EKSPERIMENT 6 KEDALAMAN KRITIS - “SPESIFIK ENERGI”
1.
TUJUAN PERCOBAAN
Untuk menyelidiki hubungan spesifik energi dengan kedalaman air .
2. PERALATAN •
Multi Purpose Teaching Flume
•
Hook and Point Gauge
•
Perangkat Pitot Tube
•
Adjustable Undershot Weir.
•
Jangka Sorong
•
Stopwatch
3. DASAR TE TEORI
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
Di dalam aliran seragam, kedalaman air di sepanjang saluran adalah konstan yang dikenal dengan kedalaman normal. Garis tenaga adalah sejajar dengan permukaan air dan dasar saluran. Demikian juga kecepatan di sepanjang saluran juga konstan, jadi profil muka air dapat diperoleh dengan hanya menghitung kedalaman alir an di suatu tampang.
Di dalam aliran tidak seragam, garis tenaga tidak sejajar dengan garis muka air dan dasar saluran. Kedalaman dan kecepatan aliran di sepanjang saluran tidak konstan. Pengaliran ini terjadi apabila tampang lintang sepanjang saluran tidak konstan, seperti sungai, atau juga di saluran seragam (irigasi) di daerah dekat bangunan (bendung) atau di ujung saluran. Analisis aliran tidak seragam biasanya bertujuan untuk mengetahui profil aliran di sepanjang saluran atau sungai. Analisis ini banyak dilakukan di dalam perencanaan perbaikan sungai atau penanggulangan banjir, terutama didalam menentukan elevasi puncak tanggul, daerah genangan, elevasi jembatan, dan sebagainya. Meskipun aliran banjir di sungai merupakan aliran tidak mantap (unsteady flow), tetapi sering analisis profil muka air di sepanjang saluran dilakukan berdasarkan aliran mantap dengan menggunakan debit puncak dari hidrograf banjir. Dalam hal ini analisis aliran menjadi jauh lebih mudah dan hasil hitungan akan lebih aman, karena debit yang diperhitungkan adalah debit puncak yang sebenarnya terjadi sesaat, tetapi dalam analisis ini dianggap terjadi dalam waktu lama.
Energi spesifik dalam suatu penampang saluran dinyatakan sebagai energi air setiap beratnya pada setiap penampang saluran, diperhitungkan terhadap dasar saluran. 2
E = y +
V
2 g
Persamaan di atas menunjukkan bahwa energi spesifik sama dengan jumlah kedalaman air dan tinggi kecepatan. Karena V = Q/A. Persamaan energi spesifik di atas dapat dituliskan sebagai berikut:
E = y +
Q2 2. g . A
2
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
Untuk harga debit yang konstan, harga kedalaman kritis y c pada saat energi apesifik adalah minimum. Emin, dapat ditentukan dengan persamaan: δ E δ y
0
=
Q2
1−
2
g .b . yc
3
=
0
dan yc Jika Qb=q
→
=
Q2
3
g .b 2
yc=3q2g
Energi sepesifik minimum Ec sehubungan dengan kondisi kritis adalah : Ec=yc+Q22g*b2yc2
......... (1)
Jika : q2g=yc3 →
q2=yc3*g
......... (2)
Substitusi persamaan (2) ke persamaan (1) : Ec=yc+Q22g*b2*yc2=yc+q22g*yc2 =yc+yc3*g2g*yc2 Ec=yc+yc2=32yc
Harga energi spesifik minimum dapat juga dinyatakan sebagai berikut:
E min
3 =
2
. y
c
Itu berarti bahwa kondisi pengaliran kritis terjadi apabila tinggi energy spesifik 1,5 kali kedalaman pengaliran untuk menyatakan suatu pengaliran dapat juga digunakan Froud Number (Fr). dimana kondisi aliran kritis : Fr=Vcyc*g=1 Jika : Fr = 1
………. aliran kritis
Fr > 1
………. aliran superkritis
Fr ≤ 1
………. aliran subkritis KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“
ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
4. PROSEDUR PERCOBAAN
a. Pastikan bahwa flume sudah horizontal. b. Tempatkan Adjustable Undersot Weir pada flume secara vertical dengan tepi bawahnya 20 mm di atas dasar flume. c. Alirkan air ke dalam flume sampai setinggi y0. d. Dengan air setinggi y0, ukurlah debit (Q), y 1. e. Naikkan weir secara bertahap menjadi 40 mm dan seterusnya, dengan tetap menjaga ketinggian y0 seperti ketinggian semula (dengan cara merubah debit). f. Pada masing-masing tinggi bukaan Gate itu, ukur dan catatlah harga-harga
Q, y1.
