izol modul 5
DESCRIPTION
usuTRANSCRIPT
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
EXSPERIMENT 5
KOEFISIEN DEBIT DIBAWAH “SLUICE GATE”
1. TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan besarnya koefisien debit pengaliran dibawah sluice gate
Menentukan besarnya debit pengaliran dibawah sluice gate
2. PERALATAN
Multi Purpose Teaching Flume
Hook and Point Gauge
Perangkat Pitot Tube
Adjustable Undershot Weir
Gambar 1
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
3. DASAR TEORI
Sluice gate merupakan pengatur debit berupa pintu sorong yang diletakkan diatas
ambang dan merupakan jenis bangunan yang sering digunakan sebagai bangunan
pengambilan ( intake) pada suatu bendung.
Penetapan debit aliran dilakukan dengan melakukan operasi pintu yang mana sangat
tergantung pada parameter koefisien debit dan kondisi alirannya.
Contoh-contoh Sluice Gate di Indonesia :
Pintu air Manggarai di Jakarta Selatan
Pintu air Pesanggrahan di Jakarta Barat
Pintu air Jagir di Surabaya
Pintu air Depok di Depok
Pintu air Katulampa di Bogor
Untuk menyalurkan air ke berbagai tempat guna keperluan irigasi, drainase, air bersih
dan sebagainya sering dibuat saluran menggunakan saluran terbuka. Pada pengoperasiannya
untuk membagi air, mengatur debait dan sebagainya.
Jenis Aliran
Secara hidraulis didalam saluran terbuka dapat dibagi menjadi beberapa macam yang
mana pembagian ini berhubungan dengan perubahan kecepatan yang tergantung pada waktu
dan ruang. Jika waktu yang dipergunakan sebagai ukuran maka aliran dapat digolongkan
menjadi aliran langgeng dan aliran tidak langgeng. Jika ruang yang dijadikan sebagai ukuran
maka aliran dapat digolongkan menjadi aliran seragam dan aliran tidak seragam. Aliran tidak
seragam berubah lambat laun atau perlahan-lahan.
Aliran tersebut aliran langgeng jika kecepatanpada setiap tempat tidak tergantung pada
waktu, atau secara matematis dapat dinyatakan dengan dvdt
=0. Dimana dv menyatakan
perubahan kecepatan pada setiap tempat yang bergantung pada waktu dt. Aliran disebut aliran
tak langgeng jika kecepatan pada setiap tempat bergantung pada waktu. Apabila tidak ada
perubahan kecepatan baik besar maupun arahnya disetiap penampang melintang saluran maka
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
aliran disebut seragam. Keadaan ini akan terpenuhi jika ukuran dan bentuk penampang
melintang saluran disetiap tempat tidak berubah. Oleh karena itu aliran seragam jarang terjadi
pada saluran tanah alluvial, dikarenakan butiran-butiran tanah alluvial dasar saluran tersebut
bergerak sehingga bentuk dasar dari saluran akan berubah yang mana akan merubah pula sifat
alirannya.
Secara matematik aliran seragam dapt dinyatakan dengan:
∂ v∂ s
≠ 0 dan ∂ v∂ n
≠ 0
Dimana : ∂ v = perubahan kecepatan
∂ s = perubahan jarak
∂ v = normal daripada aliran
Seperti yang telah dijelasakan sebelumnya aliran tak beragam ini masih dibagi menjadi aliran
tak seragam berubah mendadakdan aliran tak seragam berubah lambat laub atau perlahan-
lahan.
Aliran disebut aliran tak seragam berubah mendadak jika perubahan kecepatan terjadi
sekonyong-konyong pada jarak yang pendek seperti halnya pada terjunan. Sedangkan aliran
tak seragam berubah lambat laun atau perlahan-lahan jika perubahan kecepatan terjadi
perlahan-lahan pada jarak yang cukup panjan. Aliran seragam dan tak seragam dapat
merupakan aliran langgeng dan aliran tak langgeng yang tergantung dari perubahan kecepatan
sehubungan dengan waktu.
Kondisi Aliran
Keadaan aliran di saluran terbuka dipengaruhi oleh kekentalan dan gaya berat yang
berhubungan dengan gaya inersia dari aliran. Berdasarkan pengaruh kekentalan terhadap
inersia dapat merupakan aliran laminar, turbulen dan aliran peralihan. Keiganya dipengaruhi
oleh bilangan Reynolds yang merupakan fungsi dari kecepatan (V), jari-jari (r) dan kekentalan
kinematic (v). Aliran dikatakan laminar apabila antara lapisan-lapisan zat cair lebih besar jika
dibandingkan dengan gaya inersia, sehingga kekentalan lebih menentukan sifat aliran. Pada
keadaan ini garis arus tampak lurus karena butir-butir air bergerak secara teratur menurut
garis arus.
