan tinggi kecepatan. Karena V = Q/A. persamaan energi

spesifik di atas dapat dituliskan sebagai berikut :

E= y+ V 2

2 g

Untuk harga debit yang konstan, harga kedalaman kritis yc pada saat

energi spesifik adalah minimum. Emin dapat ditentukan dengan persamaan :

δEδy

=0

1− Q2

g .b2 . yc3 =0

Dan

yc=3√ Q2

g . b2

Harga energi spesifik minimum dapat juga dinyatakan sebagai berikut:

E=32

. yc

Aliran dengan kedalamannya lebih besar dari kedalaman kritis disebut

aliran subkritis. Aliran dengan kedalamannya lebih kecil dari kedalaman kritis

disebut aliran superkritis.

Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan :

24


A0 = B.yo

A1 = B.y1

V0 = Q/A0

E0 = y0 +

V02

2 g

E1 = Y1 +

V12

2g

yc=3√ Q2

g . b2

Emin = 3/2 x yc

V c=√2g . ( Emin− yc)

N f =V c

√g . yc

Dimana :

A = luasan penampang (mm2)

B = lebar penampang (mm)

y = kedalaman air (mm)

Q = debit air (mm3/det)

g = percepatan gravitasi (mm/s2)

E = energy spesifik

Emin = energy spesifik minimum

4. APLIKASI

Seringkali pada kuliah Hidraulika Saluran Terbuka, sering saya merasa sulit

untuk mengerti tentang konsep-konsep aliran. sering ditemui konsep yang

mengatakan bahwa pada saluran datar (kemiringan memanjangnya = 0),

kecepatan alirannya (U) juga = 0, padahal banyak saluran di daerah pantai yang

kemiringan memanjangnya = 0. Kenapa pemahaman yang salah itu terjadi,

karena mereka terpana pada persamaan Chezy atau Manning, yang menyatakan

25


bahwa kecepatan merupakan fungsi kemiringan memanjang So, sehingga kalau

So = 0, maka kecepatan aliran juga = 0. Pemahaman ini menunjukkan kekurang

pahaman konsep konservasi massa dan konservasi energi.

Kalau kita berbicara steady flow, persamaan konservasi energi (persamaan

Bernoulli) : z + h + U²/2g = konstan. Pada saluran datar maka z dititik 1 = z di

titik 2 , sehingga yang berbeda adalah h dan U

nya.

Persamaan Energi Spesifik :

dengan Es = energi spesifik, h = kedalaman aliran, Q = debit, B = lebar dasar

saluran, g = percepatan gravitasi. Apabila persamaan itu dibuat grafiknya

(hubungan Es dan h) maka akan didapat kurva sebagai berikut ini.

Pada kurva ini, untuk setiap Energi spesifik tertentu akan didapat satu

pasang h (kedalaman aliran) yaitu kedalaman aliran sub kritik dan

kedalaman aliran superkritik. Selain itu, nilai Es minimum akan tercapai

saat h = h kritik.

Dengan mempertimbangkan persamaan energi spesifik tsb di atas,

semakin besar debit (Q), pada h yang sama akan didapat Es yang semakin

26

http://budiws.files.wordpress.com/2008/01/kurva-es-h.jpg?w=526&h=375


besar. Pada gambar tersebut, ada 3 kurva, semakin besar Q kurvanya akan

semakinbergeserkekanan.Dengan kurva inilah kami biasa menjelaskan

fenomena penyempitan saluran, penaikan dasar saluran, pengaruhnya pada

kedalamanalirandisaluran.Konsep ini kemudian juga dipakai sebagai dasar

perencanaan bukaan pintu air under flow (sliding gate) guna mengatur

ketinggian muka air di hulu pintu air.Variasi energi spesifik berdasarkan

perubahankedalaman.

5. PROSEDUR PERCOBAAN

a. Memastikan bahwa flume sudah horizontal.

b. Menempatkan Adjustable Undersot weir pada flume secara vertical dengan

tepi bawahnya 5 mm di atas dasar flume.

c. Mengalirkan air ke dalam flume sampai setinggi y0.

d. Mengukur debit (Q) dan y1 dengan air setinggi yo.

e. Menaikkan weir secara bertahap menjadi 5 mm dan seterusnya, dengan

tetap menjaga ketinggian y0 seperti ketinggian semula (dengan cara

merubah debit).

f. Mengukur dan mencatat harga-harga Q dan y1 pada masing-masing tinggi

bukaan gate.

