Home >Documents >PETUNJUK PRAKTIKUM HIDROLIKA

PETUNJUK PRAKTIKUM HIDROLIKA

Date post:14-Dec-2015
Category:
View:190 times
Download:45 times
Share this document with a friend
Description:
menjelaskan tentang tata cara praktikum hidrolika
Transcript:

BAGIAN I SALURAN TERBUKA (OPEN CHANNELS)

1. HIDROLIKA BANGUNAN PENGUKUR DEBIT1.1 Energi SpesifikDidefinisikan sebagai rerata energi tiap satuan berat air pada setiap tampang saluran yang diukur dari dsar saluran yang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:E = Dengan:E= energi spesfik (m)y= kedalaman air dari dsarsaluran (m)= koef koriolis(V2/2g)= tinggi kecepatan (m)Uktuk keperluan praktis keofisien koriolis bisa diambil sama dengan 1 karena kecepatan rata-rata sama dengan Q/A, maka persamaan di atas dapat ditulis:ENampak bahwa dengan besaran debit yang tetap, besaran energi spesifik merupakan fungsi dari kedalaman, maka akan diperoleh grafik:

Gambar 1.1 Grafik Energi Spesifik

Dari grafik terlihat bahwa pada saat E minimum, hanya terdapat satu harga y. Keadaan ini disebut pengaliran dalam keadaan kritis dan kedalamannya disebut kedalaman kritis (Yc). Energi spesifik akan minimum jika harga diferensial E terhadap y sama dengan nol (0).

Karena dA = B dy, maka

1.2 Aliran ModularDasar hitungan debit adalah persamaan kontinyuitas berikut ini:

Dengan:Q= debit (m2/dt)A= luas tampang basah (m2)V= kecepatan rerata (m/dt)Besar nilai kecepatan rerata dihitung dari persamaan Bernouli:

Jika pada penampang 2 terjadi aliran kritis dengan kedalaman Yc dan bidang diferensialnya adalah puncak ambang, maka z1=z2=0 (lihat gambar 1.2) dengan = 1 didapat:

Hubungan H1 dengan Yc dapat dicari dengan persamaan:

Ac merupakan fungsi dari Yc karena Bc sudah tertentu maka Ac/2Bc hanya merupakan fungsi dari Yc.

Dengan demikian persamaan debit di atas dapat ditulis sebagai berikut:

Untuk mencapai aliran moduler, tinggi muka air alir ada batasnya yang dinyatakan dengan perbandingan tinggi energi yaitu H1/H2.

Gambar 1.2 Profil Aliran di atas Ambang Leher

1.3 Koefisien PengaliranPersamaan debit di atas didasarkan pada anggapan bahwa tidakada gaya-gaya sentrifugal akibat garis aliran yang melengkung di atas ambang, tidak ada pengaruh kekentalan air, tidak terjadi turbulensi, sehingga distribusi kecepatanyya adalah seragam. Pada kenyataannya anggapan-anggapan tadi tidak seluruhnya dipenuhi sehingga diperlukan suatu faktor koreksi yang dinyatakan dalam bentuk koefisien yang disebut koefisien debit (Cd).Tinggi energi pada bagian hulu bangunan (H1) tidak dapat langsung diukur di lapangan. Nilai yang dapat langsung diukur adalah tinggi muka air (h1). Untuk keperluan praktis tinggi muka air dengan suatu koefisien kecepatan (Cv). Lihat lampiran 1. Dengan demikian kecepatan debit menjadi:

2. BANGUNAN PENGUKUR DEBIT2.1 UmumSecara umum bangunan pengukur debit terdiri dari saluran pengantar, bagian penyempitan, pengotrol, bagian pelebaran hilir dan saluran sebelah hilir. Saluran pengantar dibuat lurus tanpa halangan agar tidak terjadi turbulensi sehingga distribusi kecepatan menjadi teratur. Bagian penyempitan berfungsi sebagai peralihan supaya pada bagain pengotrol dapat rata maupun berupa ambang. Peralihan bagaian hilir diperlukan untuk mengurangi kehilangan energi yang terjadi.Perlengkapan lain yang harus ada pada sebuah bangunan ukur debit adalah stasiun pengukur muka air hulu di atas ambang bagian kontrol (h1). Alat ini berupa papan duga (staff dauging) atau menggunkan sistem stilling well. Selain sebagi pengkur, beberapa bangunan juga berfungsi sebagai pengatur debit yang pemeliharaanya sangat tergantung dari kondisi daerah.Pada dasarnya alat ukur debit dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu alat dengan pengaliran muka bebas dan dengan pengaliran melalui lubang. Alat ukur dengan pengaliran bebas diantaranya adalah alat ukur ambang lebar, romijin, alat ukur ambang tajam, ambang pendek, dan flume. Sedang yang termasuk alat ukur dengan pengaliran melalui lubang adalah crump de gruyter, neyrpic, venturimeter, dan pintu sorong.