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
Aliran disebut turbulen apabila tahanan antara lapisan-lapisan zat cair sangat lemah
dibandingkan dengan gaya inersia. Pada keadaan ini garis arus tampak bergelombang karena
butir-butir air bergerak secara tidak teratur. Antara aliran laminar dan turbulent terdapat
keadaan campuran yang disebut keadaan peralihan.
Aliran Laminer = harga bilangan reynolds < 500
Aliran Turbulent = harga bilangan reynolds > 1000
Aliran Transisi = harga bilangan reynolds 500 < Re < 1000
Bilangan reynolds :
Re = V . R
v
Dimana : V = kecepatan
R = jari-jari hidraulik
v = kekentalan kinematik
Berdasarkan gaya berat terhadap inersia, aliran dapat merupakan aliran sub kritis, kritis, dan
super kritis. Ketiganya dipengaruhi bilangan Froude.
Bilangan Froude :
Fr ¿v
√g .h
Dimana : V = kecepatan rata-rata
g = percepatan gravitas
h = kedalaman aliran
Ada 3 macam aliran sebagai berikut :
1. Aliran Sub Kritis
Aliran dikatakan sub kritis apabila gaya berat lebih besar daripada gaya inersia,
sehingga akan mengalir dengan kecepatan rendah. Pada aliran sub kritis
V <√ g . h dan Fr<1. Dalam mekanisme gemlombang √ g .h dapat disamakan dengan
kecepatan perambatan gelombang dangkal. Jika V <√ g . h maka kecepatan perambatan
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
gelombang akan lebih besar daripada kecepatan rata-rata aliran, sehingga gelombang
dapat bergerak ke arah hulu.
2. Aliran Super Kritis
Aliran dikatakan super kritis apabila gaya berat sangat lemah bila
dibandingkan dengan gaya inersia, sehingga air akan mengalir dengan kecepatan
tinggi. Pada aliran super kritis V >√ g .h dan Fr > 1. Jika V >√ g . h maka kecepatan
perambatan gelombang akan lebih kecil daripada kecepatan rata-rata aliran, sehingga
gelombang hanya bergerakn kearah hilir.
3. Aliran Kritis
Antara keadaan sub kritis dan super kritis terdapat keadaan kritis. Pada aliran
kritis V=√g .h dan Fr = 1 . jika V=√g . h maka kecepatan perambatan gelombang
sama dengan kecepatan rata-rata aliran, sehingga tidak ada pergerakan gelombang.
Kedalaman pada keadaan kritis disebut kedalaman kritis.
Debit Aliran Lewat Pintu Sorong ( Sluice Gate )
Bentuk penampang aliran lewat pintu sorong, mempunyai sisi atas tajam dan tidak ada
kontraksi pada sisi-sisi samping maupun bagian bawah seperti terlihat pada gambar.
Alirannya dapat seperti gambar 2 atau terbenam seperti gambar 3.
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
Pada aliran bebas dengan perbandingan yang besar antara kedalaman hulu dan tinggi bukaan
pintu, permukaan aliran keluar dari pintu cukup halus ( smooth ). Tetapi pada aliran terbenam
( tenggelam ), permukaan hilirnya akan besar dan berolak.
Persamaan bernoulli dapat dipakai untuk menghitung dabit dari suatu aliran yang melalui
sluice gate, tetapi kehilangan energi dari satu section ke section lainnya diabaikan.
Dimana : Ho = Tinggi energi di section )
H = Tinggi energi di section 1
Sebelum persamaan diatas dikembangkan perlu dicatat bahwa streamlines pada section 1
adalah paralel ( permukaan air paralel dengan dasar saluran ), sehingga distribusi tekanan
adalah hydrostatic, yaitu y1.
Juga akan diperlihatkan, distribusi kecepatan pada secton 1 adalah seragam sehingga total
setiap streamline adalaha H 1. Maka dapat diasumsikan bahwa tinggi tekan sama dengan
kedalaman air dan kehilangan energi bisa dihapuskan sehingga :
H 0. =H 1
y0+v0
2
2g= y1+
v12
2g
Substitusi harga kecepatan ke dalam bentuk debit ( Q )
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
GAMBAR 4
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
y0+Q2
2 gb2 y02 = y1+
Q2
2 gb2 y12
Q=by0 √2gy1
√( y0
y1+1)
Q=by1 √2 gy0
√( y1
y0+1)
Reduksi dalam aliran akibat hambatan kekentalan antara section 0 dan section 1 ditentukan
oleh koefisien Cv. Koefisien Cv bervariasi yaitu : 0,95 < Cv < 1,0 bergantung pada geometri
dari pola pengaliran ( ditunjukkan oleh perbandingan y1/ y0) da gesekan.
