modul 1 (1-19)

Modul I Ambang Lebar

Laporan Praktikum Hidrolika

MODUL 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 akan sangat berguna dalam pendistribusian air maupun pengaturan sungai. Dalam percobaan kali ini kita akan meninjau aliran dalam ambang yang merupakan aliran berubah tiba-tiba. Ambang yang digunakan adalah ambang lebar. Alasan kita 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 III Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



Dalam percobaan ini kita akan mengamati 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 analisa 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 untuk mengukur debit air yang mengalir pada saluran terbuka.1.1 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.1.1 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

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

Gambar 1.2 Model Saluran Terbuka Untuk Percobaan Ambang Lebar 2Kelompok III Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



Keterangan: 1. Ambang lebar 2. Alat pengukur kedalaman 3. Meteran4. Venturimeter dan pipa manometer

5. Sekat pengatur hilir 6. Penampung air 7. Generator dan pompa air1.1 TEORI DASAR DAN RUMUS

1.1.1 Debit Aliran (Q) Dengan menerapkan prinsip kekekalan energi, impulsmomentum, 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) 3Kelompok III Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



Dimana: D1 D2 g Pair PHg = 3,15 cm = 2,00 cm = 9,81 m/s2 = 1,00 gr/cm3 = 13,60 gr/cm3

1.1.2 Koefisien Pengaliran (C)

Gambar 1.4 Profil Aliran Melalui Ambang Tajam Kecepatan aliran yang lewat diatas pelimpah adalah: V = ( g y )1/2 = ( g He )1/2 (1.2) (1.3) He = Y t Dimana: g t = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2 = tinggi ambang = 10,7 cm 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)

Dengan mensubtitusi C = c g1/2 ke persamaan (1.4) maka diperoleh persamaan sebagai berikut: 4

Kelompok III

Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



Q = C L He3/2

(1.5)

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

1.1 PROSEDUR PERCOBAAN 1. Ambang lebar dipasang pada posisi tertentu dalam model saluran

terbuka.2. Alat pengukur kedalaman dan venturimeter dikalibrasikan. Dimensi

ambang dicatat.3. Pompa dinyalakan dengan debit air tertentu sesuai dengan yang

dinginkan tetapi tidak meluap.4. Sekat di hilir diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh keadaan loncat

pertama, loncat kedua, peralihan, tenggelam pertama, dan tenggelam kedua. Untuk masing-masing keadaan diperiksa apakah aliran sudah stabil. Jika sudah, pengambilan data dapat dilakukan.5. Untuk masing-masing keadaan data tinggi muka air pada delapan titik

pengamatan dicatat untuk mengambil profil aliran, dan untuk menghitung debit maka dapat dicatat dari venturimeter.6. Langkah 4 dan 5 diulang untuk empat debit yang berbeda, namun yang

dicatat hanya kedalaman air di hulu (y1) dan kedalaman air di hilir (y2) saja.7. Setelah selesai langkah 6, sekat di hilir dikosongkan. 8. Debit aliran diatur (mulai dari yang besar ke yang kecil). 9. Tinggi muka air sebelum ambang (y1) dan tinggi raksa pada manometer

dicatat.10. Langkah 8 dan 9 diulangi sampai didapat debit minimum yang masih

dapat mengalir.1.1 PROSEDUR PERHITUNGAN




1. Gambarkan profil muka air sesuai dengan data yang didapat. 2. Hitung besarnya debit yang mengalir (Q). Gunakan rumus 1.1. 3. Hitung besarnya He1 dan He2. Gunakan rumus 1.3. 4. Hitung koefisien pengaliran (C). Gunakan rumus 1.6. 5. Menentukan nilai Cd dan Hd. Gunakan grafik He1 vs C. 1.1 GRAFIK DAN KETERANGANNYA

1.

Gambar profil muka air untuk kelima keadaan pada 1 gambar

Data yang diambil adalah data yang dapat menggambarkan profil aliran dari hulu, pada saat melewati ambang, keadaan setelah melewati ambang, dan hilir. (Ambil x dari sebelum ambang sampai setelah ambang).