6. PERHITUNGAN

- Ukur dan catat lebar weir

- Hitunglah E0 untuk setiap Q

- Plotlah E0 terhadap Y0 dan E1 terhadap Y1 untuk menetapkan bentuk

kurva pada masing-masing sisi dari titik energy minimum.

- Tambahkan pada grafik itu harga-harga Emin yang dihitung langsung

dari persamaan di atas, untuk harga Q yang telah diukur.

7. Grafik

Disajikan:

- Grafik hubungan antara Emin dengan yc

27


- Grafik hubungan antara yg dengan yc

- Grafik hubungan antara E0 terhadap y0 dan E1 terhadap y1

8. KESIMPULAN

- Pada harga Q berapakah diperoleh kedalaman kritis

- Apakah pengaruh dari meningkatnya kedalaman pengaliran terhadap

spesifik energi (E).

EKSPERIMEN 6

HYDRAULIC JUMP

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menunjukkan bahwa perubahan dari aliran yang cepat (super kritis) kealiran

yang lambat (sub kritis) padajarak yang relative pandek disertai dengan

kehilangan energi.

2. PERALATAN





e. Jangka Sorong

f. Stopwatch

3. DASAR TEORI

28


Hydraulic Jump terjadi bila suatu aliran superkritis berubah menjadi

aliran subkritis pada jarak yang relative pendek di dalam saluran.

Analisa gaya dari volume loncatan yang terkontrol pada section a dan b

berhubungan antara aliran dan kedalaman pada kedua sisi dari loncatan. Gaya

gesek pada dasar saluran diabaikan dan hanya gaya luar secara horizontal pada

air dengan volume yang terkontrol. Gaya luar tersebut adalah tekanan

hidrostatis yang terdistri busi pada section a dan b.

Resultan daya dipakai untuk fluida dengan volume yang terkontrol pada

bahagian hilir adalah :

∑ F x=12

ρ. g . ya2−1

2ρ . g . yb

2

Pengaruh gaya ini pada momentum aliran rata-rata dari fluida dengan

volume yang terkontrol adalah :

ρ . Q. V b− ρ.Q .V a

Sehingga :12

ρ . g . ya−12

ρ . g . yb=ρ .Q .(V b−V a)

Setelah mensubtitusikan harga Q dan Vb kedalam bentuk Va dan ya

persamaannya menjadi sebagai berikut :

ya

yb=1

2 [√(1+8 V a

2

g . y a)−1]

Kehilangan energy pada jump adalah :

∆ H = ya+V a

2

2g−( yb+

V b2

2 g )∆ H =

( yb− ya )3

4. ya . yb

29


atau

∆ Hya

=( yb

ya−1)

3

4. yb

ya

Karena daerah kerja dari aliran di saluran adalah pendek, maka untuk

kepentingan pembuktian pada eksperimen dapat dipakai ya= y1 = danyb = y3.

Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan adalah sebagai berikut :

A1 = B.y1

A3 = B.y3

V 1=QA1

V 3=QA3

E1= y1+V 1

2

2 g

E3= y3+V 3

2

2 g

V 12

g . y1

Hy1

yc=3√ Q2

B2 . g

4. APLIKASI

Pada umumnya teori mengatakan bahwa loncatan air akan terjadi

pada saluran persegi panjang horizontal jika kedalaman mula dan

kedalaman lanjutan serta bilangan frode dari segi pendekatan analitik

memenuhi persamaan momentum dari suatu fenomna aliran yang terjadi

30


( legono) 1990 mengatakan kondisi aliran bebas dicapai bila aliran di depan

pintu subkritis dan dibelakang pintu adalah alira super kritis maka akan

terjadi loncatan air atau yang sering dikenal dengan sebutan “hydrolik

jump”.

Pada sebagian besar bangunan irigasi, sering ditemukan fenomena

loncatan air, pada saat terjadi perubahan aliran air subkitik ke aliran super

kritis. Kejadian itu misalnya terjadi pada bagian pintu air hilir gser

tegak(sluice gate) dan pada bangunan hiir pelimpah. Lokasi pembentukan

air sangat dipengaruhi oleh kedalaman air di hilir bangunan pintu air geser.

