51

MODUL V

PINTU SORONG DAN AIR LONCAT

6.1. Pendahuluan

6.1.1. Latar Belakang

Pintu sorong adalah sekat yang dapat diatur bukaannya. Pada bangunan air, aplikasi pintu sorong adalah

pintu pembilas. Fungsinya yaitu mencegah sedimen layang masuk ke dalam pintu pengambilan (intake) dan

membilas sedimen yang menghalangi aliran.

Aliran setelah pintu sorong mengalami perubahan kondisi dari subkritis ke superkritis. Di lokasi yang lebih

hilir terjadi peristiwa yang disebut air loncat/lompatan hidraulik (hydraulic jump). Air loncat memiliki sifat

aliran yang menggerus. Adanya pintu sorong mengakibatkan kemungkinan terjadinya gerusan pada saluran

di hilir pintu sorong. Oleh karena itu, diperlukan perhitungan untuk desain saluran pada hilir saluran agar

tahan terhadap gerusan air akibat adanya pintu sorong.

| \ r

mm ^ :

Gambar 6. 1 Aliran pada Pintu Sorong

Secara fisik profil aliran pada pintu sorong dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 6. 2 Profil Aliran pada Pintu Sorong dan Air Loncat

52

6.1.2. Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah

Mempelajari sifat aliran yang melalui pintu sorong

Menentukan koefisien kecepatan dan koefisien kontraksi

Menentukan gaya-gaya yang bekerja pada pintu sorong Fg dan Fb

Mengamati profil aliran air loncat

Menghitung besarnya kehilangan energi akibat air loncat

Menghitung kedalaman kritis dan energi minimum

6.2. Landasan Teori

Pintu sorong yang akan digunakan dalam percobaan ini adalah pintu air gesek tegak dengan tipe aliran bawah.

Pada rancangan pintu sorong jenis ini, hal yang menjadi perhatian utama adalah hubungan antara debit dengan

distribusi tekanan pada pintu dan bentuk pinggiran pintu. Namun karena rancangan pinggiran pintu air sangat

bervariasi, maka fokus dari modul ini lebih kepada hubungan debit dan distribusi tekanan (seperti disebutkan

dalam tujuan praktikum).

6.2.1. Debit Aliran (Q)

Debit Berdasarkan Venturimeter

Dalam praktikum, pengukuran debit digunakan dengan venturimeter. Dengan menerapkan 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 6. 3 Venturimeter

Besarnya debit (Q) dapat diperoleh dengan rumus:

𝑄 = √(𝜌𝑟−𝜌𝑎)(

1

4𝜋𝑑1

2)22𝑔∆ℎ

[(𝑑1𝑑2)4−1]𝜌𝑎

(6.1)

53

dimana:

d1 = 3,15 cm

d2 = 2,00 cm

g = 9,81 m/s2

ρair = 1,00 gr/cm3 pada suhu 0oC

ρHg = 13,60 gr/cm3

54

Gambar 6. 4 Profil Aliran pada Pintu Sorong

Besarnya debit teoretis adalah

𝑄𝑟 = 𝑏𝑌1√2𝑔𝑌0

(1+𝑌1𝑌0) (6.2)

Dengan memasukkan harga koefisien kecepatan (CV) dan koefisien kontraksi (CC) ke dalam persamaan

(5.2) maka dapat diperoleh Debit Aktual (QA)

𝐶𝑐 =𝑌1

𝑌𝑔 dan 𝐶𝑣 =

𝑄𝐴

𝑄𝑇

𝑄𝐴 = 𝑏𝐶𝑐𝐶𝑣𝑌𝑔√2𝑔𝑌0

(𝐶𝑐𝑌𝑔

𝑌0+1)

(6.3)

dimana:

g = percepatan gravitasi = 9,81 m/detik2

b = lebar saluran = 8 cm

Yo, Y1, dan Yg (lihat gambar 5.4)

6.2.2. Gaya Yang Bekerja Pada Pintu Sorong

Faktor penting yang perlu dipertimbangkan dalam desain pintu air adalah gaya yang bekerja, alat

pengangkat (mesin atau manusia), sekat kedap air, dan bahan bangunan. Gaya yang berpengaruh adalah

gaya akibat tekanan air horizontal bekerja pada plat pintu dan diteruskan ke sponning.

