Handout CIV 108 Modul 6 Pintu Sorong dan Air Loncat

(1)

51

MODUL

V

PINTU

SORONG

DAN

AIR

LONCAT

6.1. Pendahuluan

6.1.1. Latar Belakang

Pintu sorong adalah sekat yang dapat diatur bukaannya. Pada bangunan air, aplikasi pintu sorong adalah

pintu pembilas. Fungsinya yaitu mencegah sedimen layang masuk ke dalam pintu pengambilan (intake) dan

membilas sedimen yang menghalangi aliran.

Aliran setelah pintu sorong mengalami perubahan kondisi dari subkritis ke superkritis. Di lokasi yang lebih

hilir terjadi peristiwa yang disebut air loncat/lompatan hidraulik (hydraulic jump). Air loncat memiliki sifat

aliran yang menggerus. Adanya pintu sorong mengakibatkan kemungkinan terjadinya gerusan pada saluran

di hilir pintu sorong. Oleh karena itu, diperlukan perhitungan untuk desain saluran pada hilir saluran agar

tahan terhadap gerusan air akibat adanya pintu sorong.

| \ r

mm ^ :

Gambar 6. 1 Aliran pada Pintu Sorong

Secara fisik profil aliran pada pintu sorong dapat digambarkan sebagai berikut:

(2)

52

6.1.2. Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah

 Mempelajari sifat aliran yang melalui pintu sorong

 Menentukan koefisien kecepatan dan koefisien kontraksi

 Menentukan gaya-gaya yang bekerja pada pintu sorong Fg dan Fb

 Mengamati profil aliran air loncat

 Menghitung besarnya kehilangan energi akibat air loncat

 Menghitung kedalaman kritis dan energi minimum

6.2. Landasan Teori

Pintu sorong yang akan digunakan dalam percobaan ini adalah pintu air gesek tegak dengan tipe aliran bawah.

Pada rancangan pintu sorong jenis ini, hal yang menjadi perhatian utama adalah hubungan antara debit dengan

distribusi tekanan pada pintu dan bentuk pinggiran pintu. Namun karena rancangan pinggiran pintu air sangat

bervariasi, maka fokus dari modul ini lebih kepada hubungan debit dan distribusi tekanan (seperti disebutkan

dalam tujuan praktikum).

6.2.1. Debit Aliran (Q)

Debit Berdasarkan Venturimeter

Dalam praktikum, pengukuran debit digunakan dengan venturimeter. Dengan menerapkan prinsip

kekekalan energi, impuls-momentum, dan kontinuitas (kekekalan massa), serta dengan asumsi terjadi

kehilangan energi, dapat diterapkan persamaan Bernoulli untuk menghitung besar debit berdasarkan tinggi

muka air sebelum dan pada kontraksi.

Gambar 6. 3 Venturimeter

Besarnya debit (Q) dapat diperoleh dengan rumus:

� = √

�− 4 �∆ℎ

[ 4− ]

(3)

53

dimana:

d1 = 3,15 cm

d2 = 2,00 cm

g = 9,81 m/s2

ρair = 1,00 gr/cm3_{pada suhu} ₀o_C

(4)

54

Gambar 6. 4 Profil Aliran pada Pintu Sorong

Besarnya debit teoretis adalah

�

= �� √

₊��

(6.2)

Dengan memasukkan harga koefisien kecepatan (CV) dan koefisien kontraksi (CC) ke dalam persamaan

(5.2) maka dapat diperoleh Debit Aktual (QA)

� =

�_�

� dan

� =

��

�

= ��

�

_√

� �� +

(6.3)

dimana:

g = percepatan gravitasi = 9,81 m/detik2

b = lebar saluran = 8 cm

Yo, Y1, dan Yg (lihat gambar 5.4)

6.2.2. Gaya Yang Bekerja Pada Pintu Sorong

Faktor penting yang perlu dipertimbangkan dalam desain pintu air adalah gaya yang bekerja, alat

pengangkat (mesin atau manusia), sekat kedap air, dan bahan bangunan. Gaya yang berpengaruh adalah

(5)

55

Tekanan yang bekerja pada permukaan pintu dapat dianalisis dengan pengukuran langsung pada model.

