MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA

Transkripsi

1 MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA EDISI III Di susun oleh : Dr. Prima Jiwa Osly, ST., MSi. Dwi Ariyani, ST., MT. Setyo Utomo, ST. Ir. Akhmad Dofir, MT., IPM. M O D U L UNIVERSITAS PANCASILA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL Jl. Lenteng Agung Raya, Jagakarsa Jakarta

2 H 1 PENGUKURAN DEBIT PADA SALURAN ALAM I. Pendahuluan Saluran alam atau biasa disebut Saluran terbuka adalah saluran dimana air mengalir dengan muka air bebas.pada semua titik di sepanjang saluran,tekanan permukaan air adalah sama, yang biasanya adalah tekanan atmosfir.pada saluran terbuka, variabel aliran sangat tidak teratur baik terhadap ruang maupun waktu.variabel tersebut adalah tampang lintang saluran,kekasaran,kemiringan dasar,belokan,debit aliran dan sebagainya.(triadmojo, B,Hidraulika II,Hal 103). Debit (discharge), atau besarnya aliran sungai (stream flow) adalah volume aliran yang mengalir melalui suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Biasanya dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik ( m3/det) atau liter per detik (l/det). Pengukuran debit yang dilaksanakan di suatu pos duga air tujuannya terutama adalah membuat lengkung debit dari pos duga air yang bersangkutan.lengkung debit dapat merupakan hubungan yang sederhana antara tinggi muka air dan debit. II. Dasar Teori Pengukuran kecepatan aliran dilakukan dengan cara antara lain : Menggunakan alat pengukur aliran (current meter) mengukur kecepatan rata-rata pada segmen-segmen penampang dengan membagi-bagi penampang saluran secara vertikal. Menggunakan pelampung yang dihanyutkan ke dalam aliran dengan mencatat laju pelampung pada jarak tertentu. (Suroso,A., Mekanika Fluida dan Hidrolika) Pengukuran debit; cara sederhana untuk mengukur debit adalah dengan cara tidak langsung yaitu dengan pengukuran kecepatan aliran. Pengukuran Dengan Pelampung Pengukuran dengan pelampung Adalah metode tertua dan paling simpel yang dilakukan untuk menghitung kecepatan aliran di saluran terbuka. Dilakukan dengan cara mengamati waktu yang di perlukan pelampung untuk melewati jarak yang telah di tentukan. (Shariff, A., Hydraulics and Fluid Mechanics, hal 223). 1. Pengukuran dengan pelampung: Penggal Sungai AB ditentukan jarak (L) Pelampung di lepas dititik 0 ke titik A sepanjang jarak yang telah ditentukan dengan tujuan agar kecepatan pelampung stabil.setelah pelampung mencapai titik A pengukuran waktu dilakukan hingga mencapai titik B dengan menggunakan stopwatch.dari hasil pengukuran waktu tersebut maka akan di dapatkan Variabel kecepatan (V) dengan membagi jarak (L) terhadap waktu (T) yang didapat dari hasil pengukuran. Lebar sungai sebaiknya dibagi 3(tiga) bagian yaitu kanan-tengah-kiri Pengukuran sebaiknya dilaksanakan setiap ½ jam (menurut petunjuk instruktur) Kecepatan rerata vertikal perlu dikalikan dengan faktor K: K = 0,85 K = 0,60 untuk kedalaman kurang dari 0,5 m K = 0,90 0,95 untuk kedalaman lebih dari 4 m 2. Pengukuran Dengan Current Meter V merupakan kecepatan aliran air sungai 1

3 Dengan menggunakan alat current meter digital maka didapatkan angka kecepatan aliran air sungai dengan satuan km/detik, yang kemudian dikonversikan ke m2/detik untuk mendapatkan debit aliran air sungai. Pengukuran vertikal pada dua titik 0,2H dan 0,8H (H=kedalaman); V = (V0,2 +V0,8)/2...(5) Pengukuran vertikal pada tiga titik: V = ½ (V0,6 + (V0,2 +V0,8)/3)..(6) Pengukuran vertikal pada empat dan lima titik: dengan: V 0,2 = Vpada kedalaman 0,2 dari permukaan air (m/det) V 0,6 = V pada kedalaman 0,6 dari permukaan air (m/det) V 0,8 = V pada kedalaman 0,8 dari permukaan air (m/det) V p = V pada permukaan air (m/det) V d = V pada dasar sungai (m/det) Cara Menghitung debit aliran suatu penampang: Mean Area Method B H n V n H n+1 V n+1 Vn Vn 1 H n H Q 2 2 n 1 B Mid Area Method B Q H. V. n n B H n V n dengan: B = lebar penampang basah pada pias Vn = kecepatan rata-rata aliran pada penampang pias Hn = tinggi penampang basah pada pias Bilangan Froude : Fr = (Pengaruh gravitasi lebih berperan) Dengan V dan Y adalah kecepatan dan kedalaman aliran, adapun konsep dari bilangan froude yaitu jika nilai Fr < 1 maka termasuk aliran subkritis, kritis jika Fr = 1, dan superkritis apabila Fr > 1. (Shadiq, F., HIDROLIKA Praktis&Mudah, hal 47). III. Maksud dan Tujuan Percobaan Dalam percobaan ini diharapkan agar praktikan mampu memahami bagaimana cara pengukuran debit pada saluran alam,serta dapat mengaplikasikannya dalam bidang ilmu teknik sipil. Tujuan dari percobaan ini yaitu : Menentukan Bilangan Froude berdasarkan debit yang mengalir. Menentukan kecepatan rata-rata vertikal pada percobaan current meter. Menentukan kecepatan rata-rata (permukaan) pada percobaan pelampung. Menentukan debit pada saluran alam. 2