Semua profil aliran digambarkan dalam satu grafik. 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 di hilir dan seterusnya.

1. He1 vs He2

Semua debit yang digunakan digambarkan dalam satu grafik. Grafik ini digunakan 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). Coba semua trendline, pilih trendline yang mempunyai nilai R2~1. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power.

1. He1 vs Q

1. He1 vs C

Grafik ini bertujuan untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Nilai Cd didapatkan dengan cara merata-ratakan nilai C yang berdekatan. 6

Kelompok III

Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



Nilai C yang dianggap menyimpang tidak digunakan. Sedangkan nilai Hd didapat dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu x ke arah sumbu y dari nilai Cd.

Grafik ini tidak perlu diberi trendline.

1.

Q vs C

Grafik ini digunakan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C. Nilai C akan relatif konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda. Grafik ini juga dipakai untuk menunjukan hubungan antara nilai C dan Q dimana persamaan C yaitu C = Q / (L . He3/2).

Coba semua trendline, pilih trendline yang mempunyai nilai R2~1. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power.

1. He1/Hd vs C/Cd (gunakan nilai Hd dan Cd yang diperoleh dari grafik He1

vs C)

Digunakan untuk membuktikan bahwa pada saat He1/Hd bernilai 1, maka C/Cd juga akan bernilai 1.

Analisa Grafik Profil Muka Air Ambang Lebar Grafik ini merupakan sifat profil aliran yang melewati ambang berdasarkan tiga karakteristik aliran yaitu loncat, peralihan dan tenggelam yang didapat dengan cara mengatur sekat pada hilir saluran.

Keadaan loncat 1 dan loncat 2.

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

Keadaan peralihan.

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

Keadaan tenggelam 1 dan tenggelam 2.

Tinggi muka air di hulu semakin dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir. Analisa Grafik He1 vs He2 pada ambang Lebar 7Kelompok III Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



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.

Pada keadaan loncat, grafik terlihat mendatar. Hal ini menunjukkan bahwa besar He1 cenderung tetap pada kondisi ini dimana tinggi muka air di hulu (Y1) tidak berubah, walaupun terjadi perubahan tinggi muka air di hilir.

Pada kondisi peralihan, grafik juga masih terlihat mendatar. Hal ini menunjukan bahwa besar He1 cenderung tetap pada kondisi ini dimana tinggi muka air di hulu (Y1) tidak berubah, walaupun terjadi perubahan tinggi muka air di hilir (Y2).

Pada kondisi tenggelam, grafik masih terlihat mendatar pada kondisi tenggelam 1. Sedangkan pada kondisi tenggelam 2, grafik terlihat naik jauh sekali ke arah vertikal miring. Hal ini menunjukan tinggi muka air di hulu (Y1) berubah secara linier terhadap perubahan tinggi muka air di hilir (Y2).

Analisa Grafik He1 vs C Berdasarkan rumus :

C=

Q b He 3 / 2

He1 =

Q (b C ) 2 / 3

Identik dengan

, sehingga untuk menunjukan hubungan He vs C

Y = ax2 / 3digunakan regresi power. Cd diperoleh dengan cara merata- ratakan nilai C yang cenderung konstan.

Cd = 22,2630cm1 / 2 / sDari grafik didapat persamaan y




Data grafik ambang lebar Data alat Tinggi ambang (t) = 10,8 cm Lebar ambang (b) = 9,8 cm Panjang ambang (L) = 25,8 cm Data Untuk Menggambar Profil Muka Air Sebelum H1 H2 Koreksi = 56 mm = 90 mm = 34 mm Sesudah H1 H2 = 75 mm = 80 mm