Tekanan normal pada permukaan pintu dapat dinyatakan oleh komponen horisontal FH. Letak dan besarnya

gaya-gaya pada pintu dapat ditentukan secara grafis, dengan menggunakan diagram distribusi. Cara yang

lebih sederhana dalam menentukan besarnya tekanan adalah dengan menganggap bahwa tekanan

horisontal pada permukaan pintu terdistribusi secara hidrostatis.

Gaya dorong yang bekerja pada pintu sorong akibat tekanan hidrostatis dapat dihitung dengan

menggunakan rumus:

Fh = 0.5 p g ( Yo - Yg )2 (6.4)

h = Yo - Yg

Sedangkan gaya dorong lainnya yang bekerja pada pintu sorong dapat dihitung dengan rumus:

�

= [ ,5��

�_�

− ] + [

�_�

−

�_�

]

(6.5)

dimana:

g =

percepatan

gravitasi = 9,81 m/s2

b =

lebar

saluran = 8 cm

Yo, Yi, dan Yg (lihat gambar 2.5)

6.2.3. Air Loncat

Aliran pada pintu sorong adalah aliran tak tunak yang berubah tiba-tiba sehingga muncul perubahan tinggi

muka air dari subkritis menjadi superkritis. Aliran yang keluar dari pintu biasanya mempunyai semburan

kecepatan tinggi yang dapat mengikis dasar saluran ke arah hilir. Peristiwa ini disebut air loncat dan sering

(6)

56

Bilangan Froude

Bilangan Froude adalah bilangan tak berdimensi yang merupakan indeks rasio antara inersia terhadapgaya

akibat gravitasi.

Energi spesifik dalam suatu penampang saluran dinyatakan sebagai energi air per satuan berat pasa setiap

penampang saluran, diperhitungkan terhadap dasar saluran. Untuk saluran dengan kemiringan kecil dan

dan tidak ada kemiringan dalam aliran airnya (a=1), maka energi spesifik dapat dihitung dengan persamaan:

= � +

�_� (6.8)

dimana:

E = energi spesifik pada titik tinjauan (m)

y = kedalaman air di titik yang ditinjau (m)

V = kecepatan air di titik yang ditinjau (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s2₎

Untuk energi spesifik tertentu terdapat dua kemungkinan kedalaman, misalnya Ya dan Yb. Kedalaman hilir

disebut alternate depth dari kedalaman hulu dan begitu juga sebaliknya. Pada keadaan kritis kedua

kedalaman tersebut seolah menyatu dan dikenal sebagai kedalaman kritis (Yc). Rumus untuk menghitung

kedalaman kritis (Yc) dan energi minimum (Eminimum) adalah sebagai berikut:

� =

�_� ⁄ (6.9)

� �

= �

(6.10)

6.3. Alat-Alat Percobaan

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

a. Pintu sorong

b. Pompa

c. Alat pengukur kedalaman

d. Meteran

e. Manometer

f. Sekat pengatur hilir

(7)

57

Gambar 6. 6 Saluran Terbuka untuk Percobaan Pintu Sorong

6.4. Prosedur Kerja

Percobaan pada modul ini dibagi dalam 2 tahapan, yaitu percobaan dengan debit tetap dan percobaan dengan

bukaan pintu yang tetap. Prosedurnya adalah sebagai berikut:

6.4.1. Percobaan dengan Debit Tetap

1. Pintu sorong dan flume dikalibrasikan dahulu pada titik nol terhadap dasar saluran

2. Jika menggunakan alat pengukur kedalaman selain penggaris (mistar), alat tersebut perlu

dikalibrasikan terlebih dahulu. Jika menggunakan penggaris, gunakan penggaris yang sama

untuk setiap percobaan.

