BAB I ALIRAN MELEWATI AMBANG ( AMBANG LEBAR DAN AMBANG TAJAM ) 1.1 Teori 1.1.1 Pendahuluan Dari suatu aliran air dalam saluran terbuka, khususnya dalam hidrolika kita mengenal aliran beraturan yang berubah tiba-tiba. Perubahan ini disebabkan oleh adanya gangguan pada penampang saluran dalam arah vertikal, yaitu suatu perubahan penampang yang tegak lurus terhadap arah aliran, misalnya bendung, ambang pintu air dan sebagainya. Ambang yang merupakan kenaikan dari dasar saluran terbuka yang menyebabkan terganggunya permukaan air di hulu dan di hilir secara kontinu disebut juga dengan pelimpah. Pengamatan yang dilakukan pada percobaan ini: a. Mengamati profil suatu aliran pada saluran terbuka dengan menggunakan pelimpah ambang lebar dan ambang tajam. b. Mengamati kecepatan aliran dan debit yang melewati gangguan. c. Kehilangan energi antara hulu dan hilir gangguan.
Perbedaan karakteristik akan terlihat pada keadaan loncat yang ditunjukkan oleh Y 1 dan Y. Dengan membendung/memasang sekat aliran disebelah hilir maka akan didapat tingkatan-tingkatan mulai dari loncat, peralihan dan tenggelam. Selanjutnya dengan mengatur debit aliran, profil dari aliran ini dapat diamati dengan seksama untuk dibandingkan. 1.1. Tujuan Percobaan 1. Mempelajari karakteristik dari bangunan pelimpah yang bisa dipakai dalam bangunan air, misalnya bendung, waduk dan lain-lain. Karakteristik tersebut antara lain: a. pengaruh massa air di hilir pelimpah terhadap massa air di hulu pelimpah (ditunjukkan dengan grafik He 1 vs He ) b. pengaruh debit terhadap massa air di atas pelimpah (ditunjukkan dengan grafik He 1 vs ) c. pengaruh kekasaran permukaan bendung terhadap debit aliran (ditunjukkan dengan grafik C vs ), dimana C adalah koefisien pengaliran d. pengaruh massa air di atas pelimpah terhadap koefisien kekasaran C (ditunjukkan oleh grafik He 1 vs C )
e. menentukan harga H desain (H d) dari ketinggian muka air di atas pelimpah yang mungkin terjadi dengan mengambil C desain (C d) tertentu (grafik C/C d vs He 1/ H d).. Menentukan koefisien pengaliran (C). 1.1.3 Alat dan Bahan 1. Saluran terbuka dengan penampang empat persegi panjang.. Pompa air lengkap dengan bak penampung. 3. Alat ukur debit (gelas ukur) atau dengan cara lainnya. 4. Sebuah alat pelimpah ambang lebar dan pelimpah ambang tajam. 5. Alat pengukur tinggi muka air (meteran taraf). 6. Alat ukur jarak/posisi (meteran). 7. Sekat pengatur untuk mendapatkan posisi loncat, peralihan dan tenggelam. 8. Alat-alat lainnya yang mendukung praktikum. 1.1.4 Rumus Dasar dan Perhitungan Penurunan rumus:
Hukum Bernoulli: P1 V1 P Z 1 + + = Z + + ρ. g. g ρ. g P1 P H L = Z1 + ρ. g V. dengan mengunakan prinsip manometer, diperoleh: H L = X = H Menghitung Debit Aliran Untuk menghitung debit aliran, digunakan alat pengukur debit venturimeter dengan rumus sebagai berikut:
Hukum Bernoulli: E 1 = E P1 V1 P Z + + = Z + + 1 Karena saluran horizontal maka: V Z 1 = Z P1 P V V1 Hukum Kontinuitas: = g. g A 1. V 1 = A. V A 0,5.d V = = V V 1 A1 0,5d1 Debit aliran: d V = 1 V d1 = A 1. V 1 d 0.5. π. d1. V d1 = Contoh: jika d 1 = 3.15 cm dan d =.00 cm Sehingga:
= 171.81 π ( H) 0.5 Koefisien pengaliran: C = 1,5 L. H e Keterangan: C = koefisien pengaliran (cm 0.5 /s) L = lebar bendung (ambang) (cm) H e = tinggi energi total di atas ambang (cm) Catatan: H e diukur sebagai tinggi air di atas ambang dengan mengabaikan tinggi kecepatan (V 1 / g) yang kecil sekali dibandingkan dengan tinggi muka air. 1.1.5 Prosedur Percobaan 1. Ukur panjang, lebar dan tinggi pelimpah ambang lebar, ambang lebar dipasang pada posisi tertentu dalam saluran.. Hidupkan generator pompa air, air dialirkan dengan debit tertentu. 3. Besarnya debit diukur dengan venturimeter. Jika venturimeter tidak ada, besarnya debit juga bisa ditentukan dengan cara menampung air pada suatu wadah, bersamaan dengan mencatat waktu
menggunakan stopwatch, lalu air tersebut diukur dengan menggunakan gelas ukur. 4. Atur aliran dengan memasang sekat pada sebelah hilir pelimpah, sehingga diperoleh: Kondisi loncat pertama (L 1) Kondisi loncat kedua (L ) Kondisi peralihan (P) Kondisi tenggelam pertama (T 1) Kondisi tenggelam kedua (T ). Catatan: Keadaan loncat adalah keadaan dimana tinggi muka air di hulu saluran tidak dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir Keadaan peralihan adalah keadaan dimana tinggi muka air di hulu saluran tepat dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir Keadaan tenggelam adalah keadaan dimana tinggi muka air di hulu saluran dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir. Pada masing masing kondisi dicatat kedalaman permukaan air pada titik-titik dimana terjadi perubahan profil aliran (sebanyak 8 titik) dan catat absis dari tiap-tiap titik pengukuran. 5. Hitung ketinggian muka air untuk mendapatkan gambaran profil aliran.