Q=Cv .b . y1√2g y0
√( y1
y0+1)
Kedalaman air di hilir y1 dapat ditunjukkan sebagai fraction dari bukaan gate, y g yaitu :
y1=Cc . yg
Cc adalah koefisien yang pada umumnya harga koefisien ini adalah 0,61.
Q=Cv .Cc .b .C .√2 g y0
√( Cc . y g
y0+1)
Oleh karena itu debit yang dibawah sluice gate dapat dituliskan sebagai berikut :
Q=Cd . b . yg √2 g y0
Dimana Cd adalah fungsi dari Cv, Cc, y g dan y0.
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
4. PROSEDURa. Pastikan bahwa flume sudah horizontal.
b. Tempatkan gate pada flume secara vertikal dengan tepi bawahnya 10 mm diatas dasar
flume.
c. Alirkan air ke dalam flume sampai setinggi y0.
d. Dengan air setinggi y0, ukurlah debit (Q), y1.
e. Naikkan gate secara bertahap menjadi 15 mm dan seterusnya, dengan tetap menjaga
ketinggian y0 seperti ketinggian semula ( dengan cara merubah debit ).
f. Pada masing-masing tinggi bukaan gate itu, ukur da catatlah harga-harga Q, y1.
g. Ulangi prosedur diatas dengan debit Q yang konstan ( seperti diatas, y0 dibuat berubah
), dan ukur serta catatlah y0 , y1.
5. HASIL DAN PERHITUNGAN
No.
Yg Y0 Y1 Q A0 A1 V0 V1 E0 E1 Yg/Yo
Cd(mm) (mm) (mm) (L/det) (bxYo) (bxY1) (Q/Ao) (Q/A1) (mm) (mm)
1 10 110 11 1,1 8360 836 131,58 1315,79 110,88 99,24 0,09 0,99
2 15 110 14 1,15 8360 1064 137,56 1080,83 110,96 73,54 0,14 0,69
3 20 110 18 1,4 8360 1368 167,46 1023,39 111,43 71,38 0,18 0,63
4 25 110 24 1,5 8360 1824 179,43 822,37 111,64 58,47 0,23 0,54
5 30 110 28 1,85 8360 2128 221,29 869,36 112,50 66,52 0,27 0,55
Lebar Weir (B) = 76 mm
Contoh Perhitungan :
Data (1)
1. A0 = B x y0 = 76 x 110 = 8360 mm
2. A1 = B x y1 = 76 x 11 = 836 mm
3. V0 = QA0
= 1,1 x106
8360 = 131,58 mm/detik
4. V1 = QA1
= 1,1 x106
836 = 1315,79 mm/detik
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
5. E0 = Y0 + V 02
2x g = 100 + 131,582
2 x 9810 = 110,88 mm
6. E1 = Y1 + V 12
2 x g = 12 + 1315,792
2x 9810 = 99,24 mm
7. Cd = Q
B x yg x √2 x g x y0 = 1,1 x106
76 x 10 x√2 x 9810 x110 = 0.99
Data (2)
1. A0 = B x y0 = 76 x 110 = 8360 mm
2. A1 = B x y1 = 76 x 14 = 1064 mm
3. V0 = QA0
= 1,15 x 106
8360 = 137,56 mm/detik
4. V1 = QA1
= 1,15 x 106
1064 = 1080,83 mm/detik
5. E0 = Y0 + V 02
2x g = 110 + 137,562
2 x 9810 = 110,96 mm
6. E1 = Y1 + V 12
2x g = 15 + 1080,832
2 x 9810 = 73,54 mm
7. Cd = Q
B x yg x √2 x g x y0 = 1,15 x106
76 x 15 x√2 x 9810 x110 = 0,69
Data (3)
1. A0 = B x y0 = 76 x 110 = 8360 mm
2. A1 = B x y1 = 76 x 18 = 1368 mm
3. V0 = QA0
= 1,4 x106
8360 = 167,46 mm/detik
4. V1 = QA1
= 1,4 x106
1368 = 1023,39 mm/detik
5. E0 = Y0 + V 02
2x g = 110 + 167,462
2 x 9810 = 111,43 mm
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
6. E1 = Y1 + V 12
2 x g = 18 + 1023,392
2x 9810 = 71,38 mm
7. Cd = Q
B x yg x √2 x g x y0 = 1,4 x106
76 x 18 x√2 x 9810 x110 = 0,63
Data (4)
1. A0 = B x y0 = 76 x 110 = 8360 mm
2. A1 = B x y1 = 76 x 24 = 1824 mm
3. V0 = QA0
= 1,5 x 106
8360 = 179,43 mm/detik
4. V1 = QA1
= 1,5 x 106
1824 =822,37 mm/detik
5. E0 = Y0 + V 02
2x g = 110 + 179,432
2 x 9810 = 111,64 mm
6. E1 = Y1 + V 12
2x g = 24 + 822,372