2.2 Alat Ukur Ambang LebarAlat ukur ambang lebar mempunyai panjang ambang yang tergantung dari tinggi energi total sebelah hulu sehingga diperoleh distribusi tekanan yang sesuai dengan distribusi tekanan hidrostatik. Panjang ambang dinyatakan dengan perbandingan 0,5 m. Karena di bawah 0,05 m kehilangan energi di atas ambang tidak dapat diabaikan, sedangkan bila di atas 0,5 m garis aliran akan melengkung yang mengakibatkan terjadinya gaya sentripetal yang harus diperhitungkan. Pengukuran H1 dilakukan pada jarak 2 sampai 3 kali H1 maksimum dari muka hulu ambang. Adapun dimensi dari alat ukur ambang lebar seperti gambar 2.1

Gambar 2.1 Dimensi Ambang Lebar2.2.1 Alat Ukur RomijinAlat ini pertama kali dikembangkan di Indonesia oleh DG Romijin (1932) yang dapat berfungsi sebagai pengatur sekaligus pengukur debit. Syarat-syarat yang harus dipenuhi agar persamaan debit dapat digunakan adalah sebagai berikut ini (lihat gambar 1.4).1. Perbandingan H1/H2 harus tidak lebih dari 0,3 (terjadi aliran modular)2. Kehilangan energi harus > 0,70 H1 maksimum3. 0,05 < H1 < 0,45 m4. Lebar ambang b > 0,30 m5. 0,55 m < p < 0,95 m6. 0,60 m < H1 + p < 1,00 mHitungan debit menggunakan persamaan debit pada ambang lebar dengan tampang segi empat.

Gambar 2.1 Dimensi Alat Ukur Romijin

2.2.2 Alat Ukur Ambang Lebar dengan Mulut DibulatkanKonstruksi dari alat ukur ambang lebar dengan mulut dibulatkan dimaksudnkan agar tidak terjadi pemisahan aliran. Syarat dimensi bangunan seperti terlihat pada gambar 2.2

Gambar 2.2 Dimensi Alat Ukur Ambang Lebar Muka Dibulatkan

Persyaratan yang harus dipenuhi agar diperoleh pengukuran yang teliti adalah:1. Lebar ambang minimum dipilih harga dari 0,3 m H1 maksimum atau L/52. Nilai perbandingan H1/p maksimum adalah 3 dengan p > 0,15 m.

2.2.3 Alat Ukur Ambang Lebar Bentuk Segi EmpatKonstruksinya berupa sebuah ambang mercu horisontal dengan muka hulu dan hilir berupa bidang vertikal dan membentuk sudut 90O dengan bidang datar serta benar-benar tajam (lihat gambar 2.3). agar di atas ambang terjadi garis aliran yang sejajar maka alat ukur ini memerlukan beberapa persyaratan yaitu:1. Niali perbandingan H1/L terletak diantara 0,08-0,33 m2. Nilai perbandingan h1/(h1+p) maksimum 0,60 dengan p minimum 0,15 m3. h1 minimum adalah nilai terbesar dari 0,06 m atau 0,08L m4. lebar ambang minimum dipilih yang terbesar dari 0,30 m atau L/5 m

Gambar 2.3 Dimensi Ambang Lebar Segi Empat

2.3 Alat Ukur Ambang TajamAlat ukur ambang tajamadalah bangunan-bangunan yang mempunyai panjang ambang maksimum 2 mm. Tapi hulu ambang harus betul-betul tajam dan membentuk sudut 90o dengan muka hulu ambang. Akibatnya aliran akan terjdi pencaran yang menyebabkan tekanan negatif sehingga harus disediakan ruang pengudaraan di bawah tirai luapan. Disyaratkan pada saat muka air hilir maksimum, jarak antara mercu ambang dengan muka air hilir > 0,05 mm.Berdasarkan kontraksi yang terjadi pada dinding tepi dapat dibedakan menjadi dua yaitu ambang dengan kontraksi sempurna dan ambang dengan kontraksi tidak sempurna. Ambang dengan kontraksi sempurna yaitu jika puncak ambang dan dinging-dinding tepinya cukup jauh dari dasar dan dinding tepi saluran pengantar sehingga kontraksi yang terjadi tidak dipengaruhi oleh dinding-dinding batas saluran tersebut. Sedangkan yang dimaksud dengan ambang tidak sempurna adalah jika ambang cukup dekat ke dinding sehingga berpengaruh pada kontraksi yang terjadi.Berdasarkan debit yang lewat dihitung dengan persamaan Q-h1 yang dimodifikasi oleh Kindsvater dan Carter (1657) dimana komponen-komponen Cd dan Cv diganti dengan koefisien debit efektif (Ce), h1 diganti he dan b dirubah menjadi be. Dimensi alat ukur ini dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut ini.

Gambar 2.4 Dimensi alat ukur ambang tajam

2.3.1 Alat Ukur CipolettiAlat ukur cipoletti merupakan penyempurnaan alat ukur ambang tajam dalam segi empat. Akibat penambahan tinggi muka air hulu (h1), maka pengaruh kontraksi tepi juga akan bertambah dan ini mengakibatkan debit yang lewat menjadi berkurang. Untuk itu mengatasinya dibuat suatu pembesaran tampang dengan kemiringan 4:1, lihat gambar 2.5

Gambar 2.5 Dimensi alat ukur cipolettiDengan demikian persamaan debit yang dipakai untuk menghitung adalah Q-h1

Persyaratan yang harus dipenuhi adalah:1. 0,06 m < h1 < 0,6 m2. Nilai perbandingan h1/b maksimum = 0,50

2.3.2 Alat Ukur RehbockBUD Rehbock adalah suatu alat pengukur debit yang berdasarkan pengaliran pada peluapan sempurna, arus lepas, tanpa kontraksi tepi. Dinding saluran (vertikal) dibuat licin dan diusahakan lebar saluran sama dengan panjang ambang.