4 IV. Alat yang Digunakan Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu : 1. Satu buah pelampung(d = 25 cm) Gambar 1-1. Pelampung 2. Satu Unit Current-meter dan Control Display Unit 3. Stop watch 4. Tiang pengukur kedalaman 5. Alat ukur panjang (Meteran) V. Prosedur Percobaan A. Pengukuran Dengan Pelampung 0 A start start 10 meter A 50 meter B Finish Gambar 1-2. Daerah Pengukuran dengan Pelampung Pengukuran kecepatan aliran permukaan mengikuti prosedur sebagai berikut : 1. Mempersiapkan daerah pengukuran pada saluran alam (sungai) dengan patok patok ditandai dengan titik 0, titik A,dan titik B 2. Menentukan jarak titik 0 ke titik A sejauh 10 meter dan jarak titik A ke titik B sejauh 50 meter. 3. Melepaskan Pelampung dari titik 0 sejauh 10 meter menuju titik A dengan tujuan agar kecepatan pelampung menjadi stabil.kemudian ketika pelampung mencapai titik A maka dilakukan perhitungan waktu hingga pelampung mencapai titik B. 4. Pekerjaan di atas dilakukan di daerah kiri, kemudian tengah dan kanan, kemudian diulangi sebanyak 3 kali, untuk mendapatkan harga kecepatan rata-rata. B. Pengukuran Dengan Current Meter Pengukuran kecepatan aliran dengan Current meter mengikuti prosedur sebagai berikut: 1. Menyiapkan satu unit Current meter 2. Mengukurpenampang melintang saluran yang akan digunakan sebagai saluran percobaan. 3. Semua peralatan setelah siap, kemudian membagi-bagi penampang aliran menjadi 3 (tiga) pias atau bagian dengan lebar permukaan yang sama. 3

5 4. Mengukur tinggi air penampang basah saluran, lebar permukaan basah dan lebar permukaan air setiap pias. 5. Memasukkan stik dan propeller Current meter kedalam saluran dan ditempatkan pada masing-masing kedalaman 0,2H: 0,6H: dan 0,8H, (H = tinggi muka air dari dasar saluran). Dipilih sesuai kedalaman aliran. 6. Menempatkan Propeler tegak lurus menghadap arus aliran, setelah tepat pada posisi yang dimaksud kemudian menekan tombol pada counter bersamaan dengan itu juga menjalankan stopwatch sampai pada interval waktu tertentu (50 detik) counter dan menghentikan stop watch, kemudian mencatat jumlah putaran (N) pada counter. 7. Mengulangi percobaan diatas diulang sebanyak 3 kali untuk beberapa tinggi muka air (H) sesuai dengan perubahan aliran yang ditentukan. 8. Menghitung kecepatan tiap pengukuran, menghitung kecepatan rata-rata. 4

6 UNIVERSITAS PANCASILA LABORATORIUM SIPIL FAKULTAS TEKNIK MEKANIKA TANAH UKUR TANAH JALAN & ASPAL BAHAN BETON HIDROLIKA Jl.Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan ( ) Telp.(021) Ext.115/117. Fax (021) Laporan No :... Dikerjakan Tgl :... Jenis Material :... Dikerjakan Oleh :... Instansi :... Diperiksa Oleh :... Proyek / Pekerjaan :... TABEL DATA PENGUKURAN DEBIT PADA SALURAN ALAM Pias ke Kedala man Lebar Titik Pengukuran Kecepatan (V) Kecepatan (V) V rata-rata Q Fr (-) (m) (m) (m) Km/jam m/det (m/dt) (m 3 /dt) (-) 1 (Kiri) 2 (Tengah) 3 (Kanan) 5