55

Tekanan yang bekerja pada permukaan pintu dapat dianalisis dengan pengukuran langsung pada model.

Tekanan normal pada permukaan pintu dapat dinyatakan oleh komponen horisontal FH. Letak dan besarnya

gaya-gaya pada pintu dapat ditentukan secara grafis, dengan menggunakan diagram distribusi. Cara yang

lebih sederhana dalam menentukan besarnya tekanan adalah dengan menganggap bahwa tekanan

horisontal pada permukaan pintu terdistribusi secara hidrostatis.

Gaya dorong yang bekerja pada pintu sorong akibat tekanan hidrostatis dapat dihitung dengan

menggunakan rumus:

Fh = 0.5 p g ( Yo - Yg )2 (6.4)

h = Yo - Yg

Sedangkan gaya dorong lainnya yang bekerja pada pintu sorong dapat dihitung dengan rumus:

𝐹𝑔 = [0,5𝜌𝑔𝑌12 (

𝑌02

𝑌12 − 1)] + [

𝜌𝑄2

𝑏𝑌1(1 −

𝑌1

𝑌0)] (6.5)

dimana:

g = percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

b = lebar saluran = 8 cm

Yo, Yi, dan Yg (lihat gambar 2.5)

6.2.3. Air Loncat

Aliran pada pintu sorong adalah aliran tak tunak yang berubah tiba-tiba sehingga muncul perubahan tinggi

muka air dari subkritis menjadi superkritis. Aliran yang keluar dari pintu biasanya mempunyai semburan

kecepatan tinggi yang dapat mengikis dasar saluran ke arah hilir. Peristiwa ini disebut air loncat dan sering

terjadi pada saluran di hilir kolam pembilas atau di kaki pelimpah.

Gambar 6. 5 Distribusi Gaya yang Bekerja pada Pintu

56

Bilangan Froude

Bilangan Froude adalah bilangan tak berdimensi yang merupakan indeks rasio antara inersia terhadap gaya

akibat gravitasi.

Energi spesifik dalam suatu penampang saluran dinyatakan sebagai energi air per satuan berat pasa setiap

penampang saluran, diperhitungkan terhadap dasar saluran. Untuk saluran dengan kemiringan kecil dan

dan tidak ada kemiringan dalam aliran airnya (a=1), maka energi spesifik dapat dihitung dengan persamaan:

𝐸 = 𝑦 +𝑉2

2𝑔 (6.8)

dimana:

E = energi spesifik pada titik tinjauan (m)

y = kedalaman air di titik yang ditinjau (m)

V = kecepatan air di titik yang ditinjau (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Untuk energi spesifik tertentu terdapat dua kemungkinan kedalaman, misalnya Ya dan Yb. Kedalaman hilir

disebut alternate depth dari kedalaman hulu dan begitu juga sebaliknya. Pada keadaan kritis kedua

kedalaman tersebut seolah menyatu dan dikenal sebagai kedalaman kritis (Yc). Rumus untuk menghitung

kedalaman kritis (Yc) dan energi minimum (Eminimum) adalah sebagai berikut:

𝑦𝑐 = (𝑄2

2𝑔𝑏2)13⁄

(6.9)

𝐸𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 =2

3𝑦𝑐 (6.10)

6.3. Alat-Alat Percobaan

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

a. Pintu sorong

b. Pompa

c. Alat pengukur kedalaman

d. Meteran

e. Manometer

f. Sekat pengatur hilir

g. Penampung air

57

Gambar 6. 6 Saluran Terbuka untuk Percobaan Pintu Sorong

6.4. Prosedur Kerja

Percobaan pada modul ini dibagi dalam 2 tahapan, yaitu percobaan dengan debit tetap dan percobaan dengan

bukaan pintu yang tetap. Prosedurnya adalah sebagai berikut:

6.4.1. Percobaan dengan Debit Tetap

1. Pintu sorong dan flume dikalibrasikan dahulu pada titik nol terhadap dasar saluran

2. Jika menggunakan alat pengukur kedalaman selain penggaris (mistar), alat tersebut perlu

dikalibrasikan terlebih dahulu. Jika menggunakan penggaris, gunakan penggaris yang sama

untuk setiap percobaan.