Gambar 2.6 Alat ukur Rehbock

Hasil penelitian yang dilakukan Rehbock menyimpulkan bahwa rumusan untuk mengukur debit yang lewat pada peluap sempurna adalah:

Dengan:H1= H + 0,0011b= lebar pintuH= tinggi alir huluP= tinggi pintuDisederhanakan menjadi:

Prinsip kerjanya sama dengan alat ukur ambang tajam tetapi pada rehbock peluap diberi lubang pengudraan agar terjadi tekanan atsmosfir seperti yang diinginkan. Alat ini hanya sesuai apabila digunakan di laboraturium dengan kondisi ideal. Tetapi di lapangan agar tidak sukar menentukan ketelitian AUD Rehbock. Besarnya debit yang lewat dihitung berdasarkan tinggi air di atas ambang.Syarat yang harus dipenuhi agar rumus di atas berlaku adalah sebagai berikut:1. H minimum 0,032. 0,10 < H/p 2,0

2.4 Alat Ukur Ambang Pendek (rendah)Alat ukur ambang pendek adalah sebuah alat dengan ambang dimana aliran yang leawat di atasnya mempunyai garis-garis aliran yang tidak lurus (melengkung). Hal tersebut yang membedakan ambang pendek dengan ambang lebar. Dengan demikian alat ukur ambang lebar pada suatu keadaan tertentu dapat berubah fungsi menjadi alat ukur ambang pendek, misal perbandingan h1/L > 0,5.Hitungan debit mengikuti persamaan alat ukur ambang lebar hanya disini ada pengaruh melengkungnya garis aliran yang dimasukkan dalam koefisien debit.

2.5 Alat Ukur ParshallAlat ukur parshall adalah alat ukur yang sudah diuji secara laboratoris untuk mengkukur aliran pada saluran terbuka. Bangunan ini terdiri dari sebuah pengalihan penyempitan dengan lantai datar, leher dengan lantai miring ke bawah dan peralihan pelebaran dengan lantai miring ke atas. Karena bentuk konstruksinya yang tidak konvensional ini, tinggi muka air hulu (h) tidak diukur pada saluran penantar tetapi pada bagian peralihan penyempitan yaitu pada jarak a dari ujung hulu leher. Tinggi muka air hilir (h..) diukur pada jarak x dari ujing hilir leher. Lihat gambar 2.7

Gambar 2.7 Alat parshall flumes

Ada 22 macam alat ukur parshall denagn berbagai ukuran. Ke-22 alat ukur tersebut dikelompokkan menjadi 3 golongan yaitu yang berukuran sangat kecil (kapasitas 0,09-32 liter), parshall kecil (kapasitas 0,0015-3,95 m3/dt) dan parshall besar (kapasitas 0,16-93,04 m3/dt) dimensi masing-masing alat dapat dilihat pada lapiran 2 dan tabel 1, lampiran 3. Ada kesulitan pengukuran pada alat ukur yang tergoong sangat kecil karena timbulnya turbulensi pada leher. Untuk mengatasi keadaan ini, tinggi muka air hilir (hb) diukur di dekat ujung hilir peralihan pelebaran (hc), kemudian dikonversikan ke hb dengan grafik pada gambar.., lampiran 3. Besar debit yang lewat pada pengaliran modular untuk masing-masing alat dihitung dengan rumus empiris hubungan Q-ha dalam bentuk:

Dimana K dan u untuk masing-masing ukuran terdapat pada tabel 2, lampiran 4. Dalam praktek dalam memudahkan telah disediakan tabel-tabel debit masing-masing ukuran sebagai fungsi ha (tabel 3, lampiran 5). Batas modular masing-masing ukuran alat terdapat pada tabel 2 lapiran 4. Jika batas ini dilampaui, terjadi aliran non modular sehingga besarnya debit yang telah disediakan pada tabel harus dikoreksi.

Dengan:Qs= debit nonmodular (m3/dt)Q= debit dari tabe (m2/dt)Qe= debit koreksi akibat aliran tenggelam (m3/dt)Untuk mendapatka debit koreksi, telah disediakan grafik hubungan QE, ha, dan precentage of submargence (hb/ha dalam persen) untuk masing-masing ukuran alat (gambar 5, lampiran 6) untuk alat ukur 1,0-8 hanya tersedia satu buah grafik (ukuran 1,0) sehingga untuk alat ukur yang lain harus dukalikan dengan angka koreksi yang terdapat pada tabel 4, lampiran 8. Demikian juga alat untuk alat ukur ran 10-50. Nilai perbandingan hb/ha maksimum agar alat masih dapat berfungsi adalah 0,95. Karena letak pengukuran ha dan hb yang tidak konvensional ini, maka pada alat ukur parshall, kehilangan energi selama air melalui bangunan (h) tidak sama dengan (ha-hb). Besar h dapat diperoleh dari grafik pada gambar 6 lampiran 7.Penggunaan alat ukur ini dibatasi oleh dimensi alat yang terbatas pada ukuran-ukurn yang terdapat pada tabel 1, lampiran 3.

2.6 OrifisPrinsip orifis adalah melewatkan air pada suatu lubang yang diketahui luasnya. Apabila pada lubang tersebut diketahui kecepatan air, maka debit yang lewat dapat dihitung. Kecepatan aliran dicari dengan menggunakan persamaan Bernoulli. Orifis dibedakan menjadi dua yaitu orifis dengan pengaliran bebas dan dengan aliran tenggelam. Lihat gambar 2.8

Gambar 2.8 alat ukur orifis2.6.1 VenturimeterKonstruksinya berupa pipa tambang segi empat dengan penyempitan pada bagian tengahnya.pitu pengatur diletakkan pada sebelah hilir. Pada bagian penyempitan diberi lubang yang digubungkan dengan stilling well untuk mengukur tinggi tekanan (muka air) pada tempat tersebut. Lihat gambar 2.9