7 H 2 SLUICE GATE I. Tujuan Praktikum ini bertujuan untuk: a. Menentukan hubungan antara head hulu dan tingkat aliran untuk aliran air dibawah SLUICE GATE b. Menghitung koefisien debit II. Peralatan 1. HF507 Tilting flow channel 2. HF kait anti karat dan point gauge 300 mm dengan pembacaan 0.05 mm atau 3. HF A kait anti karat dan point gauge skala 300 mm x 0,.5 mm 4. HF SLUICE GATE, tipe geser dengan perlengkapan anti karat atau 5. HF Radial gate, dengan perlengkapan anti karat atau 6. Stopwatch dan water meter untuk mengukur volume 7. HF tabung pitot dengan manometer utnuk mengukur kecepatan air Gambar 2-1 Simbol dan Nomenklatur III. Landasan Teori dan Latar Belakang Untuk aliran dibawah undershot weir berujung tajam, dapat dilihat bahwa: Maka : Dimana : Q = Vlolume angka aliran (m 3 /s) Cd = Koefisien limpasan (Tanpa dimensi) B = Luasan weir (m) g = konstanta gravitasi = 9.81 (m/s 2 ) yg = Tinggi bukaan weir diatas bed (m) y0 = Kedalaman hulu aliran (m) H0 = Total head hulu weir (m) H1 = Total head hilir dari weir (m) Y1 = Kedalaman hilir aliran (m) V0 = Kecepatan rata-ratahulu weir (m/s) V1 = Kecepatan rata-rata hilir weir (m/s) 6

8 IV. Tata Cara Pemasangan Perlengkapan 1. Pastikan flume sudah datar 2. Catat luasan asli b dan h(m) dari adjustable undershot weir. 3. Pasang undershot weir dengan aman ke channel dengan ujung tajam dibawah weir menghadap ke hulu. 4. Celah antara weir dan channel harus dikunci pada sisi hulu sebelum melakukan percobaan. 5. Pasang kait dan point gauges (pilihan) diatas sisi channel, satu pad hulu weir dan satu pada hilir weir dan atur kait dan point gauge. 6. Datum untuk semua pengukuran berada diatas bed dari flume. V. Prosedur Percobaan I. Percobaan kedalaman hulu konstan, sesuai bukaan gate (yg) 1. Atur ujung dari weir atau bukaan gate yg = 25 mm diatas bed flume. 2. Nyalakan pompa air, buka katup pengatur aliran, biarkan air mengalir melalui flume. 3. Secara bertahap, buka katup pengatur aliran, menggunakan ukuran katup level hulu dan jaga kedalaman aliran hulu y0 = 130 mm. 4. Tunggu hingga kedalaman air stabil lalu catat data berikut: a. Volume nilai aliran menggunakan pembacaan langsung flow meter atau mengukur tangki dengan stopwatch. b. Kedalaman aliran hilir. 5. Naikan weir dengan peningkatan sebesar 12 mm (hingga bukaan gate setara dengan 90 mm m), ulangi langkah 4. II. Percobaan tingkat aliran konstan, sesuai bukaan gate (yg). 1. Atur ujung dari weir atau bukaan gate yg = 25 mm diatas bed flume. 2. Nyalakan pompa air, buka katup pengatur aliran, biarkan air mengalir melalui flume. 3. Atur dan pertahankan nilai aliran pada sekitar 180/1 min. 4. Tunggu hingga kedalaman air stabil lalu catat data berikut: a. Kedalaman aliran hulu b. Kedalaman aliran hilir. 5. Naikkan weir dengan peningkatan sebesar 12 mm (hingga bukaan gate setara dengan 90 mm), ulangi langkah 4. VI. Hasil dan Kesimpulan 1. Gambar plot Q vs. Yg untuk konstanta y0 2. Gambar plot y0 vs. Yg untuk konstanta Q. 3. Gambar plot dari Cd ag vs. Q untuk konstanta y0. 4. Plot Cd vs. Yg untuk konstanta Q. 5. Menentukan pengaruh dari y0 dan Q pada koefisien limpasan Cd. 6. Membandingkan nilai yang didapat untuk H1 dan H2 dan kesimpulannya. 7

9 UNIVERSITAS PANCASILA LABORATORIUM SIPIL FAKULTAS TEKNIK MEKANIKA TANAH UKUR TANAH JALAN & ASPAL BAHAN BETON HIDROLIKA Jl.Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan ( ) Telp.(021) Ext.115/117. Fax (021) Laporan No :... Dikerjakan Tgl :... Jenis Material :... Dikerjakan Oleh :... Instansi :... Diperiksa Oleh :... Proyek / Pekerjaan :... TABEL DATA HF 507 TILTING FLOW CHANNEL, lebar 75 mm LIMPASAN DIBAWAH GATE Lebar weir, b =...(m) yg (m) y0 (m) y1 (m) V (l) t (sec) Q (m 3 /s) Cd H0 (m) H1 (m) 8

