Izol Modul 5

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)


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)


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)


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)


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)


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


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)


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)


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)


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)


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)


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)


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)


Adjustable Undershot Weir Multipurpose Teaching Flume

Foto Praktikan

KELOMPOK 14

ZULFUADI LUBIS

(11 0404 085)


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)


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)

Izol Modul 5

Documents

Transcript of Izol Modul 5