Ambang Tajam

Aliran Melalui Ambang Tajam Tajam

BAB II ALIRAN MELALUI AMBANG TAJAM A. Pendahuluan Pada masa sekarang ini banyak sekali dijumpai bangunan-bangunan yang berhubungan dengan air, misalnya : saluran irigasi, bendungan, spil way, dan lain-lain. Bangunan-ba Bangunan-bangun ngunan an tersebut tersebut untuk merencanakan merencanakannya nya memerlukan memerlukan pengetahuan tentang masalah-masalah yang berhubungan dengan aliran dalam saluran terbuka, seperti mengenai karakteristik aliran dalam kondisi tertentu juga pengaruh bangunan air terhadap profil aliran dan sebagainya. sebagainya. Ciri-ciri aliran terbuka adalah adanya kontak langsung permukaan air dengan atmosfir yang dalam hal ini air yang langsung mengalir pada saluran terbuka dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan tekanan atmosfir. ifat-s ifat-sifa ifatt aliran aliran pada pada salura salurann terbuk terbukaa dalam dalam beberap beberapaa hal dapat dapat diasumsikan secara empiris dengan cara pengamatan langsung dan percobaan di laboratorium. Pada percobaan ini akan diamati profil suatu aliran terbuka dengan pelimpah yang berupa ambang tajam. !imana dengan cara mempelajari modul ini akan mendapat manfaat yang besar sekali gunanya bagi perencanaan bangunan air yang sebenarnya. B. Tujuan Tujuan Percobaan ". #empel #empelaj ajari ari kara karakt kter eris isti tikk dari dari suat suatuu alir aliran an air air yang ang mela melalu luii bang bangun unan an pelimpah berupa ambang tajam pada saluran terbuka dengan debit tertentu. $. #empelajari #empelajari karakteri karakteristik stik aliran aliran sebelum sebelum dan sesuda sesudahh bangunan bangunan pelimp pelimpah. ah. %. #enent #enentuka ukann debit debit aliran aliran &'(, tinggi tinggi muka muka air hulu hulu di atas ambang ambang &hw(, &hw(, koefisien debit &Cd(, fungsi dari Cd, )w*t dan Batas #odular.

Laporan Praktikum Hidrolika Kelompok VI

"+

Aliran Melalui Ambang Tajam

C. Alat-alat yan !"una#an ". atu set sistem saluran terbuka yang dilengkapi dengan : o

enturi meter

o

Pipa air

o

Pompa air

o

Bak penampung air

o

lat pengukur kedalaman air.

$. ekat " cm / cm, ""cm dan "$ cm. %. mbang tajam 0. Penggaris siku-siku !. !a$ar Teor" Perh"tunan 1" 2 1$ 3" +

P" 4 air

+

"

$

=

$g

P$ 4 air

+

$

$

+ 3$

$g

y γ air

5arena saluran hori6ontal maka 3" 2 3$

− P$

P"

4 air

=

$

− " $

$

$g

γ )g

...............................................................................&"(

%u#u& 'ont"nu"ta$ "." 2 $.$

=

"

 $ .$ "

(7,$8.%,"0.d . ) = (7,$8.%,"0.d ) $

$

$

$

"

0

"

$

=

d $ .$ d"

0

$

.........................................................................................

&$( ubstitusikan persamaan &$( ke dalam persamaan &"( : Laporan Praktikum Hidrolika Kelompok VI

"9


0

P" − P$ 4 air

P" − P$ 4 air

$

$

−

=

d $ .$ d"

$

0

$g

$

$

=

 d $ 0  " − 0   .d "  

......................................................................&%(

$g

!alam kondisi keseimbangan didapat : P"  γ air &∆)  y( 2 P $  γ air .y  γ )g.∆) P"  γ air.∆)  γ air .y 2 P$  γ air .y  γ )g.∆) P"  γ air.∆) 2 P$  γ )g.∆) P" 4 air

P" 4 air

P"

+ ;) =

−

P$ 4 air

− P$

4 air

P"

− P$

4 air

P" - P$ 4 air

=

=

P$ 4 air

+

4 )g 4 air

4 )g ;) 4 air

;)

- ;)

&4 )g - 4 air (∆) 4 air

= ;)&4 )g − 4 air (

 dimana γ )g 2 "%,/  γ air 2 "

= "$,/ ∆)

........................................................................