10 H 3 LONCATAN HIDROLIK I. Tujuan Tujuan praktikum ini adalah untuk mempelajari karakteristik pola aliran saat air mengalir dibawah undershot weir. II. Peralatan 1. HF507 Tilting Flow Channel. 2. HF SLUICE GATE, tipe geser dengan perlengkapan anti karat (perlu 2). 3. HF Kait anti karat dan point gauge 300 mm dengan pembacaan 0.05 mm, atau 4. HF A kait anti karat dan point gauge skala 300 mm x 0.05 mm. 5. HF tabung pitot dengan papan manometer untuk pengukuran kecepatan aliran pada berbagai bagian channel. 6. Stopwatch dan water meter untuk pengukuran volume. III. Ringkasan Teori dan Latar Belakang 1. Loncatan hidrolik, disebut juga standing wave, adalah transisi terus-menerus dari aliran superkritis ke aliran subkritis. Loncatan hidrolik memiliki sifat turbulen, yang mana menciptakan kehilangan energi (DE). Suatu loncatan hidrolik umumnya digunakan untuk mengurangi kecepatan aliran di bagian hilir. Gambar 3-1 Variabel dan nomenklatur loncatan hidrolik 9

11 Gambar 3-2 Kurva energi spesifik untuk aliran melalui loncatan hidrolik Gambar 3-3 Rasio kehilangan energi menggambarkan fraksi kehilangan energi mekanik selama loncatan hidrolik 2. Jika aliran superkritis terjadi (oleh berbagai kontrol hidrolik seperti gate) dalam suatu channel dimana kondisi aliran normal adalah subkritis (karena lereng, kekasaran, dan nilai aliran), maka akan terbentuk loncatan hidrolik. Pada channel persegi horisontal, hubungan antara kedalaman hilir dan hulu didapat dari persamaan berikut:... (3-1) Dimana : y1 = Kedalaman hulu air (sebelum loncatan) (m) Y2 = Kedalaman hilir air (setelah loncatan) (m) Fr1 = Angka Froude hulu (tak berdimensi) = Fr1 = v1 = Kecepatan hilir rata-rata (setelah SLUICE GATE) (m) 3. Kecepatan hilir rata-rata (setelah SLUICE GATE) dapat ditentukan menggunakan persamaan kontinuitas Qo = Q1... (3-2) Dimana v0a0 = v1a1... (3-3) Dan v0y0b = v1y1b... (3-4) Atau v0y0 = v1y1... (3-5) Dimana: b = Luasan weir (m) Y0 = kedalaman air di hulu (sebelum SLUICE GATE pertama) (m) Y1 = kedalaman air di hili (setelah SLUICE GATE pertama) (m) V0 = kecepatan rata-rata hulu (sebelum SLUICE GATE pertama) (m) 10

12 V1 = kecepatan rata-rata hilir (setelah SLUICE GATE pertama) (m) V2 = Kecepatan rata-rata setelah loncatan hidrolik (sebelum SLUICE GATE kedua (m) 4. Sebagai tambahan kehilangan energi didapat dari persamaan berikut:... (3-6) Dimana DH = Total kehilangan head melalui loncatan (kehilangan energi) (m) Persamaan diatas dapat disederhanakan,...(3-7) 5. Berdasarkan U.S. Bureau Reclamation (USBR), suatu loncatan hidrolik dapat diklasifikasikan dalam loncatan sangat lemah, lemah, berosilasi, stabil, dan kuat. Tabel 4-1 menunjukkan klasifikasinya Tabel 3-1 Klasifikasi Loncatan hidrolik 11