5. PROSEDUR

a. Memastikanbahwa flume sudah horizontal.

b. Menempatkan Adjustable Undersot Weir pada flume secaravertical

dengantepibawahnya 5 mm di atasdasar flume.

c. Mengalirkan air kedalam flume sampaisetinggi y0.

d. Mengaturtinggibukaanpintusehinggaterjadi hydraulic jump di tengah flume.

e. Mengukurdanmencatatharga-harga y1, y3dan Q.

f. Mengulangiuntukharga-harga y0danyglainnya.


- Ukur dan catat lebar weir

- Hitunglah V1 untuk setiap harga

- Hitunglah ΔH/y1

- Hitunglah Yc dan tunjukan bahwa y1 < y0 < y3

7. GRAFIK

Disajikan

- Grafik hubungan antara v12/g.y1 terhadap y3/y1

- Grafik hubungan antara ΔH/y1 terhadap y3/y1

8. KESIMPULAN

31


- Tunjukkan bahwa gaya oleh arus pada kedua sisi jump adalah sama dan

bahwa kurva spesifik energy menggambarkan kehilangan sebesar

ΔH/yc.

- Sarankan suatu pemakaian hydraulic jump dimana kehilangan

energinya diperlukan. Kemanakah perginya energy tersebut.

EKSPERIMEN 7


DI ATAS “GRAVEL BED”

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan besarny akoefisien Manning pada pengaliran di atas Gravel

Bed.

2. PERALATAN




d. Gravel Bed

e. Jangka Sorong

3. DASAR TEORI

32


Untuk mendapatkan koefisien kekasaran Manning “n” pada suatu

saluran terbuka yang berpenampang empat persegi dapat ditentukan dari rumus

manning :

V=1n

R23 S

12

Dimana :

V = kecepatan aliran (m/det)

R = jari-jarihidrolis (m)

n = koefisien kekasaran manning

S = kemiringan saluran

Kemudian rumus manning tersebut dikembangkan menjadi persamaan-

persamaan sepertiberikut ini :

QA

=1n ( A

P )23 S

12

n=A

53

Q . P23

S12

n=(b . y )

53

Q . (b+2 y )23

S12

Dimana :

Q = debit pengaliran (m3/det)

A = luas penampang basah saluran (m2)

P = keliling basah saluran (m)

33


b = lebar saluran (m)

y = kedalaman air di saluran (m)

4. APLIKASI

Perlu diingat bahwa distribusi kecepatan aliran di dalam aluran tidak

sama arah horizontal maupun arah vertikal. Dengan kata lain kecepatan

aliran pada tepi alur tidak sama dengan tengah alur, dan kecepatan aliran

dekat permukaan air tidak sama dengan kecepatan pada dasar alur.

Distribusi Kecepatan Aliran:

A : teoritis

B : dasar saluran kasar dan banyak tumbuhan

C : gangguan permukaan (sampah)

D : aliran cepat, aliran turbulen pada dasar

E : aliran lambat, dasar saluran halus

F : dasar saluran kasar/berbatu

Debit air sungai adalah tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh alat

ukur pemukaan air sungai. Pengukurannya dilakukan tiap hari, atau dengan

pengertian yang lain debit atau aliran sungai adalah laju aliran air (dalam

bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per

satuan waktu. Dalam sistem satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam

satuan meter kubik per detik(m3/dt).

Sungai dari satu atau beberapa aliran sumber air yang berada di

ketinggian,umpamanya disebuah puncak bukit atau gunung yg tinggi,

dimana air hujan sangat banyak jatuh di daerah itu, kemudian terkumpul

dibagian yang cekung, lama kelamaan dikarenakan sudah terlalu penuh,

akhirnya mengalir keluar melalui bagian bibir cekungan yang paling mudah

tergerus air.

Selanjutnya air itu akan mengalir di atas permukaan tanah yang

paling rendah, mungkin mula mula merata, namun karena ada bagian-

bagian dipermukaan tanah yg tidak begitu keras, maka mudahlah terkikis,

34


sehingga menjadi alur alur yang tercipta makin hari makin panjang, seiring

dengan makin deras dan makin seringnya air mengalir di alur itu.