2x 9810 = 58,47 mm
7. Cd = Q
B x yg x √2 x g x y0 = 1,5 x106
76 x 245 x√2x 9810 x110 = 0.54
Data (5)
1. A0 = B x y0 = 76 x 110 = 8360 mm
2. A1 = B x y1 = 76 x 28 = 2128 mm
3. V0 = QA0
= 1,85 x 106
8360 = 221,29 mm/detik
4. V1 = QA1
= 1.85 x 106
2128 = 869,36 mm/detik
5. E0 = Y0 + V 02
2x g = 110 + 221,292
2 x 9810 = 112,50 mm
6. E1 = Y1 + V 12
2x g = 28 + 869,362
2x 9810 = 66,25 mm
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
7. Cd = Q
B x yg x √2 x g x y0 = 1,85 x106
76 x 30 x√2 x 9810 x110 = 0,55
Maka Cd rata-rata :
8. Cd = ∑ Cdn
= (0,99+0,69+0,63+0,54+0,55)5
= 0 ,68
6. GRAFIK
10 15 20 25 300
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
10; 0.99
15; 0.6920; 0.63
25; 0.54 30; 0.55
Hubungan antara Yg dan Cd
Yg
Cd
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
11 14 18 24 280
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
11; 0.99
14; 0.6918; 0.63
24; 0.54 28; 0.55
Hubungan antara Cd dan Y1
Y1
Cd
0.09 0.14 0.18 0.23 0.270
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.09; 0.99
0.14; 0.690.18; 0.63
0.23; 0.54 0.27; 0.55
Hubungan antara Cd dan Yg/Y0
Yg/Y0
Cd
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
99.24 73.54 71.38 58.47 66.520
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
99.24; 0.99
73.54; 0.6971.38; 0.63
58.47; 0.54 66.52; 0.55
Hubungan antara Cd dan E1
E1
Cd
7. FOTO ALAT
Hook and Point Gauge Pitot Tube
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
Adjustable Undershot Weir Multipurpose Teaching Flume
Foto Praktikan
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
8. APLIKASI
Pintu pengendali banjir yaitu bangunan yang berfungsi sebagai pengendalian, baik
mengatur, mengalirkan atau membendung aliran banjir. Pada suatu sistem sungai
berdasarkan pada operasi tertentu yang digerakkan / dioperasikan secara manual
maupun otomatis/elektrik.
Mengatur debit intake pada saluran irigasi.
Digunakan pada industri misalnya di saluran pengolahan atau pembuangan.
9. KESIMPULAN Karena Yo konstan maka Q sangat mempengaruhi nilai Cd.
Semakin tinggi bukaan pintu (Yg) maka gaya hidrostatis yang bekerja pada suatu
pintu semakin besar.
Dari hasil percobaan terdapat ketidaksesuaian antara hasil yang sebenarnya dengan
yang diperkirakan. Hal ini disebabkan karena pembacaan Yo dan Y1 kurang teliti atau
dilakukan pada saat aliran belum stabil.
Dari grafik hubungan antara Cd dengan Y1 dapat dilihat bahwa semakin besar Y1
maka Cd berfluktuasi.
Dari grafik hubungan antara Cd dengan Yg dapat dilihat bahwa semakin besar Yg
maka Cd berflluktuasi.
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)
DEBIT DI BAWAH SLUICE GATE GROUP B/ KELOMPOK 14
Dari grafik hubungan antara Cd dengan Yg/Yo dapat dilihat bahwa semakin besar
Yg/yo maka Cd berfluktuasi
Dari grafik hubungan antara Cd dengan E1 dapat dilihat bahwa semakin besar nilai E1
maka Cd berfluktuasi.
10. REFERENSI
Asisten laboratorium Hidrolika FT USU
Laporan praktikum Hidrolika FT USU
Modul penuntun praktikum laboratorium Hidrolika FT USU
KELOMPOK 14
ZULFUADI LUBIS
(11 0404 085)