3. Periksa keadaan awal pipa manometer pada venturimeter. Jika terdapat selisih ketinggian pada

kedua pipa, catat selisihnya, dan gunakan sebagai kalibrasi dalam perhitungan debit

menggunakan venturimeter.

4. Alirkan air dengan debit tertentu yang memungkinkan terjadinya jenis aliran yang diinginkan.

5. Atur kedudukan pintu sorong. Tentukan kira-kira pada interval berapa profil air loncat masih cukup

baik.

6. Setelah aliran stabil, ukur dan catat Yo, Yg, Yi , Ya, Xa, Yb dan Xb dimana:

Yo = tinggi muka air di hulu pintu sorong

Yg = tinggi bukaan pintu sorong terhadap dasar saluran

Y1 = tinggi muka air terendah di hilir pintu sorong

Y2 = tinggi muka air tertinggi di hilir pintu sorong

Ya = tinggi muka air tepat sebelum air loncat

Yb = tinggi muka air tepat setelah air loncat

Xa = kedudukan horizontal titik Ya dari titik nol saluran

Xb = kedudukan horizontal titik Yb dari titik nol saluran

Parameter di atas dicatat pada formulir pengamatan Percobaan A: Debit Tetap, Yg Berubah

7. Percobaan dilakukan 5 kali dengan mengubah tinggi bukaan pintu sorong.

6.4.2. Percobaan dengan Debit Berubah

1. Tentukan dan catat kedudukan pintu sorong terhadap dasar saluran (Yg tetap).

2. Periksa keadaan awal pipa manometer pada venturimeter. Jika terdapat selisih ketinggian pada

58

kedua pipa, catat selisihnya, dan gunakan sebagai kalibrasi dalam setiap perhitungan debit

menggunakan venturimeter.

3. Alirkan air dengan debit minimum yang memungkinkan terjadinya aliran yang diinginkan.

4. Setelah aliran stabil, ukur dan catat Yo, Yg, Yb , Ya, Xa, Yb dan Xb pada formulir pengamatan

Percobaan B : Debit Berubah, Yg Tetap

5. Percobaan dilakukan 5 kali dengan mengubah debit aliran

Seluruh prosedur kerja secara umum terangkum dalam diagram alir berikut ini:

A. Percobaan dengan Debit Tetap

Gambar 6.7 Diagram alir prosedur kerja praktikum pintu sorong dan air loncat (debit tetap)

59

B. Percobaan dengan Debit Berubah

Gambar 6.8 Diagram alir prosedur kerja praktikum pintu sorong dan air loncat (debit berubah)

60

6.5. Pengambilan Data

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan

tabel di bawah ini:

Tabel 6. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No Lembar Data Data yang Diambil Simbol Sat. Jumlah Data Total Keterangan

1

Percobaan A:

Debit Tetap, Yg

Berubah

Tinggi kedua pipa manometer

untuk menghitung debit

h1 cm 1 Debit yang

digunakan hanya

1 nilai saja h2 cm 1

Tinggi muka air di hulu pintu

sorong

Yo cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Untuk lebih jelas

dalam

pengambilan

data, praktikan

hendaknya

mempelajari

Gambar 2.3

Tinggi bukaan pintu sorong

terhadap dasar saluran Yg cm

1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Tinggi muka air terendah di

hilir pintu sorong

Y1 cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Tinggi muka air tertinggi di hilir

pintu sorong

Y2 cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Tinggi muka air tepat sebelum

air loncat

Ya cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Tinggi muka air tepat setelah

air loncat

Yb cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Kedudukan horizontal titik Ya

dari titik nol saluran Xa cm

1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Kedudukan horizontal titik Yb

dari titik nol saluran Xb cm

1 X jumlah perubahan

Yg = 5

2

Percobaan B:

Debit Berubah,

Yg Tetap

Tinggi kedua pipa manometer

untuk menghitung debit

h1 cm 5 Mengambil 5 nilai

debit baru. h2 cm 5

Tinggi muka air di hulu pintu

sorong

Yo cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5

Untuk lebih jelas

dalam

pengambilan

data, praktikan

hendaknya

mempelajari

Gambar 2.3

Tinggi bukaan pintu sorong

terhadap dasar saluran Yg cm 1 (kondisi Yg tetap)