.......&0( Persamaan &0( disubstitusikan ke dalam persamaan &%( : $ "$,/∆) =

$

 d $ 0  " − 0   d "  

"$,/∆).$g = $ $

$

=

$g $

 d $ 0  " − 0   d "  

$8,$∆ H . g

 d $ 0  " − 0   d  " 


$7


'

2 $ . $ '

  7,$8. %,"0 . d $ $ . &$8,$ . ∆) . g( "$     " 0 0 $ (" − d $ *d" )

2

................................................&"( !ari data diketahui : d" 2 %,"0 cm d$ 2 $,77 cm 2 9+" cm*dt$

g

maka persamaan &"( menjadi : ( ) *+,*/ % 01/ ) 002 3 45% !imana : ' 2 !ebit &cm%*dt( ∆)

2 Beda tinggi tekan &)g.cm(

Pembuktian
=

2

+

,$

$g

......................................................................

&"( '

2 .

...................................................................... &"a(



2 b.=

......................................................................&"b(

ubtitusikan &"b( ke &"a( : '



2 .b.=

2

' b . =

.....................................................................

&"c( ' b

2

a


....................................................................&"d( $"


ubtitusikan &"d( ke &"c( : 

2 a*=

$ 2 a$*=$

......................................................................&"e(

ubtitusikan &"e( ke &"( : 1

2

1

=

+

a $ *= $

$g

= + a$

2

$g=

...............................................................................

&$( 1 kritis apabila d1*d= 2 7 d1*d= 2 7

2

a$ $.g.yc $

"− a$ $.g.yc $ "− a$ $.g.yc $

2 "

a$ 2 &g . yc%(

..................................................................................&%(

=c% 2 a$*g =c 2 &a$*g("*%

................................................................................&%a(

ubstitusikan persamaan &"d( ke persamaan &%a( : "*%

=c

 ' $  =  $    b .g 

................................................................................&0(

!ari persamaan &%( : a$ 2 g.=c% a

2 '*b

a$ 2 '$*b$

.............................................................................&"d( ............................................................................&"d>(

Pada Persamaan &"c( : ' 2 c.b.=c '$ 2 c$.b$.=c$ #aka : Laporan Praktikum Hidrolika Kelompok VI

$$


$

a

$

$

c .b .=c

=

$

$

b

a$ 2 c$.=c$

..............................................................................&0>(

Persamaan &0>( disubstitusikan ke persamaan &%( : c$.=c$ 2 g. =c% =

$

c

g.=c

%

$

=c

c$ 2 g. =c

...............................................................................&8(

Persamaan ?mum : 1c 2 =c  c$*$g

...............................................................................&/(

ubstitusikan persamaan &8( ke persamaan &/( : 1c =

=c + g.=c $g

1c 2 =c  7,8 =c 1c 2 ",8 =c

...............................................................................&@(

Persamaan &0( substitusikan ke persamaan &@( : "* %

 Q $  Ec = ",8  b $ . g    

5arena 1c 2 1min maka : "*%

 '$  = ",8 $    b .g 

1 min

...............................................................................&+(

!alam kenyataannya pada praktek asumsi aliran paralel dan distribusi tekanan hidrostatis di atas bendung lebar tidak berlaku. !alam kenyataannya 1min dianggap sama dengan )w sehingga persamaan di atas menjadi : "*%

)w

 ' $  = ",8 $    b .g  %

)w

%

=

",8 .'

$

$

b .g

%%.'$ 2 $%.g.b$.)w% '$

2 &$*%(%.g.b$.)w%


%$ Aliran Melalui Ambang Tajam

'

2 &$*%(%*$.g"*$.b.)w%*$

'