Gambar 2.9 alat ukur venturimeter

Jika tinggi muka air hulu (h1) diketahui (dari pembacaan papan duga), tinggi tekanan pada bagian penyempitan diketahui (h2), maka selisih teinggi tekanan pada kedua tempat (h) dapat diketahui yaitu h1-h2. Selanjutnya luas tampang hulu dapat dihitung karena ukuran lebar sudah tertentu. Sementara itu luas tampang bagian penyempitan sudah ditentukan sehingga besarnya debit yang lewat sudah dihitunf. Dengan menggunakan persamaan Bernouli dan hukum kontinuitas akan didapatkan hubungan antara debit (Q) dengan selisih tinggi tekanan (h) yaitu:

Dengan:Q= debit yang lewat (m3/dt)A1= luas tampang basah bagian hulu (m2)A2= luas tampang bagian penyempitan (m2)h= selisih tekanan tinggi antara bagian hulu, bagian penyempitan (m)C= koef koreksig= percepatan grafitasi (m/dt2)Koefisien koreksi menyatakan faktor bentuk yang besarnya berkisar antara 0,94 sampai 0,97 tergantung dari dimensi alat.

2.6.2 Pintu SorongBanyak jaringan irigasi yang dieksploitasi sedemikian rupa sehingga muka air di saluran primer dan saluran cabang dapat diatur pada batas-batas tertentu. Tinggi muka air diatur dengan bangunan pengatur yang dapat bergerak. Salah satu bangunan pengatur adalah pintu sorong. Selain sebagai pengatur, bangunan ini dapt digunakan untuk mengukur debit, lihat gambar 2.10

Gambar 2.10 alat ukur pintu sorong

Pengukuran debit dapat dilakukan baik pada aliran bebas (modular) maupun pada saat terjadinya aliran tenggelam karena M. Schmid (1954) telah menyediakan grafik hubungan antara angka koreksi aliran tergenang (K), tinggi muka air hulu (h1), tinggi muka air hilir (h2), dan tinggi bukaan pintu (a) seperti terlihat pada gambar 7 lampiran 9. Hitungan debit digunakan persamaan sebagai berikut.

Nilai banding h1/a dan sudut kemiringan pintu terhadap bidang horisontal (B). Dalam hal ini = 90o. Harga dapat dipeoleh dari gambar 8 lapiran 10. Lebar pintu (b) ukuran standar adalah 0,50; 0,75; 1,00; 1,25; dan 1,50 m. Untuk kedua ukuran terakhir pintu harus diangkat dengan dua buah stang.2.6.3 Crump de GruyterMerupakan flum leher pendek yang dilengkapi dengan pintu gerak vertikal sehingga selain untuk mengukur, dapat juga mengatur saluran debit.

Gambar 2.11 alat ukur crump de gruyter

Besarnya debit yang elwat hanya ditentukan oleh tinggi bukaan pintu (w) dan tinggi muka ir hulu (h1), sehingga disyaratkan di atas leher terjadi aliran super kritis. Kondisi aliran super kritis akan cipai apabila w < 2/3H1 persyaratan ini dinyatakan dalam h1 menjadi w < 0,63 h1.Alah ukur ini dapat digunakan untuk mengukur apabila persyaratan-persyaratan di bawah ini dipenuhi, yaitu:1. Dasar leher flum harus horisontal dengan dinding samping vertikal.2. Pintu geraknya mempunyai ketebalan 0,5 H1 maksimum dengan rincian ujung hulu dilengkungkan dengan jari-jari 0,375 H1 maksimum sedang sisanya sebesar 0,125 H1 maksimum ambang 0,20 m.3. Lebar minimum ambang 0,20 m.4. Untuk ukuran standar, tinggi ambang sama dengan lebar ambang (p = b), namun demikian harga p boleh sembarang asalkan p > 0,20 m.5. Dalam praktek, tinggi bukaan pintu minimum adalah 0,02 m.

3. PENGUKURAN DEBIT SALURAN TERBUKA3.1 Cara Pengukuran DebitPengukuran debit pada saluran terbuka dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu:1. Pengukuran langsung yaitu dengan pembacaan pada alat/ bangunan ukur.2. Pengukuran tidak langsung yaitu dengan pengukuran kecepatan aliran (menggunakan current meter atau pelampung) dan luas penampang saluran.Selain itu terdapat metoda lain dengan menggunakan kerapatan larutan obat dan memakai pengukur aliran magnetis, gelombang supersonik, dan sebagainya.

3.2 Pengukuran LangsungPengukuran debit secara langsung dilakukan dengan menggunakan bangunan ukur seperti diuraikan di atas. Dilakukan dengan pembacaan pada papan skala (peilschaal) dan kemudian dibaca debitnya pada tabel atau dihitung dengan rumus.

3.2.1 Bangunan Ukur Cipoletti1. Ukur lebar ambang (b) alat ukur2. Ukur/ baca tinggi muka air (h) di hulu alat ukur3. Besar debit dihitung dengan rumus atau menggunakan tabel. Rumus Q = 1,86 b , Q dalam l/dt, b dalam m dan h dalam cm

3.2.2 Bangunan Ukur Parshall1. Baca tinggi air di ambang (ha) pada alat ukur2. Ukur/ baca leher lebar (w) alat ukur3. Debit dibaca pada tabel atau menggunakan rumus

Q dalam m3/dt dan ha dalam m

3.2.3 Bangunan Ukur Romijin1. Ukur lebar ambang (b) alat ukur.2. Baca/ catat tinggi muka air (h) pada papan skala (peilschaal) di hulu bangunan ukur3. Baca debit pada skala liter alat ukur, atau baca pada tabel ataupun dihitung dengan rumus Q= 1,71 (Q dalam l/dt, b dalam m, dan h dalam cm)

3.3 Pengukuran Tidak LangsungPada cara ini debit dapat dihitung berdsarkan hasil kali anatara hasil pengukuran luas penampang saluran dengan kecepatan aliran. Kecepatan aliran diukur dengan menggunakan pelampung (floater) atau menggunakan pesawat pengukur aliran (current meter).Current meter adalah suatu alat yang berbentuk baling atau mangkok yang dapat berputar untuk mengukur kecepatan arus. Ada beberapa jenis current meter yang masing-masing mempunyai bentuk yang berbeda, tetapi mempunyai prinsip dan fungsi yang sama. Prinsip kerja current meter adalah menghitung kecepatan arus berdasarkan jumlah putaran baling-baling atau mangkok dalam waktu tertentu. Dalam pemakaian alat ini dapat dipasang pada sebuah tongkat atau digantungkan pada kabel diberi pemberat.