Semakin panjang dan semakin dalam, alur itu akan berbelok, atau

bercabang, apabila air yang mengalir disitu terhalang oleh batu sebesar alur

itu, atau batu yang banyak, demikian juga dgn sungai di bawah permukaan

tanah, terjadi dari air yang mengalir dari atas, kemudian menemukan

bagian-bagan yang dapat di tembus ke bawah permukaan tanah dan

mengalir ke arah dataran rendah yg rendah.lama kelamaan sungai itu akan

semakin lebar.

5. PROSEDUR

a. Mengadakan lining padadasar flume dengan gravel bed section.

b. Mengatur flume sehingga horizontal danmengalirkan air kedalam flume.

c. Mengatur debit sehinggaterdapatketinggian air yang kecilsajadiaatas gravel

danmenjaga agar debit itukonstandalammelakukaneksperimenini.

d. Mengukurdanmencatat debit Q, dankedalaman air y.

e. Mengadakansedikitkemiringan flume danmengulangiseperti di atas.

f. Meneruskanmemperbesarkemiringandanmelakukanpengukuransertapencatat

anuntuk data-data seperti di atas.

6. PERHITUNGAN

- Ukur dan catat lebar saluran

- Hitung luas tampang basah air pada flume pada masing masing tahapan

- Hitung pula kecepatan aliran V, jari-jari hidrolis R dan koefesien

manning n untuk masing-masing percobaan.

7. GRAFIK

Disajikan:

- Grafik hubungan antara V dan I

- Graifk hubungan antara I dan n

8. KESIMPULAN

35


- Apakah harga koefesien manning “n” yang diperoleh akurat

- Berikan komentar anda

EKSPERIMEN 8

MENENTUKAN PUSAT PERTAHANAN PADA

PERMUKAAN BIDANG YANG TERBENAM SEBAGIAN

1. TUJUAN PRAKTIKUM

Menentukan letak pusat tekanan air pada bidang rata yang terbenam

sebagian dan membandingkan letak dari hasil eksperimen dengan letak

teoritis.

2. PERALATAN

a. Hydraulic Bench

b. Perangkatperalatan Hydrostatic Pressure

c. Bebandarilogam

d. Pipa plastic

e. Mistar

3. DASAR TEORI

36


Garis kerja gaya resultante yang memotong suatuluasan A di titik c

disebut dengan titik pusat tekanan. Kedalaman titik c dari permukaan air

denganYc.

Yc = Ix/ A.y

Dimana :

Ix = momen inersi ater hadap sumbu x

Y = jarak antara permukaan air dengan titik berat luasan yang terendam air

Dengan menggunakan teori sumbu dan momen inersia, maka dapat ditulis :

Ix = IG + A.Y

Dimana :

Ix = momen inersia

IG = momen inersia dari bidang yang terendam air

A = luasan yang terendam air

Y = jarak antara permukaan air dengan titik berat luasan yang terendam air

Sehingga untuk alat yang digunakan pada eksperimen ini berlaku rumus

umum :

P = F.A

P = ρ.g.Y’.A

Dimana :

P = tekanan hidrostatis

A = luasan yang terendam air

ρ = beratjenis air

Y’= kedalaman dari permukaan air sampai dengan dasar permukaan yang

terendam air

37


Yc= Ig+ A Y '2

A . Y '2

atau

Yc−Y '= IgA .Y '

Ketentuan lain untuk permukaan vertical yang terbenam sebahagian

adalah sebagai berikut :

Y = d – ½ Y’ dan A = b.Y’

P = ½ ρ.g.b.Y’2

Yc− y=

b .Y ' 3

12b .Y ' 2

2

=Y '6

Maka besarnya momen terhadap as batang gantung banlance adalah

sebagai berikut :

M = ½ ρ.g.b.Y’2(a+d-Y’/3)

4. APLIKASI

Hydraulic bench adalahalat yang digunakan sebagai tempat sumber

air dan pengaturaliran air agar kita tahu debit aliran tersebut. Debit yang

dihitung dalam percobaan adalah debit aktual. Dan biasanya hasilnya debit

aktual lebih kecil dari pada debit teoritis. Hydraulic bench dilengkapi

dengan tuas yang menghubungkan beban dengan bakpenampungan debit

air, biasanya untuk menentukan pusat pertahanan pada permukaan bidang

38


yang terbenam sebagian dilakukan pada saat saluraan irigasi tidak dalam

keadaan banjir.