6. Langkah di atas diulangi untuk 1 buah debit aliran lain yang berbeda. 7. Untuk 5 buah debit yang berbeda, yang dicatat hanya kedalaman muka air hulu (Y 1) dan kedalaman muka air hilir (Y ). 8. Langkah 1 s/d 6 dilakukan kembali dengan mengganti pelimpahan ambang lebar dengan pelimpahan ambang tajam. 9. Buat grafik He 1 vs He. 10. Buat grafik He 1 vs. 11. Dari grafik He 1 vs ambil 10 pasang He dan. Kemudian hitung C. Buat grafik He 1 vs C dan C vs. 1. Hitung harga C desain (Cd). Kemudian dari grafik He 1 vs C tentukan Hd. 13. Buat grafik C/ Cd vs He/ Hd. 14. Analisa masing-masing grafik. 15. Buat kesimpulan. Catatan: Teori dilengkapi dengan pembuktian rumus dari: 0.5... d π d1 V d1 = C = 1,5 L.H e
1. Ambang Lebar Contoh Perhitungan Ambang Lebar Untuk Debit Pertama ( 1) Data-data : H = 1,8 cmhg He 1 = Y 1 P He = Y P Maka = 171,81. π. ( h) 0.5 = 539,76. ( h) 0.5 = 74,16 cm3/dt Kondisi loncat 1 (L1) P = tinggi ambang 10, cm Y 1 = 13,3 cm... He 1 = 13,3 10. = 3,1 cm Y = 0,64... He = 0,64 10. = -9,56 cm Kondisi Loncat II (LII) P = tinggi ambang 10, cm Y 1 = 13,3 cm... He 1 = 13,3 10, = 3,1 cm Y = 6,83 cm... He = 6,83 10, = -3,37 cm Kondisi Peralihan (P) P = tinggi ambang 10, cm Y 1 = 13,3 cm... He 1 = 13,3 10, = 3,1 cm Y = 9,8 cm... He = 9,8 10, = -0,4 cm Kondisi Tenggelam I (T1) P = tinggi ambang 10, cm
Y 1 = 13,38 cm... He 1 = 13,38 10, = 3,18 Y =1,15 cm... He = 1,15 10, = 1,95 cm cm Kondisi Tenggelam II (TII) P = tinggi ambang 10, cm Y 1 = 13,86 cm... He 1 = 13,86 10, = 3,66 cm Y =13,5 cm... He = 13,5 10, = 3,3 cm Menentukan Harga Koefisien Pengaliran : C = L.He Keterangan: L = panjang ambang. Dari grafik He 1 vs untuk nilai He 1 = 5, cm didapatkan nilai = 1400 cm 3 /dt Sehingga: 1400 0.5 C = = = 14,758cm / dt 1,5 1,5 L. He (8).5, Dari beberapa harga dan C yang didapat dari perhitungan di atas, maka dibuat grafik He 1 vs C. Pada grafik He 1 vs C ini, ambil harga C design (Cd) = 15,5 cm 0,5 /dt didapat harga He 1 = Hd = 6,9 cm. Untuk membuat grafik C/Cd vs He 1/Hd, maka setiap harga He 1 dibagi Hd dan C dibagi Cd. 1.5
1.3 Ambang Tajam Contoh Perhitungan Ambang Tajam He 1 = Y 1 P He = Y P Contoh perhitungan untuk Debit pertama ( 1) Data-data : h = 1,5 cmhg Sehingga : = 171,81. π. ( h) 0.5 = 539,76. ( h) 0.5 = 661,065 cm 3 /dt Kondisi Loncat 1 (L1) P = tinggi ambang 7,0 cm Y 1 = 14, cm... He 1 = 14, 7,0 = 7, cm Y = 4,0 cm... He = 4,0 7,0 = -3, cm Kondisi Loncat II (LII) P = tinggi ambang 7,0 cm Y1 = 14, cm... He 1 = 14, 7,0 = 7, cm Y = 6,70 cm... He = 6,70 7,0 = -0,3 cm Kondisi Peralihan (P) P = tinggi ambang 7,0 cm Y1 = 14,5 cm... He 1 = 14,5 7,0 = 7,5 cm Y =11,8 cm... He =11,8 7,0 = 4,8 cm Kondisi Tenggelam I (T1) P = tinggi ambang 7,0 cm Y1 = 14,90 cm... He 1 = 14,90 7,0 = 7,9 cm
Y =11,90 cm... He =11,90 7,0 = 4,9 cm Kondisi Tenggelam II (TII) P = tinggi ambang 7,0 cm Y1 = 15,80 cm... He 1 = 15,80 7,0 = 8,8 cm Y =14,9 cm... He = 14,9 7,0 = 7,9 cm Menentukan Harga Koefisien Pengaliran: C = L.He Keterangan: L = panjang ambang. Dari grafik He 1 vs untuk nilai He 1 = 1,0 cm didapatkan nilai = 150 cm 3 /dt Sehingga: C = L.He 150 = (8).1,0 = 1,5 1,5 1.5 18,750 cm 0,5 /dt Dari beberapa harga dan C yang didapat dari perhitungan di atas, maka dibuat grafik He 1 vs C. Pada grafik He1 vs C ini, ambil harga C design (Cd) =,0 cm 0.5 /dt didapat harga He1 = Hd = 3,5 cm. Untuk membuat grafik C/Cd vs He1/Hd, maka setiap harga He1 dibagi Hd dan C dibagi Cd.
Laporan Praktikum Hidrolika