3.3.1 Pengukuran Kecepatan VertikalMengingat bahwa distribusi kecepatan pada suatau vertikal merupakan distribusi parabola, maka untuk memperoleh kecepatan secara vertikal dari kecepatan titik dapat dilakukan sebagai berikut ini.1. Bila dilakukan pengukuran satu titik (one point) measurement), maka current meter ditempatkan pada 0,6 H diukur dari permukaan air (H sama dengan kedalaman air).2. Pengukuran dua titik (two point measurement), maka pengukuran dilakukan pada 0,2 H dan 0,8 H dari permukaan air.

3. Pengukuran tiga titik (three point measurement)

4. Pengukuran lima titik

5. Untuk pengukuran lebih dari lima titik, maka kecepatan rerata dihitung dengan cara menggambarkan distribusi kecepatan kemudian dihitung luasnya dan dibagi dengan kedalaman.Dari kelima alternatif pengukuran kecepatan di atas, masing-masingcara mempunyai kelebihan dan kekurangan berdasarkan pertimbangan tertentu. Untuk mengatasi hal tersebut maka dalam pekerjaan ini pemilihan cara pengukuran di kelompokna menjadi dua yaitu:1. Jika kedalaman air (h) < 30 cm dilakukan pengukuran 1 (satu) titik.2. Jika kedalaman air (h) > 30 cm dilakukan pengukuran 2 (dua) titik.Adapun syarat pengukuran adalah1. Waktu pengukuran satu titik > 30 detik2. Putaran mangkok atau baling-baling current meter > 30 putaran.

3.3.2 Pengukuran DebitDalam pengukuran kecepatan untuk menentukan jumlah pias vertikal yang diukur tidak terdapat pedoman yang jelas untuk keseragaman. Karana pada prinsipnya pertimbangan yang dilakukan unutuk menentukan jumlah pias vertikal adalah:1. Bentuk penampang saluran (makin tak teratur, banyak vertikal yang harus diukur)2. Sifat aliran.3. Waktu yang tersedia.Sehingga untuk pekerjaan ini lebar pias ditentukan berdasarkan lebar saluran yaitu 1/10 lebar permukaan air. Untuk mengukur besarnya debit yang lewat pada saluran ada dua metode yaitu:1. Mid section methodCara perhitungan dengan metode ini adalah sebagai berikut:

Debit tiap pias: q = V x H x bDebit saluran: Q = q = V x H x bDimana:V= kecepatan rerata piasH= kedalaman air pada pias yang ditinjaub= lebar pias2. Mean section method

Debit pias dihitung dengan persamaan:

Debit saluran:

Dari kedua cara di atas, disarankan menggunakan cara yang pertama dengan pengetian perhitungan lebih sederhana dan ketelitian yang lebih besar.

3.3.3 Cara Pengukuran dengan Current MeterPekejaan pengukuran kecepatan dan kedalaman pada masing-masing vertikal dapat dilakukan berbagai cara namun karena saluran pada pekerjaan ini tidak terlalu besar maka digunakan cara wading, dengan menggunakan batang pengukur (rod), dimana langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:1. Siapkan alat yang digunakan yaitu:a. Current meter A. OTT tipe C2 dan C31 atau merk SEBA ukuran Current meter disesuaikan dengan besar saluran air.b. Tali plastik yang sudah diberi skala meter.c. Kartu ukur debit (bentuk kartu dapat dilihat pada lampiran).d. Roll metere. Stopwatch.2. Pilih lokasi pengukuran debit di saluran dengan syarat sebagai berikut:a. Pada saluran yang lurus, dan yang relatif stabil penampang lintangnya, serta tidak terjadi olakan (serat aliran lurus).b. Diukur lebar saluran, pada lokasi yang telah dipilih dan tentukan banyaknya vertikal (rai) pengukuran dengan pedoman: Jarak vertikal maksimum = 1/10 lebar saluran Jarak vertikal minimum = 10 cm Jarak antara vertikal dalah b.3. Atur pintu pengatur untuk tiap ketinggian muka ir yang diinginkan.4. Ditunggu beberapa saat sampai diperoleh tinggi muka air yang stabil (kurang lebih 15 menit).5. Pengukuran dengan current meter dilakukan dengan point tercapai, diukur kedalaman air pada suatu vertikal, misal vertikal1.a. Dalamnya D < 30 cm,maka dilakukan pengukuran 1 titik kedalaman 0,6 Db. Bila D > 30 cm dilakukan pengukuran 2 (dua) titik masing-masing pada kedalaman 0,2 D dan 0,8 D kecepatan rerata (V) dihitung dengan rumus.

Gambar 3.1 distribusi kecepatan arah vertikal

6. Mengulang pekerjaan 5 sampai seluruh vertikal terukur.7. Debit tiap pias dihitung dengan q = V x D x bDebit saluran adalah jumlah debit saluran pias pada tampang yang diukur yaitu Q = q.