Tuas tersebut dapat bergerak naik-turun berdasarkan massa beban

dan debit yang mengalir, apabila tuas tersebut berada pada ketinggian

seimbang setelah diberi beban, maka massa debit air tiga kali massa beban.

Hydraulic Bench juga dilengkapi dengan calm lever.

Untuk menentukan pusat pertahanan pada permukaan bidang yang

terbenam sebagian ini selain dilaukan di saluran irigasi juga diterapkan pada

drainase yang berbentuk persegi atau trapesium.

5. PROSEDUR

a. Menempatkan kwadran pada dua penyematannya dan mengencangkan klem

kelengan timbangan.

b. Mengukura (95 mm), L (285 mm), keda laman d (100 mm), dan lebar b (70

mm) ujung kwadran.

c. Menempatkan lengan timbangan pada pivot.

d. Menggantungkan pada timbangan pada ujung lenga timbangan.

e. Menghubungkan drain cock ketangki hydraulic bench, dan menghubungkan

pula connector hydraulic bench kecelah berbentuk segitiga dibahagian atas

tangki hydrostatic pressure.

f. Mengatur sehingga tangki hydrostatic pressure benar-benardatar.

g. Menggeser counter balance sehingga lengan timbangan horizontal.

h. Menutup drain cock dan mengalirkan air sehingga permukaannya mencapai

tepi bawah kwadran.

i. Meletakkan anak timbangan di atas pan timbangan seberat 70 gr dan dengan

perlahan-lahan menambahkan air kedalam tangki setinggi 59 mm sehingga

lengan timbangan horizontal.

j. Mencatat permukaan air pada kwadran dan berat beban di atas pan

timbangan.

k. Pengaturan permukaan air di dalam tangki secara halus dapat dilakukan

dengan cara mengisi air dari atas dan perlahan-lahan mendrainnya dengan

menggunakan stopwatch.

39


l. Mengulangi eksperimen di atas untuk setiap penambahan beban timbangan

sampai permukaan air mencapai puncak ujung kwadran. Kemudian

menyingkirkan setiap penambahan beban itu sambil mencatat beban dan

permukaan air sampai semua beban disingkirkan.

6. PERHITUNGAN

- Tabulasi m/y2 dan plot m/y2 terhadap y

- Keniringan grafik ini seharusnya adalah ρ.b./6L dan titik potonganya

seharusnya ρ.b(a+d)/2L

7. GRAFIK

Disajikan :

- Grafik hubungan antara y dan M/y

- Grafik hubungan antara y dan M/y2

8. KESIMPULAN

- Berikan alasan-alasan untuk ketidaksesuaian (jika ada) antara harga

harga dari hasil pengukuran dan harga-harga yang diperkirakan dengan

persamaan-persamaan dia atas, untuk parameter-parameter grafik.

40


EKSPERIMEN 9

MENENTUKAN PUSAT TEKANAN PADA PERMUKAAN

BIDANG RATA YANG TERBENAM DALAM AIR

1. TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan letak pusat tekanan air pada bidang rata yang terbenam di

dalam air dan membandingkan letak dari hasil eksperimen dengan letak

teoritis.

2. PERALATAN

a. Hydraulic Bench

b. Perangkat peralatan Hydrostatic Pressure

c. Beban dari logam

d. Pipa plastic

e. Mistar

3. DASAR TEORI

41


Gaya F pada permukaan bidang rata yang terbenam adalah tekanan pada

pusat luasan bidang itu dikalikan dengan luas A dari permukaan yang terbenam

tersebut.

F = ρ.g.A

Dimana :

F = gaya pada permukaan bidang rata

ρ = berat jenis cairan


A = luas permukaan yang terbenam

Diketahui besarny gaya F yang terdistribusi, dapat dianggap sebagai

sederetan gaya-gaya kecil yang menyebar pada permukaan yang terbenam.