2 &$*%(&$*%.g("*$.b.)w%*$

.......................................................&9(

Pada kenyataannya kedalaman disini tidak sama dengan kedalaman kritis walaupun terjadi kondisi energi minimum, karena semua batasan batasan aliran di hilir telah dihilangkan. Perbedaan lain yang timbul dari kehilangan suatu energi yang terjadi akibat tegangan kekentalan. emua perbedaan itu dikumpulkan dalam suatu koefisien C d sehingga persamaan &9( menjadi persamaan yang telah dikoreksi dengan koefisien C d, maka persamaan &9( berubah menjadi : ( ) Cd./1+.6/1+.701/.b.%801/ E. Pro$edur Percobaan ". #engatur kedudukan saluran pada posisi normal &dasar saluran terletak mendatar * horisontal(. $. #emasang alat-alat yang diperlukan untuk percobaan pada sistem saluran terbuka, seperti sekat dan ambang tajam. ekat dipasang di bagian hilir saluran sedangkan ambang tajam dipasang di bagian tengah saluran. %. #endapatkan harga A) pada venturimeter yaitu 07 mm)g. 0. #engalirkan air dengan debit yang tetap &normal( A) pada venturimeter tetap. 8. Percobaan dilakukan pada 8 kondisi sekat, yaitu untuk kondisi tanpa sekat dan untuk kondisi dengan sekat setinggi " cm, / cm, "" cm, dan "$ cm. /. !engan adanya 8 kondisi sekat yang berbeda akan didapat : a. 5eadaan loncat  !iperoleh dengan tidak memasang sekat pada saluran terbuka. b. 5eadaan loncat  !iperoleh dengan memasang sekat setinggi " cm pada saluran terbuka, dimana akan kita lihat kondisi aliran yang berbeda dengan keadaan loncat . c. 5eadaan peralihan Laporan Praktikum Hidrolika Kelompok VI

$0


!iperoleh dengan memasang sekat setinggi / cm pada saluran terbuka, dimana akan kita lihat kondisi aliran tidak seperti pada posisi loncat lagi. d. 5eadaan tenggelam  !iperoleh dengan memasang sekat setinggi "" cm pada saluran terbuka, dimana kondisi aliran tidak sama dengan keadaan-keadaan sebelumnya. e. 5eadaan tenggelam  !iperoleh dengan memasang sekat setinggi "$ cm pada saluran terbuka, dapat terlihat bahwa kondisi aliran juga berbeda dengan keadaan-keadaan sebelumnya. @. Pada 8 kondisi sekat yang berbeda tersebut, ukur tinggi muka air pada titik-titik yang telah ditentukan seperti pada gambar di bawah ini. +. ?langi lagi percobaan yang sama untuk A) 2 08 mm)g. Pengukuran :

y"

y$

y% y0

y+

y8 y/


y9

y@

$8


9. Contoh Perh"tunan !ata alat : Pelimpah ambang tajam Panjang &P( 2 "7,+ cm inggi &t(

2 "",8 cm

Debar &b(

2 @,8 cm

!iambil pada contoh percobaan  ∆) 2 "" cm )g, =" 2 "8 cm ". #enghitung debit air &'(. ' 2 "@",+ E FA) ' 2 "@",+ . E . F"" 2 "@97,7/@ cm %*det $. #enghitung fungsi dari Cd &)w( atau jarak garis energi total permukaan ambang. )w

$ '

 =  $ %  g.b  $

" %

$ "@97,7/@ $ 

=  %

"

%

 

9+".@,8$

2 $,8+$ %. #enghitung tinggi muka air di bagian hulu &hw( hw 2 =" G t 2 "8 G "",8 2 %,8 cm 0. #enghitung koefisien debit &Cd(

Cd =

=

'

( )( $

)

"

$ g $ .b.h % $ w % %. "@97,7/@

( )(

)

"

$ . $ .9+" $ .@,8( %,8) % $ % %

2 $,"%+ Laporan Praktikum Hidrolika Kelompok VI

$/


8. #enghitung )w * P )w * P 2 $,8+$ * "7,+ 2 7,$%9 /. #enghitung Batas #odular. 2 =8 G )w * P 2 7,@ G 7,$%9 2 7,0/" G. Tabel %a$"l Perh"tunan )

5ondisi

="

=8

cm)g

liran Doncat " Doncat $ Peralihan enggelam " enggelam $ Doncat " Doncat $ Peralihan enggelam " enggelam $

&cm( "0,$ "0,$ "0,$ "0,0 "0,@ "8 "8 "8 "8," "8,/

&cm( &cmH%*det( &cm( &cm( #odular ",@ "$7/,+/% $,@ ",9+8 $,"$@ 7,"+0 ",8"/ ",9 "$7/,+/% $,@ ",9+8 $,"$@ 7,"+0 ",@"/ "$7/,+/% $,9 ",9+8 ",9"" 7,"+0 7,%9/ "$,$ "$7/,+/% %,$ ",9+8 ",/09 7,"+0 "$,7"/ "%,0 "$7/,+/% %,$ ",9+8 ",/09 7,"+0 "%,$"/ 7,@ "@97,7/@ %,8 $,8+$ $,"%+ 7,$%9 7,0/" ",+ "@97,7/@ %,8 $,8+$ $,"%+ 7,$%9 ",8/" "@97,7/@ %,8 $,8+$ $,"%+ 7,$%9 7,$%9 "$,@ "@97,7/@ %,/ $,8+$ $,787 7,$%9 "$,0/" "%,9 "@97,7/@ 0," $,8+$ ",/+/ 7,$%9 "%,//"