Gambar 3.2 diagram perhitungan debit

8. Ulangi pekerjaan 3 sampai 7 sebanyak 9 kali untuk tinggi muka air yang berbeda, dan tersebar merata dari muka air minimum sampai muka air maksimum.9. Pencatatan dilakukan pada kartu pengukuran debit yang telah tersedia.Kartu pengukuran debitLebar saluran (B)= ... cmJumlah vertikal (n)= ... buahLebar pias = ... cmD= ... kedalaman airV= ... keecepatan rerataUntuk 1 titik Vn= V 0,6DUntuk 2 titik Vn= q = debit=

BAGIAN I SALURAN TERTUTUP (CLOSE CHANNELS)

4. SALURAN TERTUTUP4.1 Latar Belakang Praktikum Saluran TertutupPelaksanaan praktikum pada saluran tertutup dilatar belakangi oleh keingin tahuan kita akan masalah yang terjadi pada alat praktikum yang berhubungan dengan hidrolika, yaitu: Mayor Losses yang diakibatkan oleh gesekan pipa dan Minor Losses yang diakibatkan belokan dan perubahan penampang pipa. Dimana hal-hal tersebut nantinya kita analisis dan bandingkan dengan bahan-bahan bacaan hidrolika.

4.2 Maksud dan Tujuan1. Mencari dan menggambarkan kehilangan energi akibat pengaliran dalam saluran tertutup. Kehilangan energi berupa:a. Mayor Losses yang terjadi akibat gesekan antara air dan dinding.b. Minor Losses yang terjadi akibat perubahan penampang pipa (penyempitan), pembelokkan.2. Mencari koef gesek, koef pembelokkan, dan koef penyempitan penampang.3. Menganalisi tentang Mayor Losses dan Minor Losses dari data percoban yang telah didapat.

4.3 Lokasi PraktikumPraktikum dilaksanakan di ruangan laboratorium hidrolika dan di luar fakultas Teknik Sipil UNISSULA.

4.4 Landasan TeoriDalam hidrolika kita mengenal dua jenis saluran, salah satunya adalah saluran tertutup. Umumnya saluran tertutup dalam kehidupan sehari-hari diaplikasikan pada media berupa pipa. Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran, dan digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari atmosfer. Jadi yang dimaksud dengan saluran tertutup adalh saluran dimana zat cair/ fluida yang mengalir di dalamnya penuh, dalam artian tidak ada ruanagn di saluran yang tidak terisi oleh fluida, jadi tidak ada tekanan atmosfir. Pada saluran tertutup alat-alat yang digunakan adalah:4.1.1 PiezometerPiezometer adalah alat yang berfungsi sebagai pengukur tinggi tekanan hidrolik. Piezometer dipasang pada beberapa titik untuk mengukur perubahan tinggi tekanan hidrolik air akibat kehilangan energi primer dan sekunder.1. Untuk kehilangan energi primer akibat gesekan.Piezometer dipasang pada dua buah titik sejarak x pada penempang yang berdimensi sama dan tidak terjadi belokan (untuk mengukur selisih tekanan hidolik yang terjadi karena kehilangan energi akibat gesekan).2. Untuk kehilangan energi sekunder akibat belokan dan pengecilan penampang. Piezometer dipasang:a. Pada titik sebelum terjadi dan sesudah belokan (untuk mengukur selisih tinggi tekanan hidrolik yang terjadi karena kehilangan energi akibat belokan).b. Pada titik sebelum dan terjadi sesudah terjadi pengecilan penampang pipa (untuk mengukur selisih tekanan hidrolik yang terjadi karena kehilangan energi akibat pengecilan penampang.

4.1.2 Venturimeterventuri meter berfungsi sebagai pengukur debit pada saluran tertutup yang dalam hal ini pipa peralon. Konstruksinya berupa pipa tampung bundar dengan penyempitan pada bagian tengahnya. Pada bagian penyempitan diberi lubang yang dihubungkan dengan Stilling well untuk mengukur tinggi tekanan (muka air) pada tempat tersebut. Jika tinggi muka hulu (h1) diketahui (dari pembacaan papan duga), tinggi tekanan pada kedua tempat (h) dapat diketahui yaitu h1-h2. Selanjutnya luas tampang hulu dapat dihitung karena ukuran lebar sudah tertentu. Sementara itu luas tampang bagian penyampitan sudah ditentukan, sehingga besarnya debit yang leawt dapat dihitung. Dengan menggunakan persamaan Bernoulli dan hukum kontinyuitas didapat hubungan antara debit (Q) dengan selisih tinggi tekanan (h), yaitu:Q= debit yang lewat (m3/dt)1= luas tampang basah bagian hulu (m2)2= luas tampang bagian penyempitan/ luas lubang (m2)h= selisih tinggi tekanan antara bagian hilir dan bagian penyempitan(m)c= koef koreksi (0,94-0,97)

Gambar 4.1 Venturi Meter

4.1.3 Bilangan ReynoldsBilangan Reynolds (bilangan yang tidak berdimensi) menyatakan perbandingan gaya-gaya inersia terhadap gaya-gaya kekentalan (viskositas) untuk pipa bundar yang mengalir penuh.Dimana:V= kecepatan rata-rata (m/dt)D= garis tengah pipa (m)= jari-jari pipa (m)v= kekentalan kinematik (m2/dt) = kecepatan massa fluida (kg/m3)N= kekentalan mutlak (pa.dt)Untuk irisan-irisan yang berpenampang tidak bundar, perbandingan luas irisan terhadap keliling yang basah, disebut jari-jari hidrolik R (m)