3. Periksa keadaan awal pipa manometer pada venturimeter. Jika terdapat selisih ketinggian pada

kedua pipa, catat selisihnya, dan gunakan sebagai kalibrasi dalam perhitungan debit

menggunakan venturimeter.

4. Alirkan air dengan debit tertentu yang memungkinkan terjadinya jenis aliran yang diinginkan.

5. Atur kedudukan pintu sorong. Tentukan kira-kira pada interval berapa profil air loncat masih cukup

baik.

6. Setelah aliran stabil, ukur dan catat Yo, Yg, Yi , Ya, Xa, Yb dan Xb dimana:

 Yo = tinggi muka air di hulu pintu sorong

 Yg = tinggi bukaan pintu sorong terhadap dasar saluran

 Y1 = tinggi muka air terendah di hilir pintu sorong

 Y2 = tinggi muka air tertinggi di hilir pintu sorong

 Ya = tinggi muka air tepat sebelum air loncat

 Yb = tinggi muka air tepat setelah air loncat

 Xa = kedudukan horizontal titik Ya dari titik nol saluran

 Xb = kedudukan horizontal titik Yb dari titik nol saluran

Parameter di atas dicatat pada formulir pengamatan Percobaan A: Debit Tetap, Yg Berubah

7. Percobaan dilakukan 5 kali dengan mengubah tinggi bukaan pintu sorong.

6.4.2. Percobaan dengan Debit Berubah

1. Tentukan dan catat kedudukan pintu sorong terhadap dasar saluran (Yg tetap).

(8)

58

kedua pipa, catat selisihnya, dan gunakan sebagai kalibrasi dalam setiap perhitungan debit

menggunakan venturimeter.

3. Alirkan air dengan debit minimum yang memungkinkan terjadinya aliran yang diinginkan.

4. Setelah aliran stabil, ukur dan catat Yo, Yg, Yb , Ya, Xa, Yb dan Xb pada formulir pengamatan

Percobaan B : Debit Berubah, Yg Tetap

5. Percobaan dilakukan 5 kali dengan mengubah debit aliran

Seluruh prosedur kerja secara umum terangkum dalam diagram alir berikut ini:

A. Percobaan dengan Debit Tetap

(9)

59

B. Percobaan dengan Debit Berubah

(10)

60

6.5. Pengambilan Data

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan

tabel di bawah ini:

Tabel 6. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No Lembar Data Data yang Diambil Simbol Sat. Jumlah Data Total Keterangan

1

Percobaan A:

Debit Tetap, Yg

Berubah

Tinggi kedua pipa manometer

untuk menghitung debit

h1 cm 1 Debit yang

digunakan hanya

1 nilai saja

h2 cm 1

Tinggi muka air di hulu pintu

sorong

Yo cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Untuk lebih jelas

dalam Tinggi bukaan pintu sorong

terhadap dasar saluran Yg cm

1 X jumlah perubahan

Yg = 5

Tinggi muka air terendah di

hilir pintu sorong

Y1 cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5 Tinggi muka air tertinggi di hilir

pintu sorong

Yg = 5 Tinggi muka air tepat sebelum

air loncat

Ya cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5 Tinggi muka air tepat setelah

air loncat

Yb cm 1 X jumlah perubahan

Yg = 5 Kedudukan horizontal titik Ya

dari titik nol saluran Xa cm

Yg = 5

Kedudukan horizontal titik Yb

dari titik nol saluran Xb cm

Yg = 5

2

Percobaan B:

Debit Berubah,

Yg Tetap

Tinggi kedua pipa manometer

untuk menghitung debit

h1 cm 5 Mengambil 5 nilai

debit baru.

h2 cm 5

Tinggi muka air di hulu pintu

sorong

Yo cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5

Untuk lebih jelas

dalam Tinggi bukaan pintu sorong

terhadap dasar saluran Yg cm 1 (kondisi Yg tetap)