Tinggi muka air terendah di

hilir pintu sorong

Y1 cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5

Tinggi muka air tertinggi di hilir

pintu sorong

Y2 cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5

Tinggi muka air tepat sebelum

air loncat

Ya cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5

Tinggi muka air tepat setelah

air loncat

Yb cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5

Kedudukan horizontal titik Ya

dari titik nol saluran Xa cm

1 X jumlah perubahan

debit = 5

61

Kedudukan horizontal titik Yb

dari titik nol saluran Xb cm

1 X jumlah perubahan

debit = 5

6.6. Pengolahan Data

Pengolahan data dilakukan dengan membuat tabel perhitungan pada program Microsoft Excel agar proses

perhitungan yang dilakukan menjadi lebih mudah. Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut.

Pintu Sorong

Tabel 6. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data Pintu Sorong

No. Langkah Formulir Pengamatan Keterangan Nama

Acuan Gambar/Grafik

1 Hitung Qt dan QA untuk

masing- masing

pengukuran tinggi pipa

venturimeter.

Gunakan persamaan 2.2

dan 2.3

Qt dan Qa digunakan

untuk menghitung

koefisien kecepatan(CV)

2 Hitunglah koefisien

kontraksi (CC) dan

koefisien kecepatan

(CV).

Gunakan data pada tabel

Percobaan A (pintu sorong).

Grafik ini menjadi

Grafik 2.1 Cv vs Yg/Yo

debit tetap dan

Grafik 2.2 Cc vs Yg/Yo

debit berubah.

3 Ulangi perhitungan

seperti pada no. 1.

Gunakan data pada tabel

Percobaan B (pintu sorong).

Grafik ini menjadi

Grafik 2.3 Cv vs Yg/Yo

debit berubah dan

Grafik 2.4 Cv vs Yg/Yo

debit berubah.

4 Hitung Fg dan Fh Gunakan data pada tabel

Percobaan A dan Percobaan

B (pintu sorong).

Gunakan persamaan 2.4

dan 2.5,

Grafik ini menjadi

Grafik 2.5 Fg/Fh vs

Yg/Yo untuk debit tetap

dan

Grafik 2.6 Fg/Fh vs

Yg/Yo untuk debit

berubah.

62

Tabel 6. 3 Langkah-langkah Pengolahan Data Air Loncat

No. Langkah Formulir Pengamatan Keterangan Nama

Acuan Gambar/Grafik

1 Hitung debit yang

mengalir

(Q)

Hitung bilangan Froude

pada bagian hulu air

loncat (Fra)

Gunakan persamaan 2.1

dan persamaan 2.6.

2 Hitung Yb/Ya pengukuran

Hitung Yb/Ya teoretis

Gunakan data pada tabel

Percobaan A dan Percobaan

B (air loncat)

Bilangan Froude pada

bagian hulu air loncat

(Fra) didapat dari

perhitungan pada no.1.

Gunakan persamaan 2.7

untuk

menghitungan Yb/Ya

teoretis

Grafik ini menjadi

Grafik 2.7 Yb/Ya

pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk

debit tetap dan

Grafik 2.8 Yb/Ya

pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk

debit berubah.

3 Hitungan L Gunakan data pada tabel

Percobaan A dan Percobaan

B (air loncat)

Bilangan Froude pada

bagian hulu air loncat

(Fra) didapat dari

perhitungan pada no.1.

L adalah panjang loncatan

yang diperoleh dari

perhitungan (Xb-Xa)

Grafik ini menjadi

Grafik 2.9 L/Yb vs

Fra untuk debit tetap

dan

Grafik 2.10 L/Yb vs

Fra untuk debit

berubah.

4 Hitung kedalaman kritis

(Yc) dan energi minimum

(E^mum) untuk masing-

masing nilai debit.

Gunakan nilai Y yang

tersedia pada tabel

Percobaan A dan Percobaan

B (air loncat).

Gunakan persamaan 2.9

untuk menghitug Energi

spesifik (E)

Grafik ini menjadi

Grafik 2.11 Y vs E

untuk debit tetap dan

Grafik 2.12 Y vs E

untuk debit berubah

63

6.7. Analisis Data

Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis

berdasarkan masing-masing grafik, sebagai berikut:

Pintu Sorong

Tabel 6. 4 Grafik dan Analisis Pintu Sorong

No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 2.1 Cc vs Yg/Yo debit tetap

dan Grafik 2.2 Cc vs Yg/Yo debit

berubah.