Jumlah momen semua gaya-gaya kecil ini terhadap suatu titik harus sama

dengan momen terhadaptitik yang sama dari gaya resultan F yang bekerja pada

pusat tekanan.

Momen terhadap titik “O” :

Gaya pada bidang elementer = X.ρ.g.dA

Momen oleh gaya itu = X2.ρ.g.dA

Diketahui bahwa X2.dA adalah momen inersia (I0) luasan tersebut. Jadi

total momen adalah ρ.g.I0.

Dengan demikian, F.z = ρ.g.A.X; dan karena F = ρ.g.A.X :

z=ρ. g . I 0

ρ .g . A . X

42


z=I 0

A . X

I 0=Igg+ A . X 2

Jadi :

z= Igg+ A . X2

A . X

z= IggA . X

+ X

Sehingga diperoleh :Xc = z + q

Karena Igg = 1/12.b.r3, dan dengan mensubtitusikan A = b.r, serta X =

½r, maka kedalaman persamaan “z” diperoleh :

Z = (2/3)r

Dapat dilihat bahwa pusat tekanan selalu 2/3 di bawah bahagian plat

yang terbenam :

Xc = q + (2/3).r

4. APLIKASI

Hydraulic bench adalahalat yang digunakan sebagai tempat sumber

air dan pengatur aliran air agar kita tahu debit aliran tersebut. Debit yang

dihitung dalam percobaan adalah debit aktual. Dan biasanya hasilnya debit

aktual lebih kecil dari pada debit teoritis. Hydraulic bench dilengkapi

dengan tuas yang menghubungkan beban dengan bak penampungan debit

air, biasanya untuk menentukan pusat pertahanan pada permukaan bidang

yang terbenam sebagian dilakukan pada saat saluraan irigasi dalam keadaan

banjir.

5. PROSEDUR

a. Menempatkan kwadran pada dua penyematannya dan mengencangkan klem

kelengan timbangan.

43


b. Mengukura (95 mm), L (285 mm), kedalaman d (100 mm), dan lebar b (70

mm) ujung kwadran.

c. Menempatkan lengan timbangan pada pivot.

d. Menggantungkan pada timbangan pada ujung lengan timbangan.

e. Menghubungkan drain cock ketangki hydraulic bench, dan menghubungkan

pula connector hydraulic bench kecelah berbentuk segitiga dibahagian atas

tangki hydrostatic pressure.

f. Mengatur sehingga tangki hydrostatic pressure benar-benardatar.

g. Menggeser counter balance sehingga lengan timbangan horizontal.

h. Menutup drain cock dan mengalirkan air sehingga permukaannya mencapai

tepi bawah kwadran.

i. Meletakkan anak timbangan di atas pan timbangan seberat 130 gr dan

dengan perlahan-lahan menambahkan air kedalam tangki setinggi 80 mm

sehingga lengan timbangan horizontal.

j. Mencatat permukaan air pada kwadran dan berat beban di atas pan

timbangan.

k. Pengaturan permukaan air di dalam tangki secara halus dapat dilakukan

dengan cara mengisi air dari atas dan perlahan-lahan mendrainnya dengan

menggunakan stopcock.

l. Mengulangi eksperimen di atas untuk setiap penambahan beban timbangan

sampai permukaan air mencapai puncak ujung kwadran. Kemudian

menyingkirkan setiap penambahan beban itu sambil mencatat beban dan

permukaan air sampai semua beban disingkirkan.

6. PERHITUNGAN

- Hitung XCA dengan menggunakan persamaan XCA = m.g.P/F

- Plotkan XC sebenarnya terhadap XC teoritis untuk kasus-kasus terbenam

sebagian dan terbenam seluruhnya.

7. GRAFIK

Disajikan:

- Grafik hubungan antara XCA dengan XCT

44


8. KESIMPULAN

- Jelaskan mengapa pusat tekanan selalu berada di bawah pusat luasan

bidang permukaan

- Sebutkan alasan-alasan untuk setiap ketidaksesuaian antara hasil-hasil

sebenarnya dan hasil-hasil teoritis.

45

buku panduan pratikum hidrolika … · web view · 2017-06-16dengan bakal teori di bangku...

Documents