3. PERHITUNGAN
DEBIT DI BAWAH SELUICE GATE Yg
Yo
Y1
Q
Ao
A1
Vo
V1
(mm)
(mm)
(mm)
(L/dtk)
(bxYo)
(bxY1)
(Q/Ao)
(Q/A1)
1
10
110
10
0,5
8360
760
59,809
657,895
2
15
110
14
0,75
8360
1064
89,713
704,887
3
20
110
18
0,95
8360
1368
113,636
694,444
4
25
110
19.5
1,1
8360
1482
131,579
742,240
5
30
110
23
1,39
8360
1748
166,268
795,195
No
Eo
E1
Yc
Emin
Vc
Nf
110,182
32,060
16,401
24,602
401,121
1
110,410
39,324
21,492
32,238
459,169
1
110,658
42,580
25,160
37,741
496,813
1
110,882
47,580
27,744
41,615
521,694
1
111,409
55,229
32,427
48,641
564,014
1
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
Lebar Weir : 76 mm
Data no.1 Yg = 10
mm
Yo = 110 mm Y1 = 10
mm
Q
= 0.5 L/dtk = 0,5 × 10 6 mm3/dtk
B
= 76 mm
g
= 9810 mm/dtk 2
Perhitungan Data I : Ao = b × Yo
A1 = b × Y1
= 76 × 110
= 76 × 10
= 8360 mm2
= 760 mm2
V0=QA0
V1=QA1
= 0.5 × 106
= 0.5 × 106
8360
760
= 59,809 mm/dtk
= 657,895 mm/dtk
Eo = Yo + Vo2
E1 = Y1 + V12
2×g
2×g
= 110 + ( 59,809 ) 2
= 10 +
(657,895)2
2 (9810)
2 (9810)
= 110,182 mm
= 32,060 mm
Yc=3Q2g*b2 =3(0,5*106)29810(76)2 = 16,401 mm
Emin=32yc=32*16,401=24,602 mm
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
Vc=Emin-Yc2g=24,602-16,4012(9810)=401,121 mm/dtk
Nf =Froude Number =Vcyc*g=401,12116,401*9810=1 Data no.2 Yg = 15
mm
Yo = 110 mm Y1 = 14
mm
Q
= 0.75 L/dtk = 0,75 × 10 6 mm3/dtk
B
= 76 mm
g
= 9810 mm/dtk 2
Perhitungan Data II : Ao = b × Yo
A1 = b × Y1
= 76 × 110
= 76 × 14
= 8360 mm2
= 1064 mm2
V0=QA0
V1=QA1
= 0,75 × 10 6
= 0,75 × 106
8360
1064
= 89,713 mm/dtk
= 704,887 mm/dtk
Eo = Yo + Vo2
E1 = Y1 + V12
2×g
2×g
= 110 + ( 89,713 ) 2
= 14 +
(704,887)2
2 (9810)
2 (9810)
= 110,410 mm
= 39,324 mm
Yc=3Q2g*b2 =3(0,75*106)29810(76)2 = 21,492 mm
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
Emin=32yc=32*21,492=32,238 mm
Vc=Emin-Yc2g=32,238-21,4922(9810)=459,169 mm/dtk
Nf =Froude Number =Vcyc*g=459,16921,492*9810=1 Data no.3 Yg = 20
mm
Yo = 110 mm Y1 = 18
mm
Q
= 0.95 L/dtk = 0,95 × 10 6 mm3/dtk
B
= 76 mm
g
= 9810 mm/dtk 2
Perhitungan Data III : Ao = b × Yo
A1 = b × Y1
= 76 × 110
= 76 × 18
= 8360 mm2
= 1368 mm2
V0=QA0
V1=QA1
= 0,95 × 10 6
= 0,95 × 106
8360
1368
= 113,636 mm/dtk
= 694,444 mm/dtk
Eo = Yo + Vo2
E1 = Y1 + V12
2×g
2×g
= 110 + ( 113,636 ) 2
= 18 +
(694,444)2
2 (9810)
2 (9810)
= 110,658 mm
= 42,580 mm
Yc=3Q2g*b2 =3(0,95*106)29810(76)2 KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
= 25,160 mm/dtk
Emin=32yc=32*25,160=37,741 mm
Vc=Emin-Yc2g=37,741-25,1602(9810)=496,813 mm/dtk
Nf =Froude Number =Vcyc*g=496,81325,160*9810=1
GRAFIK Grafik hubungan antara Emin dengan Yc
Grafik hubungan antara Yg dengan Yc
Grafik hubungan antara Eo dengan Yo
Grafik hubungan antara E1 dengan Y1
Grafik gubungan antara Yc dengan Vc
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
6. KESIMPULAN •
•
Semakin tinggi bukaan pintu (Yg), maka energi spesifik semakin besar. Nilai / harga dari E0 dan E1 seharusnya sama, tetapi dalam percobaan ini berbeda jauh. Hal ini mungkin disebabkan karena kurang teliti dalam melakukan percobaan ataupun terdapat kesalahan pada alat.
•
Losses akibat weir sangat kecil.
•
Didapat Bilangan Froude rata-rata, Nf=1,00.
•
Makin besar bukaan pintu (Yg), maka makin besar pula kedalaman kritis (Yc).
•
Makin bedar kedalaman kritis (Yc), maka makin besar energi spesifik kritis (Emin).
•
Walaupun Y0 tetap, tetapi E0 semakin bertambah besar. Hal ini disebabkan karena bukaan pintu yang semakin besar sehingga untuk mempertahankan ketinggian Y o, maka debit diperbesar.
•
•
Semakin besar Y1, maka semakin besar pula E 1. Kurva / grafik energi spesifik terbentuk dari komponen energi potensial yang mempunyai kemiringan 45 0 dan kurva energi kinetik yang terbentuk dengan menghubungkan nilai E 0-Y0, Ec-Yc, dan E1-Y1.
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
7. DOKUMENTASI
Multi Purpose Teaching Flume
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
Multi Purpose Teaching Flume dan praktikan yang bersangkutan
KEDALAMAN KRITIS – “SPECIFIC ENERGY“ ZULKARNAIN 06 0404 026
HELEN NJO 06 0404 068
Hal :
NURIAMAN 06 0404 108