Tinggi muka air terendah di

hilir pintu sorong

debit = 5 Tinggi muka air tertinggi di hilir

pintu sorong

debit = 5 Tinggi muka air tepat sebelum

air loncat

Ya cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5 Tinggi muka air tepat setelah

air loncat

Yb cm 1 X jumlah perubahan

debit = 5 Kedudukan horizontal titik Ya

dari titik nol saluran Xa cm

(11)

61

Kedudukan horizontal titik Yb

dari titik nol saluran Xb cm

debit = 5

6.6. Pengolahan Data

Pengolahan data dilakukan dengan membuat tabel perhitungan pada program Microsoft Excel agar proses

perhitungan yang dilakukan menjadi lebih mudah. Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut.

Pintu Sorong

Tabel 6. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data Pintu Sorong

No. Langkah Formulir Pengamatan Keterangan Nama

Acuan Gambar/Grafik

1 Hitung Qt dan QA untuk

masing- masing

pengukuran tinggi pipa

venturimeter.

Gunakan persamaan 2.2

dan 2.3

Qt dan Qa digunakan

untuk menghitung

koefisien kecepatan(CV)

2 Hitunglah koefisien

kontraksi (CC) dan

koefisien kecepatan

(CV).

Gunakan data pada tabel

Percobaan A (pintu sorong).

Grafik ini menjadi

Grafik 2.1 Cv vs Yg/Yo

debit tetap dan

Grafik 2.2 Cc vs Yg/Yo

debit berubah.

3 Ulangi perhitungan

seperti pada no. 1.

Percobaan B (pintu sorong).

Grafik ini menjadi

debit berubah dan

debit berubah.

4 Hitung Fg dan Fh Gunakan data pada tabel

Percobaan A dan Percobaan

B (pintu sorong).

dan 2.5,

Grafik ini menjadi

Grafik 2.5 Fg/Fh vs

Yg/Yo untuk debit tetap

dan

Grafik 2.6 Fg/Fh vs

(12)

62

Tabel 6. 3 Langkah-langkah Pengolahan Data Air Loncat

No. Langkah Formulir Pengamatan Keterangan Nama

Acuan Gambar/Grafik

1 Hitung debit yang

mengalir

(Q)

Hitung bilangan Froude

pada bagian hulu air

dan persamaan 2.6.

2 Hitung Yb/Ya pengukuran

Hitung Yb/Ya teoretis

B (air loncat)

Bilangan Froude pada

bagian hulu air loncat

(Fra) didapat dari

perhitungan pada no.1.

untuk

menghitungan Yb/Ya

teoretis

Grafik ini menjadi

Grafik 2.7 Yb/Ya

pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk

debit tetap dan

Grafik 2.8 Yb/Ya

pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk

debit berubah.

3 Hitungan L Gunakan data pada tabel

B (air loncat)

Bilangan Froude pada

bagian hulu air loncat

(Fra) didapat dari

perhitungan pada no.1.

L adalah panjang loncatan

yang diperoleh dari

perhitungan (Xb-Xa)

Grafik ini menjadi

Grafik 2.9 L/Yb vs

Fra untuk debit tetap

dan

Grafik 2.10 L/Yb vs

Fra untuk debit

berubah.

4 Hitung kedalaman kritis

(Yc) dan energi minimum

(E^mum) untuk masing-

masing nilai debit.

Gunakan nilai Y yang

tersedia pada tabel

B (air loncat).

untuk menghitug Energi

spesifik (E)

Grafik ini menjadi

Grafik 2.11 Y vs E

untuk debit tetap dan

Grafik 2.12 Y vs E

(13)

63

6.7. Analisis Data

Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis

berdasarkan masing-masing grafik, sebagai berikut:

Pintu Sorong

Tabel 6. 4 Grafik dan Analisis Pintu Sorong

No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 2.1 Cc vs Yg/Yo debit tetap

dan Grafik 2.2 Cc vs Yg/Yo debit

berubah.