13 Gambar 3-4 IV. Tata Cara Memasang Peralatan 1. Pastikan flume sudah datar. 2. Catat luasan aktual b dari adjustable undershot weir. 3. Pasang undershot weir pertama dengan aman ke channel dengan ujung tajam dibawah weir menghadap ke hulu dan undershot kedua pada akhir channel. 4. Jarak antara weir dan channel harus ditutup pada sisi hulu sebelum melakukan percobaan. 5. Pasang kait dan point gauge (pilihan) diatas sisi channel, satu pada bagian aliran menerus hulu dari loncatan dan satu lagi pada bagian aliran menerus setelah loncatan. 6. Datum untuk semua pengukuran ada diatas bed flume. V. Prosedur percobaan 1. Pasang ujung SLUICE GATE pertama atau bukaan gate yg = 60 mm diatas bed flume dan naikan gate undershot weir kedua terbuka penuh sehingga tidak akan mengganggu aliran. 2. Nyalakan pompa air, buka katup pengontrol aliran, biarkan air mengalir melalui flume. 3. Buka katup pengontrol aliran secara bertahap dan atur aliran samp[ai kedalaman aliran di hulu y0 = 75 mm, perhatikan dan buat pola aliran. 4. Tunggu hingga kedalaman air stabil, ukur dan catat nilai volume aliran menggunakan bacaan langsung flow meter atau mengukur tangki menggunakan stopwatch. 5. Pindahkan level gauge hulu ke tempat setelah SLUICE GATE pertama lalu catat data berikut : a. Kedalaman air di hulu. b. Kedalaman air di hilir. c. Pengamatan pola aliran. d. Kecepatan rata-rata sebelum dan setelah loncatan hidrolik. 6. Secara bertahap turunkan bukaan gate kedua pada akhir channel hingga ujung SLUICE GATE kedua lebih rendah daripada permukaan air, amati pola aliran. 7. Turunkan ujung SLUICE GATE pertama atau bukaan gate dengan kelipatan 3 mm, dan pada waktu yang sama buat loncatan hidrolik dengan menurunkan secara bertahap bukaan gate dari SLUICE GATE kedua hingga ujung SLUICE GATE kedua lebih rendah daripada permukaan air. 8. Untuk setiap jenis loncatan ukur y1, y2, v1, dan v2 juga amati dan gambar sketsa pola aliran dan tipe loncatan hidrolik. 9. Ulangi percobaan untuk tingkat aliran yang lain, kedalaman aliran hulu atau hilir yang berbeda, atau yo dan ketinggian gate (yg) yang berbeda pula. 12

14 VI. Hasil dan kesimpulan 1. Hitung V1 dan plot terhadap 2. Hitung dan plot terhadap 13

15 UNIVERSITAS PANCASILA LABORATORIUM SIPIL FAKULTAS TEKNIK MEKANIKA TANAH UKUR TANAH JALAN & ASPAL BAHAN BETON HIDROLIKA Jl.Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan ( ) Telp.(021) Ext.115/117. Fax (021) Laporan No :... Dikerjakan Tgl :... Jenis Material :... Dikerjakan Oleh :... Instansi :... Diperiksa Oleh :... Proyek / Pekerjaan :... TABEL DATA HF 507 TILTING FLOW CHANNEL, lebar 75 mm LONCATAN HIDROLIK Lebar weir, b =...(m) y 0 m V l t sec Q m 3 /s y c m y g m y 1 m v 1 m F rl m y 2 m v 2 m y 1/ y 2 m DH m Profil 14

16 H 4 KARAKTERISTIK ALIRAN MELALUI BROAD WEIR SUDUT TAJAM DAN STREAMLINED (BERUJUNG BULAT) I. Tujuan untuk mengetahui hubungan antara head hulu dan nilai aliran air yang mmengalir melalui broad crested weir (weir basis panjang) untuk menghitung koefisien limpasan untuk mengamati pola aliran pada weir. II. Perlengkapan Percobaan HF507 Tilting flow channel HF kait tahan karat dan point gauge 300 mm dengan pembacaan 0.05 mm, atau HF A kait tahan karat dan poijnt gauge skala 300 mm x 0.5 mm HF broad crested weir, berujung bulat atau datar HF Tabung pitot dengan papan manometer untuk pengukuran kecepatan aliran pada berbagai bagian channel Stopwatch dan water meter untuk pengukuran volume. III. Ringkasan teori dan Latar belakang Broad crested weir adalah suatu struktur dalam channel terbuka yang memiliki crest horisontal diatas tekanan cairan dapat dianggap hidrostatis. Sebuat koefisien weir yang empiris digunakan untuk menghitung berbagai pengaruh nyata yang tidak termasuk dalam analisis yang disederhanakan. Untuk broad crested weir dapat ditunjukkan bahwa: Gambar 4-1 Geometri broad-crested weir... (4-1) Perkiraan nilai dari Cwb, koefisien broad-crested weir, didapat dari persamaan :... (4-2) Kedalaman kritis, yc, didapat dari persamaan: 15