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Hubungan antara perbandingan Yg/Yo dan nilai Cc.

Perbandingan grafik dengan debit tetap dan berbeda.

Penggunaan trendline tertentu dalam penggambaran kurva.

Cari kegunaan Cc dalam aplikasi. 2 Grafik 2.3 Cv vs Yg/Yo debit

berubah dan Grafik 2.4 Cv vs

Yg/Yo debit berubah.

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Hubungan antara perbandingan Yg/Yo dan nilai Cv.

Perbandingan grafik dengan debit tetap dan berbeda.

Penggunaan trendline tertentu dalam penggambaran kurva.

Cari kegunaan Cv dalam aplikasi. 3 Grafik 2.5 Fg/Fh vs Yg/Yo untuk

debit tetap dan Grafik 2.6 Fg/Fh vs

Yg/Yo untuk debit berubah.

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Pengaruh bukaan pintu sorong dan faktor ketahanan pintu

(perbandingan gaya).

Hubungan antara ketahanan pintu sorong (Fg)dan gaya hidrostatis

yang bekerja (Fh).

Air Loncat

Tabel 6. 5 Grafik dan Analisis Air Loncat

No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 2.7 Yb/Ya pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk debit tetap

dan

Grafik 2.8 Yb/Ya pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk debit

berubah.

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Hubungan Yb/Ya pengukuran vs Yb/Ya teoretis untuk 2 kondisi debit

tetap dan berubah.

Penggunaan intercept dalam penggambaran grafik

Bentuk ideal hubungan Yb/Ya pengukuran dan Yb/Ya teoretis. 2 Grafik 2.9 L/Yb vs Fra untuk debit

tetap dan Grafik 2.10 L/Yb vs Fra

untuk debit berubah.

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Cari alasan mengapa harus dibuat grafik L/Yb vs Fra

Bandingkan kedua kondisi debit, berubah dan tetap.

Cari kegunaan grafik ini dalam aplikasi di lapangan. 3 Grafik 2.11Y vs E untuk debit

tetap dan Grafik 2.12 Y vs E untuk

debit berubah.

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Hubungan antara Y dan E.

Bandingkan kedua kondisi debit, debit tetap dan debit berubah.

Buktikan persamaan 2.10 dan 2.11

Hubungan persamaan tersebut dengan grafik Y vs E.

64

6.8. Kesimpulan

Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum, garis besar hasil analisis dari data yang sudah

didapatkan, dan perbandingannya dengan keadaan ideal (sesuai atau belum). Berikan juga penilaian singkat jika

hasil percobaan kurang sesuai dengan kondisi ideal.

Dari kesimpulan yang telah didapat, buatlah saran-saran yang dapat berguna untuk percobaan selanjutnya, adanya

temuan lain yang didapat selama percobaan berlangsung dan mungkin dapat diteliti lebih lanjut, serta perbaikan

praktikum secara keseluruhan di masa mendatang.

6.9. Daftar Pustaka

Chow, Ven Te, Ph.D. 1959. Open-Channel Hydraulics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

65

FORMULIR PENGAMATAN Modul V: PINTU SORONG DAN AIR LONCAT

Praktikan: Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil

No Nama NIM Paraf TANGGAL PRAKTIKUM

1

2 Assiten :

( ............................... )

3

4

5

No. Kelompok: Lembar 1/1

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN:

Data alat

• Lebar Saluran = ( ................... .......... cm)

Data Pengamatan

Percobaan A: Debit Tetap, Yg Berubah

Bacaan Manometer Hi = ( ........................... cm), H2 = (cm), Ah = (

.............................................................................. cm)

Percobaan B: Debit Berubah, Yg Tetap Yg = ( ......................... cm)

Percobaan A: Debit Tetap, Yg Berubah

No. Praktikum Pintu Sorong (cm) Praktikum Air Loncat (cm)

Yg Y0 Y1 Xa Ya Xb Yb

1

2

3

4

5

Percobaan B: Debit Berubah, Yg Tetap

Praktikum Pintu Sorong (cm)

Bacaan Manometer Praktikum Air Loncat (cm)

No.

H1 (cm) H2 (cm) Ah

(cm) Y2 Y0 Y1 Xa Ya Xb Yb

1

2

3

4

5