4.1.4 Diagram MoodyPada tahun 1944 Moody menyederhakanan prosedur hitungan berdasarkan pada rumus:

Dengan sebuh grafik yang dikenal sebagai grafik Moody. Grafik tersebut mempunyai daerah kritis dimana nilainya tidak tetap, karena pengaliran mungkin laminer atau turbulen, dareah transisi F merupakan fungsi dari angka Reynolds dan kekasaran dinding pipa, dan daerah turbulen sempurna dimana nilai F tidak tergantung pada angka Reynolds tetapi hanya pada kekasaran relatif. Untuk menggunakan grafik tersebut, nilai K diperoleh dari tabel. Untuk pipa tua nilai F dapat jauh lebih besar dari pipa baru yang tergantung pada umur pipa dan sifat zat cair yang dialirkan.Tabel 4.1 Tingkat kekasaran pipaJenis Pipa (Baru)Nilai K (mm)

1. Kaca2. Besi dilapisi aspal3. Besi tua4. Plester semen5. Beton6. Baja7. Baja dikeling8. Pasangan batu0,00150,06-,0240,18-0,900,27-1,200,30-3,000,03-0,090,90-9,006

4.1.5 Kehilangan Tenaga Aliran Melalui PipaPada zat cair yang mengalir pada bidang batas (pipa, saluran terbuka atau bidang datar) akan terjadi geser dan gradien kecepatan pada seluruh medan aliran karena adanya kekentalan. Tegangan geser tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran.Dipandang suatu aliran turbulens dan permanan melalui pipa seperti yang ditunjukkan dalam gambar, diameter pipa adalah D dan pipa miring dengan sudut kemiringan . Dianggap hanya terjadi kehilangan tenaga karena gesekan. Gaya-gaya yang bekerja adalah gaya tekanan, berat zat cair dan gaya geser kehilangan tenaga dengan jumlah dari perubahan tekanan dan tinggi tempat.

Gambar 4.2 Penurunan Rumus Darcy-Weisbach

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas tampang lintang aliran melalui pipa adalah konstan yaitu A. Tekanan pada tampang 1 dan 2 adalah P1 dan P2. Jarak antara tampang 1 dan 2 adalah 1. Gaya-gaya yang bekerja pada zat cair adalah gaya tekanan pada kedua tampang, gaya berat dan gaya gesekan.Apabil panjang aliran pipa adalah L, didapat persamaan:

Persamaan di atas disbut persamaan Darcy-Weisbach untuk aliran melalui pipa lingkaran. Dalam persamaan tersebut F adalah koefisien gesekan Darcy-Weisbach yang tidak berdimensi dimana koefisien F merupakan fungsi dari angka Reynolds dan kekasaran pipa.

Persamaan di atas memberikan hubungan tegangangeser dinding sebagai fungsi koefisien gesekan F.

4.2 Persamaan Tahanan Gesek PipaFaktor gesekan f dapat diturunkan secara mateatis untuk aliran laminer, tetapi tidak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi f dengan bilangan Reyolds yang tersedia untuk aliran turbulen selanjutnya, Nikuradese dan lain-lain telah menemukan bahwa kekasaran relatif pipa (perbandingan ukuran ketidaksempurnaan permukaan E terhadap garis tengah sebelah dalam pipa) mempengaruhi juga nilai f.1. Untuk aliran laminer persamaan yang berlaku:Head turun Jadi untuk aliran laminer disemua pipa untuk semua fluida, dimana Re (bilangan Reynolds) adalah bilangan yang menyatakan perbandingan gaya inersia terhadap gaya-gaya kekentalan (viskositas) untuk aliran laminer Re mempunyai sebuah harga maksimum praktis sebesar 2000.2. Untuk aliran turbulenBanyak alhi hidrolika telah mencoba menghitung f dari hasil percobaan mereka sendiri dan dari percobaan orang lain.a. Aliran turbulen dalam pipa-pipa mulus dan kasar, hukum-hukum tahan universal dapat diturunkan dari:

b. Untuk pipa-pipa mulus glasius menganjurkan untuk bilangan-bilangan Reynolds antara 3000 dan 105.Acakan dan aliran akan normal kembali mulai dari tampang (2). Di daerah tampang 1 dan 2 terjadi pemisahan aliran seperti terlihat digambar bawah ini, aliran efektif hanya melalui tampang yang dibatasi oleh garis rus terluar. Karena V1 lebih besar dari V2 maka akan terjadi tumbukan di daerah antara tampang 1 dan 2. Tekanan ditampang 2 sebesar P2. Tekanan merata ditampang 1 pada bagian yang efektif (bentuk cincin) adalah (A2-A1)P. Persamaan momentum untuk gaya-gaya yang bekerja antara tampang 1 dan 2 adalah:

Gambar 4.3 Tahanan Gesek Pipa

Kedua ruas dari persamaan tersebut dibagi dengan A2

Pemakaian persamaan bernoulli untukkedua tampang diperoleh:

he =

Persamaan kontinyuitas A1 V1 = A2 V2 atau:

Apabila dianggap persamaan bahwa P1 = P dan berdasarkan kontinyuitas maka persamaan di atas menjadi:

Gambar 4.4 Pengecilan Pipa

Dengan Ac dan Vc adalah luas tmpang dan kecepatan pada vena kontrakta,Ac Vc = A2 V2 atau Vc = Maka he =

Disini nilai he didasarkan pada pipa kecil. Dalam prakteknya nilai f diambil 0,5.Kehilangan tenaga pada pengecilan lubang berangsur-angsur seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.5 Pengecilan Penampang Berangsur-angsur

Pengecilan penampang secara berangsur-angsur kehilangan tenaga diberikan dalam bentuk:

Nilai fc tergantung dari sudut transisi dan perbandingan luas tmapang A2, A1.