17 ... (4-3) Dimana : Q = Volume aliran (m 3 /s) b = Luasan weir (= luasan channel) (m) Cwb = Koefisien kehilangan untuk broad crested weir (tak berdimensi) h = Head diatas crest weir (hulu) (m) = Kedalaman aliran hulu (y0) tinggi weir (Pw) y0 = kedalaman aliran hulu Pw = tinggi weir crest diatas bed (m) G = Percepatan gravitasi = 9.81 (m/s 2 ) Broad crested weir dari kayu atau beton sering dipilih karena ketahanannya. Perawatan harus dilakukan untuk menghindari sedimentasi hulu berskala besar pada kaki weir (lihat gambar 11-2). Pengerukan secara berkala dapat menghasilkan informasi tentang perpindahan sedimentasi. Gambar 4-2 IV. Tata Cara Memasang Peralatan 1. Pastikan flume sudah datar. 2. Catat luasan aktual b. 3. Pasang bread crested weir dengan aman pada channel dengan ujung bulat dari weir menghadap hulu (lihat bagian pemasangan model). 4. Untuk hasil percobaan yang lebih baik, jarak antara weir dan channel harus dikunci pada sisi hulu. 5. Pasang kait dan point gauges (pilihan) pada sisi channel di hulu weir lalu atur kait dan point gauge. 6. Ukur ketinggian weir (Pw) lalu catat datanya. 7. datum untuk semua pengukuran adalah pada ujung atas dari weir; kait dan point gauge (pilihan) harus diatur untuk menyesuaikan ujung atas dari broad crested weir, catat pembacaan datum. V. Prosedur Percobaan 1. Nyalakan pompa air, buka katup pengontrol aliran, dan biarkan air mengalir melalui flume. 2. Atur aliran air di dalam flume biarkan air mengalir melalui weir, ukur head diatas crested weir, catat volume aliran menggunakan pembacaan langsung flow meter, indikator aliran, atau mengukur tangki menggunakan stopwatch. 3. Atur ulang aliran air dalam flume untuk mendapatkan head dengan peningkatan sebesar 9 mm lalu catat volume aliran. 4. Harap dicatat bahwa, untuk hasil yang lebih baik pembacaan tingkatan harus cukup jauh hulu dari weir. 16

18 VI. Hasil dan Kesimpulan 1. Gambar plot Q terhadap h. 2. Gambar plot Cwb terhadap h. 3. Apakah magnitude dari aliran mempengaruhi koefisien limpasan Vwb? 4. Apakah Cwb bertambah atau berkurang seiring dengan penambahan nilai aliran? 5. Bandingkan nilai dari Cwb terhitung yang didapat dari 11.1 dan Apakah ketinggian dari kedalaman aliran hulu (h) mempengaruhi koefisien limpasan? 7. Bagaimana pola air saat melewati weir, apakah ketinggian dari kedalaman hulu aliran (h) mempengaruhi pola aliran pada weir? VII. Referensi Yanus A. Cengel, John M. Cimba, Fluid Mechanics Fundamental and Applications p

19 UNIVERSITAS PANCASILA LABORATORIUM SIPIL FAKULTAS TEKNIK MEKANIKA TANAH UKUR TANAH JALAN & ASPAL BAHAN BETON HIDROLIKA Jl.Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan ( ) Telp.(021) Ext.115/117. Fax (021) Laporan No :... Dikerjakan Tgl :... Jenis Material :... Dikerjakan Oleh :... Instansi :... Diperiksa Oleh :... Proyek / Pekerjaan :... TABEL DATA HF 507 TILTING FLOW CHANNEL, lebar 75 mm KARAKTERISTIK ALIRAN MELALUI BROAD WEIR SUDUT TAJAM DAN STREAMLINED (BERUJUNG BULAT) Lebar weir, b =...mm (= lebar channel) Tinggi weir, Pw =...mm h (m) V (l) t (sec) Q (m 3 /s) Cwb (dari pers. 4-1) Cwb (dari pers. 4-2) 18

20 H 5 KARAKTERISTIK ALIRAN MELALUI DAM SPILLWAY I. Tujuan Untuk mengetahui pola aliran sehubungan dengan alirana ir melalui dam spilway yang ditentukan dengan tipe toe yang berbeda. II. Peralatan 1. HF507 Tilting flow channel. 2. HF kait tahan karat dan point gauge 300 mm dengan pembacaan 0.05 mm, atau 3. HF A kait tahan karat dan point gauge skala 300 mm x 0.5 mm 4. HF dam spillway dengan berbagai bagian hilir yang diubah : toe, sky jump piers dan pegs, gravel box, atau stop log. 5. HF tabung pitot dengan papan manometer untuk mengukur kecepatan aliran pada berbagai bagian channel. 6. Stopwatch dan water meter untuk mengukur volume. III. Ringkasan Teori dan Latar Belakang Tipe spillway yang biasa dipakai di lapangan umumnya dibagi dalam 3 zona; crest, muka spillway, dan toe. Aliran yang menuruni muka spillway bisa jadi cukup kompleks, karena kecepatan aliran semakin meningkat, gaya gesek menyebabkan pertumbuhan lapisan batas, aerasi aliran, dan terjadinya kavitasi. Pola aliran pada hilir spillway berbeda tergantung pada bentuk dari bagian hilir. Untuk dam spillway dapat dilihat bahwa: Gambar 5-1 Simbol dan nomenklatur... (5-1) Dimana Q = Volume aliran (m 3 /s) Cds = koefisien limpasan spillway (tak berdimensi) b = Luasan spillway (m) He = Total head diatas crest spillway (hulu) = (m) h = Head diatas crest spillway (hulu) (m) 19