8

""


'

hw

)w

Cd

)w*P

$@

Batas


%. Gra:"#


$+


GRA9I' %UBUNGAN ; dan < 5% ) = c&%


$9


5% ) =* c&%


%7


I. Pe&baha$an ". Berdasarkan hasil perhitungan dapat diketahui bahwa ∆) yang tetap akan menghasilkan debit&'( yang tetap. emakin besar ∆), maka debitnya &'( akan semakin besar pula. $. !ari gambar profil aliran berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa luas penampang aliran air &( sebelum melewati bangunan pelimpah lebih besar dibandingkan luas penampang aliran air sesudah melewati bangunan pelimpah. Berdasarkan rumus '2. dapat diketahui bahwa pada debit &'( yang tetap, dengan semakin besarnya luas penampang &(, akan menghasilkan kecepatan &( yang semakin kecil, sehingga dapat diketahui bahwa kecepatan aliran air sebelum melewati bangunan pelimpah lebih kecil dibandingkan kecepatan air sesudah melewati bangunan pelimpah. !ari pengamatan profil aliran dapat dilihat karakteristik aliran sebelum dan sesudah bangunan pelimpah. ebelum melewati bangunan pelimpah, permukaan air relatif datar, sedangkan sesudah melewati bangunan pelimpah, aliran air membentuk loncatan-loncatan air. Doncatan-loncatan ini dipengaruhi oleh penambahan sekat di bagian hilir saluran terbuka. emakin tinggi sekat yang dipasang , jarak loncatan air terhadap bangunan pelimpah akan semakin dekat dan ketinggian air semakin bertambah pula. kibat penambahan tinggi sekat terjadi perubahan kondisi aliran air yaitu : loncat , loncat , peralihan, tenggelam  dan tenggelam . 5eadaan Laporan Praktikum Hidrolika Kelompok VI

%"


loncat  adalah keadaan dengan panjang loncatan terpanjang disusul loncat  dan sebelum terjadi keadaan tenggelam terjadi keadaan peralihan dimana awal loncatan berada tepat di bagian bawah dari muka ambang. edangkan kondisi tenggelam  dan  saat awal loncatan telah berada di atas lereng sudut belakang ambang dan loncatan airnya sangat pendek, sehingga bisa dikatakan tidak mempunyai loncatan.

%. Besarnya koefisien debit

&Cd( dipengaruhi oleh debit aliran, lebar

bangunan pelimpah, dan tinggi muka air di bagian hulu &hw(. 0. Besarnya nilai )w &fungsi dari Cd( dipengaruhi oleh debit aliran dan lebar bangunan pelimpah. ?ntuk lebar bangunan yang tetap, semakin besar debit aliran &'( maka nilai )w akan semakin besar pula. 8.
%$


J. 'e$"&>ulan ". !ari hasil gambar profil aliran didapatkan : perubahan jarak air loncat dipengaruhi oleh adanya penambahan sekat, semakin tinggi sekat maka semakin pendek jarak air loncat dari ambang. $. )arga debit aliran &'( dipengaruhi oleh beda tekanan manometer &A)(. emakin besar A) maka debit aliran akan semakin besar pula. %. Pengamatan atas profil aliran pada saluran terbuka, dengan pelimpahnya berupa ambang tajam didapatkan data dari hasil percobaan maka akan dapat digambarkan profil-profil aliran air dalam berbagai kondisi dan dapat juga diketahui bagaimana kekasaran terhadap pengaliran, bagaimana pengaruh debit terhadap masa aliran dan sebagainya. ehingga nantinya dengan mempelajari tipe ini akan berguna sekali dalam merencanakan atau mendesain air yang sebenarnya. 0. Cd adalah koefisien kecepatan aliran di atas ambang. Cd di atas " hanya terjadi pada ambang tajam. Cd adalah fungsi dari )w, bentuk ujung hulu bendung dan kekasaran puncak.


%%


'. La&>"ran


%0

Ambang Tajam

Recommend Documents