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Hubungan antara perbandingan Yg/Yo dan nilai Cc.

Perbandingan grafik dengan debit tetap dan berbeda.

Penggunaan trendline tertentu dalam penggambaran kurva.

2 Grafik 2.3 Cv vs Yg/Yo debit

berubah dan Grafik 2.4 Cv vs

Yg/Yo debit berubah.

Hubungan antara perbandingan Yg/Yo dan nilai Cv.

Perbandingan grafik dengan debit tetap dan berbeda.

Penggunaan trendline tertentu dalam penggambaran kurva.

3 Grafik 2.5 Fg/Fh vs Yg/Yo untuk

debit tetap dan Grafik 2.6 Fg/Fh vs

Yg/Yo untuk debit berubah.

Pengaruh bukaan pintu sorong dan faktor ketahanan pintu

(perbandingan gaya).

Hubungan antara ketahanan pintu sorong (Fg)dan gaya hidrostatis

Air Loncat

Tabel 6. 5 Grafik dan Analisis Air Loncat

No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 2.7 Yb/Ya pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk debit tetap

dan

Grafik 2.8 Yb/Ya pengukuran vs

Yb/Ya teoretis untuk debit

Hubungan Yb/Ya pengukuran vs Yb/Ya teoretis untuk 2 kondisi debit

tetap dan berubah.

Penggunaan intercept dalam penggambaran grafik

2 _{Grafik 2.9 L/Yb vs Fra untuk debit}

tetap dan Grafik 2.10 L/Yb vs Fra

untuk debit berubah.

Cari alasan mengapa harus dibuat grafik L/Yb vs Fra

Bandingkan kedua kondisi debit, berubah dan tetap. 3 Grafik 2.11Y vs E untuk debit

tetap dan Grafik 2.12 Y vs E untuk

debit berubah.

Hubungan antara Y dan E.

Bandingkan kedua kondisi debit, debit tetap dan debit berubah.

(14)

64

6.8. Kesimpulan

Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum, garis besar hasil analisis dari data yang sudah

didapatkan, dan perbandingannya dengan keadaan ideal (sesuai atau belum). Berikan juga penilaian singkat jika

hasil percobaan kurang sesuai dengan kondisi ideal.

Dari kesimpulan yang telah didapat, buatlah saran-saran yang dapat berguna untuk percobaan selanjutnya, adanya

temuan lain yang didapat selama percobaan berlangsung dan mungkin dapat diteliti lebih lanjut, serta perbaikan

praktikum secara keseluruhan di masa mendatang.

6.9. Daftar Pustaka

(15)

65 FORMULIR PENGAMATAN

Modul V: PINTU SORONG DAN AIR LONCAT

Praktikan: Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil

No Nama NIM Paraf TANGGAL

No. Kelompok: Lembar 1/1

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN: Data alat

• Lebar Saluran = ( ... ... cm)

Data Pengamatan

Percobaan A: Debit Tetap, Yg Berubah

Bacaan Manometer Hi = ( ... cm), H2 = (cm), Ah = (

... cm)

Percobaan B: Debit Berubah, Yg Tetap Yg = ( ... cm)

Percobaan A: Debit Tetap, Yg Berubah

No. Praktikum Pintu Sorong (cm) Praktikum Air Loncat (cm)

Y_g _Y0 _Y1 _Xa _Ya _Xb _Yb

Percobaan B: Debit Berubah, Yg Tetap

Praktikum Pintu Sorong (cm)

Handout CIV 108 Modul 6 Pintu Sorong dan Air Loncat

51

MODUL

V

PINTU

SORONG

DAN

AIR

LONCAT

52

� = √

53

54

�

= �� √

� =

� =

�

= �� � �

√

55

= [ ,5���

− ] + [

−

]

percepatan

lebar

56

= � +

� =

= �

57

58

59

60

61

62

63

64

65

FORMULIR PENGAMATAN

= ��

_√

= [ ,5��