21 g = Percepatan gravitasi = 9.81 (m/s 2 ) Pw = Ketinggian crest spillway diatas bed (m) IV. Tata Cara Memasang Peralatan 1. Pastikan flume sudah datar. 2. Catat lebar (b) dan tinggi (Pw) dari crest spillway diatas bed. 3. Pasang dam spillway dengan aman pada flume dengan crest menghadap hulu dan blended reverse curvature toe berada dibawah bibir. 4. Untuk hasil percobaan yang lebih baik, jarak antara spillway dan channel harus ditutup pada sisi hulu. 5. Pasang kait dan point gauges (pilihan) pada sisi channel di hulu spillway dan atur kait dan point gauge. 6. Datum untuk semua pengukuran adalah diatas crest spillway, kait dan point gauge (pilihan) harus diatur untuk menyesuaikan dengan ujung crest spillway atau ketinggian air yang menyesuaikan dengan ujung crest spillway. 7. Untuk mengatur ketinggian air pada pembacaan datum, isi flume dengan air dengan membuka secara bertahap katup pengontrol aliran dan biarkan air mengisi channel hingga ia lepas ke spillway lalu tutup katup pengontrol aliran. 8. Saat air berhenti mengalir melewati spillway dan ketinggian air stabil, catat ketinggian air sebagai pembacaan datum. V. Prosedur Percobaan 1. Nyalakan pompa air, buka katup pengontrol aliran, dan biarkan air mengalir melalui flume. 2. Atur aliran air dalam flume untuk,menddapatkan head diatas crest spillway h = 6mm, catat volume aliran menggunakan pembacaan alngsung flow meter, indikator aliran, atau mengukur tangki menggunakan stopwatch dan gambar pola aliran diatas dam spillway. 3. Atur ulang aliran air dalam flume untuk mendapatkan head dengan peningkatan sbesar 6 mm, lalu catat volume aliran (Q), dan gambar pola aliran diatas dam spillway. 4. Tambahkan toe. Lalu ulangi langkah 2 dan 3. VI. Hasil dan Kesimpulan 1. Plot Q terhadap h untuk spillway dengan toe. Bandingkan hasilnya. 2. Penjelasan perbedaan antara profil aliran yang dihasilkan oleh masing-msing perlengkapan pada limpasan yang sama. 3. Perbandingan berbagai karakteristik aliran dan hubungannya dengan masalah yang mungkin terjadi pada kegiatan sehari-hari, seperti erosi struktur, pemeriksaan bed sungai, terjadinya penggelembungan air, dsb. 4. Pendapat dari metode berbeda terhadap penghilangan energi kinetik air. Metode yang mana yang paling efektif. 20

22 UNIVERSITAS PANCASILA LABORATORIUM SIPIL FAKULTAS TEKNIK MEKANIKA TANAH UKUR TANAH JALAN & ASPAL BAHAN BETON HIDROLIKA Jl.Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan ( ) Telp.(021) Ext.115/117. Fax (021) Laporan No :... Dikerjakan Tgl :... Jenis Material :... Dikerjakan Oleh :... Instansi :... Diperiksa Oleh :... Proyek / Pekerjaan :... TABEL DATA HF 507 TILTING FLOW CHANNEL, lebar 75 mm KARAKTERISTIK ALIRAN MELALUI DAM SPILLWAY Panjang dam spillway, b =...mm Tinggi crest spillway diatas bed, Pw =...mm h (m) V (l) t (sec) Q (m 3 /s) Catatan 21