H = 5 mm

Tabel 1.1 Data Untuk Menggambar Profil Muka AirLoncat I Titi k X (cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 33,50 75,00 125,0 0 175,0 0 225,0 0 275,0 0 300,0 0 325,0 0 Y (cm) 0,7 1,20 1,50 1,40 1,30 1,20 1,40 1,40 Loncat II X (cm) 32,00 75,00 125,0 0 175,0 0 225,0 0 275,0 0 300,0 0 325,0 0 Y (cm) 3,1 5,00 5,40 5,90 6,60 7,50 7,80 8,30 Peralihan X (cm) 32 75,00 125,0 0 175,0 0 225,0 0 275,0 0 300,0 0 325,0 0 Y (cm) 12,60 12,80 13,30 13,90 14,60 15,30 15,70 16,00 Tenggelam I X (cm) 32,00 75,00 125,00 175,00 225,00 275,00 300,00 325,00 Y (cm) 14,10 14,50 14,90 15,50 16,10 16,80 17,30 17,80 Tenggelam II X (cm) 32,00 75,00 125,0 0 175,0 0 225,0 0 275,0 0 300,0 0 325,0 0 Y (cm) 15,5 0 15,8 0 16,2 0 16,8 0 17,5 0 18,3 0 18,5 0 18,9 0




Tabel 1.2 Data Untuk Membuat Grafik He1 vs He2 dan He1 vs QDebi t Manometer (mm) H1 H2 Koreksi H Q cm3/s Jenis Aliran L1 L2 Q1 64,0 0 83,00 34,00 15,00 2089,38 P T1 T2 L1 L2 Q2 87,0 0 58,00 34,00 5,00 1206,30 P T1 T2 L1 L2 Q3 36,0 0 112,00 34,00 42,00 3496,21 P T1 T2 L1 L2 Q4 83,0 0 78,00 34,00 29,00 2905,17 P T1 T2 Y1 (cm) 13,30 13,40 13,50 14,00 15,00 12,00 12,10 12,20 13,20 14,80 14,10 14,20 14,30 14,40 15,00 14,20 14,20 14,00 14,50 15,00 Y2 (cm) 1,50 8,50 16,00 17,90 19,30 1,30 10,50 14,80 17,50 19,00 2,00 10,40 16,60 18,30 19,30 1,90 8,50 17,40 18,50 19,40 He1 (cm) 2,50 2,60 2,70 3,20 4,20 1,20 1,30 1,40 2,40 4,00 3,30 3,40 3,50 3,60 4,20 3,40 3,40 3,20 3,70 4,20 He2 (cm) 9,30 2,30 5,20 7,10 8,50 9,50 0,30 4,00 6,70 8,20 8,80 0,40 5,80 7,50 8,50 8,90 2,30 6,60 7,70 8,60

Tabel 1.3 Perhitungan Ambang LebarKelompok III

10Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



Debit

Manometer (mm) Koreks H1 H2 i 64,00 87,00 36,00 83,00 83,00 58,00 112,0 0 78,00 34,00 34,00 34,00 34,00

Q H 15,00 5,00 42,00 29,00 cm3/s 2089,3 8 1206,3 0 3496,2 1 2905,1 7

Y1 (cm) 13,84 12,86 14,40 14,38

He1 (cm) 3,04 2,06 3,60 3,58

C (cm0.5/s) 40,22 41,63 52,22 43,76 Cd Hd 145,3 8 145,3 8 145,3 8 145,3 8 He1/Hd C/Cd 0,904 8 0,936 5 1,174 8 0,984 4

Q1 Q2 Q3 Q4

44,45 44,45 44,45 44,45

0,0209 0,0141 0,0247 0,0246

Contoh Perhitungan Diketahui : H1 H2 Koreksi b H He H = 75 mm = 80 mm = 34 mm = 3,14 = 9,8 cm =5 mm = 2,53 cm = 98 mm = 0,5 cm = 25,3 mm