4.3 Belokan PipaKehilangan tenaga yang terjadi pada belokan tergantung pada sudut belokan pipa. Rumus kehilangan tenaga pada belokan adalah serupa dengan rumus pada perubahan penampang, yaitu:

Dengan fb adalah koefisien kehilangan tenaga pada belokan yang diberikan oleh tabel di bawah ini:Tabel 4.2Koefisien fb Sebagai Sudut Belokan 20o40o60o80o90o

fb0,050,140,360,740,98

Gambar 4.6 Belokan Pipa

Untuk sudut belokan 90o dan dengan belokan halus (berangsur-angsur). Kehilangan tenaga tergantung pada perbandingan antara jari-jari belokan dan diameter pipa. Nilai fb untuk berbagai nilai R/D diberikan dalam tabel di bawah ini:

Tabel 4.3Koefisien fb dan nilai R/DR/D1246101620

fb0,350,190,170,220,320,380,42

Keterangan:F: koef kehilangan energi primer akibat gesekanHf: kehilangan tenaga akibat gesekanL: panjang aliran pipaV: kecepatan aliranHe: kehilangan energi pada perbesaran penampangP1: perbesaran tekanan pipa 1P2: besar tekanan pipa 2A1: luas penampang pipa 1A2: luas penampang pipa 2

4.4 Pelaksanaan Praktikum4.4.1 Tata Cara PelaksanaanA. PesiapanSebelum pelaksanaan praktikum ada beberapa hal yang harus dipersiapkan yaitu:1. Persiapkan air secukupnya pada ketiga bak air.2. Pastika pompa air dapat bekerja dengan baik.3. Stabilkan sirkulasi aliran pada instrumen sebelum pengambilan data dilakukan.4. Pastika bahwa dalam setiap piezometer tidak ada rongga udara.5. Kontrol venturi meter6. Pesiapkan format pengisian praktikum.

B. Gambar Instrumen

Gambar 4.7 Instrument Kehilangan Energi Pada Aliran Pipa

C. PelaksanaanDalam pelaksanaan hal-hal yang harus dilaksanakan adalah sebagai berikut:1. Hidupkan pompa dan buka kran pada posisi aliran stabil sehinga sirkulasi air berjalan dengan baik (pengambilan data tidak boleh dilakukan sebelum kedudukan air pada masing-masing bak dalam keadaan stabil).2. Melakukan pengukuran untuk ketinggian hidraulik air pada:a. Dua lubang pada venturi meter.b. Piezometer-piezometer yang terpasang pada: Sebelum dan sesudah pipa lurus yang diamati friction-nya Posisi sebelum dan sesudah belokan Sebelum dan sesudah pengecilan penampang

D. Teknik PengukuranPada tahap ini beberapa hal yng ahrus dilakukan adalah:1. Pastika venturi meter dalam keadaan jenuh air ( tidak ada gelembung udara)2. Ukur ketinggia air ada lubang piezometer dengan menggunakan waterpass.3. Ukur ketinggian hidrulik air pada masing-masing piezometer.E. Pengolahan DataPada tahap ini hasil praktikum dikelompokkan dam dihitung sesuai dengan tahapan berikut:1. Perhitungan debit aliran (venturi mter)

Tebel data praktikum aliran pada pipa INomor Praktikumh(H1-H2) (m)

Tebel data praktikum aliran pada pipa IINomor Praktikumh(H1-H2) (m)

2. Beda tinggi hidraulik pada piezometer (pipa 1 dan pipa 2)a. Pengukuran pipa 1

Tabel data praktikum ketinggian hidraulik air pada pipa INomor PraktikumP1 (m)P2 (m)P3 (m)P4 (m)

Dimana:P1-P2 = kehilangan energi akibat belokan 1P2-P3 = Kehilangan energi akibat gesekanP3-P4 = Kehilangan energi akibat belokan 2 2 orang bersiap di venturi meter (1 orang memgang penggaris ukur, 1 orang dengan waterpass (selangair)), dan 4 orang di piezometer. Pengukuran dimulai saat air di venturi meter stabil (posisi permukaan air di waterpass sama dengan permukaan di pipa venturi). Saat stabil, dilakukan pembacaan secara serempak dengan aba-aba dari petugas di venturi. Beda tinggi di venturi dibaca saat permukaan air di waterpass sama dengan di venturi. Tinggi permukaan air di pipa 1-4 dibaca pada saat petugas di venturi meberi aba-aba. Hasil pengukuran dicatat oleh petugas. Pengukuran dilakukan sebanyak 5 kali.

b. Pengukuran pipa II

Tabel data praktikum ketinggian hidraulik air pada pipa IINomor PraktikumP1 (m)P2 (m)P3 (m)P4 (m)

Dimana:P1-P2 = kehilangan energi akibat belokan 1P2-P3 = Kehilangan energi akibat gesekanP3-P4 = Kehilangan energi akibat belokan 2 2 orang siap di venturi meter (1 orang memegang penggaris ukur, 1 orang dengan waterpass (selang air), 5 orang di piezometer. Pengukuran dimulai saat di venturi stabil (posisi permukan air di waterpass sama dengan permukaan di pipa venturi) Saat stabil, dilakukan pembacaan secara serempak dengan aba-aba dari petugas di venturi. Beda tinggi di venturi dibaca saat permukaan air di waterpass sama dengan di venturi. Tinggi permukaan air di pipa 1-5 dibaca pada saat petugas di venturi meter memberi aba-aba. Hasil pengukuran dicatat oleh petugas pencatat. Pengukuran dilakukan sebanyak 5 kali.

36