23 H 6 KOEFISIEN MANNING (ALIRAN MELALUI ROUGHENED BED) I. Tujuan 1. Menentukan pengaruh roughened bed pada kedalaman air di berbagai nilai aliran. 2. Untuk mendapatkan koefisien yang sesuai untuk menyesuaikan Formula Manning. II. Peralatan 1. HF507 tilting flow channel 2. HF kait anti karat dan point gauge 300 mm dengan pembacaan 0.05 mm atau 3. HF A kait anti karat dan point gauge skala 300 mm x 0,.5 mm 4. HF SLUICE GATE, tipe geser dengan perlengkapan anti karat atau 5. HF tabung pitot dengan manometer utnuk mengukur kecepatan air 6. HF Roughened bed. 7. Stopwatch dan water meter untuk pengukuran volume. Gambar 6-1 Variabel dan nomenklatur III. Ringkasan Teori dan Latar Belakang Untuk menyeragamkan aliran pada channel terbuka, Formula Manning menyebutkan bahwa: (6-1) Dimana : n = Koefisien kekerasan (Manning s n) Tak berdimensi v = Kecepatan cairan rata-rat m/s Q = Volume aliran m 3 /s A = Area aliran m 2 h = kedalaman air =( ) m R = radius rata-rata = A/P m = Area aliran A (m 2 )/ perimeter basah P m P = Perimeter basah = 2h + 2 x m

24 S = Kemiringan garis energi = sinѳ = ( ) Tak berdimensi X = Jarak antara pengukuran level m yo = Kedalaman aliran hulu m y1 = Kedalaman aliran hilir m Catatan : untuk menyederhanakan kemiringan S dapat diasumsikan menjadi kemiringan permukaan air jika perubahan kecil pada kecepatan head antara inlet dan outlet diabaikan. Saat menggunakan flume dengan kecenderungan bed, kemiringan bed harus ditambahkan pada perhitungan S saat menggunakan kait dan point gauges yang menggunakan bed sebagai datum. 23

25 Tabel 6-1 Koefisien Manning untuk beberapa material IV. Mengatur Peralatan 1. Pastikan flume sudah datar. 2. Pasang bagian roughened bed dengan aman pada bawah flume. 3. Pasang undershot weir (pilihan) pada ujung limpasan flume, naikkan gate seluruhnya jadi tidak mengganggu aliran. 4. Pasang kait dan point gauge (pilihan) pada sisi channel, satu di hulu flume, dan satu lagi di hilir, lalu atur kait dan point gauge dan catat jarak pasti x (m). 24

26 5. Datum untuk semua pengukuran adalah tinggi rata-rata dari roughened bed di bawah flume. V. Prosedur Percobaan 1. Nyalakan pompa air, buka katup pengontrol aliran, biarkan air mengalir melalui flume. 2. Tentukan konstanta h = 30 mm dan jangan atur katup pengontrol aliran lagi untuk menghasilkan aliran yang tetap utnuk percobaan. 3. Ukur kecepatandengan mwngukur volume aliran menggunakan bacaan langsung flow meter, indikator aliran, atau mengukur tangki menggunakan stopwatch. 4. Catat kedalaman aliran y0 dan y1 diatas roughened bed di setiap ujung. 5. Hitung koefisien Manning. 6. Atur aliran air dalam flume untuk mendapatkan head dengan peningkatan sebesar 12 mm, catat volume aliran menggunakan bacaan langsung flow meter, indikator aliran atau mengukur tangki dengan stopwatch, lalu ulangi langkah hingga VI. Hasil dan Kesimpulan 1. Hitung A, V, S dan R lalu tentukan n menggunakan Formula Manning untuk masingmasing kondisi. 2. Plot koefisien Manning terhadap h. 3. Apakah h tetap konstan? 4. Bandingkan nilai rata-rata n dengan nilai pada tabel

27 UNIVERSITAS PANCASILA LABORATORIUM SIPIL FAKULTAS TEKNIK MEKANIKA TANAH UKUR TANAH JALAN & ASPAL BAHAN BETON HIDROLIKA Jl.Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan ( ) Telp.(021) Ext.115/117. Fax (021) Laporan No :... Dikerjakan Tgl :... Jenis Material :... Dikerjakan Oleh :... Instansi :... Diperiksa Oleh :... Proyek / Pekerjaan :... TABEL DATA HF 507 TILTING FLOW CHANNEL, lebar 75 mm KOEFISIEN MANNING (ALIRAN MELALUI ROUGHENED BED) Jarak antar level gauges, h V t Q m l sec m 3 /s x =...mm y 0 y 1 x m m m S m A m 2 P m v m R m V m/s n 26

28 Head Tank End Tank Slope adjustment Wheel Water Meter Power Control Flow Control Water storage tank Gambar 7-1 Saluran Terbuka Gambar 7-2 Model dan Asessoris 27

29 Gambar 7-3 Current meter Gambar 7-3 Stopwatch 28

30 DAFTAR PUSTAKA Instruction Manual Relevant Theory And Test Procedures Hf 507 Tilting Flow Channel, 75 Mm.Wide. Essom Company Limited Yanus A. Cengel, John M. Cimba, Fluid Mechanics Fundamental and Applications p. 718 Suroso,A., Mekanika Fluida dan Hidrolika Laboratorium Hidrolika, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila 29