Maka dapat dihitung = H2-H1-Koreksi = 80-75-34 = 29 mm Q1 = 171,808 3,14 ( H )1/2 = 171,808 3,14 ( 0.5 )1/2 = 381,48 cm3/detik He1( Q1 ) = Y1 t = 13,84 10,8 = 3,04 cm 11Kelompok III Jurusan Teknik Sipil Universitas Gunadarma



C1

= Q1bHe32

= 2089,389,83,04 32 = 40,22 cm0.5/sCd

= C4 =177,84

= 44,45 cm0.5/sHd

= 0,0056 x ( Cd2.6788 )= 145,38 cm

He1 / Hd

=

3,04145,38

= 0,0209C1 / Cd

= 40,2244,45 = 0,9048




1.1 GRAFIK DAN ANALISA

Grafik 1.1 Profil Muka Air (Ambang Lebar) Grafik ini merupakan sifat profil aliran yang melewati ambang berdasarkan tiga karakteristik aliran; loncat, peralihan, dan tenggelam yang didapat dengan cara mengatur sekat pada hilir saluran. Keadaan Loncat 1 dan Loncat 2 Tinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan oleh tinggi maka air di hilir. Keadaan Peralihan Tinggi muka air di hulu mulai dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir. Keadaan Tenggelam 1 dan Tenggelam 2 Tinggi muka air di hulu semakin tinggi karena dipengaruhi semakin tingginya muka air di hilir.




Grafik 1.2 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.

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 perrubahan tinggi muka air di hilir ( Y2 ).

Kedalaman 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 )

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 ).

Besar debit yang berbeda memberikan tinggi muka air yang berbeda pula. Semakin besar debit semakin tinggi pula muka air di hulu ( Y1 ).




Grafik 1.3 He1 vs Q (Ambang Lebar) Tujuan grafik ini adalah 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 peramaan hasil regresi power ( pangkat ). Pada keadaan idealnya, grafik tersebut akan menghasilkan R2 ~ 1 jika diberi trendline berupa regresi power. Namun pada percobaan yang kami lakukan ini grafik tersebut akan memberikan hasil R2 ~ 1 jika diberi trendline berupa regresi berupa polinomial berorde 3.

Grafik 1.4 He1 vs C (Ambang Lebar) Tujuan grafik ini adalah untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Nilai Cd didapatkan dengan merata-ratakan nilai C yang berdekatan. Nilai C yang dianggap menyimpang tidak digunakan. Dengan menggunakan cara tersebut, maka didapatkan nilai Cd = 17,49 cm0.5/s . Sedangkan nilai Hd didapat dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu x kearah sumbu y dari nilai Cd. Jika kita gunakan cara grafis seperti yang ditunjukan oleh cara tersebut, maka akan didapat nilai Hd sekitar 3,40 cm. Namun, jika kita gunakan persamaan Hd=Q(bCd)3/2 Maka akan didapatkan nilai Hd sebesar 11,95 cm.




Grafik 1.5 Q vs C (Ambang Lebar) Grafik digunakan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C. Pada keadaan idealnya, nilai C akan relative konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda. Namun, pada grafik ini hubungan antara nilai C dan Q ditunjukan dengan persamaan dari hasil trendline regresi power yaitu y = 148,2x 4164,5 dimana y = Q serta x = C.




Grafik 1.6 He1/Hd Vs C/Cd (Ambang Lebar) Grafik ini digunakan 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 kita plot kemudian diberi trendline berupa regresi linear, maka persamaan yang dihasilkan adalah y = x . Namun pada percobaan kali ini, setelah dibuat grafik dengan menggunakan regresi linear dengan set intetcept 0,0 maka persamaan yang diperoleh adalah y = 0,0237x 0,0026. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada percobaan ini tidak terbukti jika He1/Hd bernilai 1 ,maka C/Cd juga tidak bernilai 1.

1.1 KESIMPULAN Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan, kita dapat mengetahui 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. Selain itu, kita juga dapat mengetahui hubungan tinggi muka air di atas ambang terhadap debit air yang melimpah di atas ambang.





modul 1 (1-19)

Documents