Menurunkan Energi Air Dari Spillway Dengan Stepped Chutes.

(1)

commit to user

ABSTRAK

Sad Mei Nuraini, 2012. MENURUNKAN ENERGI AIR DARI SPILLWAY DENGAN

STEPPED CHUTES. Skripsi, Jurusan Tenik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Bangunan spillway biasanya merupakan mercu yang diikuti dengan saluran curam sebelum mencapai peredam energi. Kecepatan aliran sangat tergantung pada kemiringan dasar saluran yang menyebabkan terjadinya aliran super kritis. Aliran di saluran curam selain cepat juga memiliki energi yang cukup besar, sehingga harus dapat diredam. Pengurangan energi pada penelitian ini dicoba dengan stepped chutes.

Penelitian ini dilakukan di laboratorium hirolika Universitas Sebelas Maret dengan menggunakan flume. Langkah-langkah penelitian adalah sebagai berikut pertama, pelimpah mercu Ogee dipasang dan dialiri air dengan variasi ketebalan air di hulu mercu. Setiap ketebalan air yang mengalir, diukur debit aliran sesuai dengan hydraulic bench. Selain mengukur debit, juga mengukur ketinggian pada puncak bendung, kedalaman kritis, kedalaman di hilir kolam olak, dan jarak loncatan hidraulik. Setelah semua variasi ketebalan dicoba, diganti dengan stepped chutes 1 cm dan dialiri dengan ketebalan aliran yang sama seperti pada percobaan mercu Ogee. Selanjutnya diganti dengan stepped chutes 2 cm dan dilakukan percobaan yang sama.

Besar energi dan kekuatan air pada ketinggian 3,00 cm pada Ogee sebesar 3,49 cm dan 26,04 x 10-5 N, pada stepped chutes 1 cm adalah 3,41 cm dan 21,63 x 10-5 N, pada stepped chutes 2 cm adalah 3,34 cm dan 17,86 x 10-5 N. Pada stepped chutes 1 cm terjadi penurunan energi sebesar 2,39 % dan penurunan kekuatan air sebesar 16,94 %, pada stepped chutes 2 cm terjadi penurunan energi sebesar 4,42% dan penurunan kekuatan air sebesar 31,41 %. Ini menunjukkan adanya penurunan energi dan kekuatan air pada stepped chutes.

Kata kunci: penurunan energi, kekuatan air, stepped chutes

(2)

commit to user

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PERSETUJUAN... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

(3)

commit to user

3.4.8 Peralatan penunjang (gayung, selang, dan obeng) ... 22

3.5 Langkah Penelitian ... 23

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Debit ... 29

4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air ... 31

4.2.1 Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Ogee ... 32

4.2.2 Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Stepped Chutes ... 34

4.3 Perhitungan Kecepatan pada Tiap Ketebalan Air ... 40

4.3.1 Kecepatan (v) Mercu Ogee ... 40

4.3.2 Kecepatan (v) Stepped Chutes ... 42

4.4 Energi yang Terjadi ... 45

4.4.1 Perhitungan pada Ogee ... 47

(4)

commit to user

xii BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 69

5.2 Saran ... 69

Daftar Pustaka ... 70

Lampiran A Data Penelitian

Lampiran B Dokumentasi Penelitian

(5)

commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pelimpah Bertangga Umbul Pengging, Boyolali ... 2

Gambar 2.1 Unsur-unsur Energi pada Aliran Saluran Terbuka ... 6

Gambar 2.2 Aliran Laminer ... 8

Gambar 4.10 Perbandingan Ketebalan Air dengan Debit Terukur pada Ogee dan Stepped Chutes ... 40

Gambar 4.11 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Ogee ... 41

(6)

commit to user

xiv

cm ... 44

(7)

commit to user

xv

cm ... 60

Gambar 4.36 Garis Energi Stepped Chutes 1 cm pada Ketinggian di Hulu 1,25

cm ... 61

cm ... 63

cm ... 64

cm ... 65

(8)

commit to user

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien Kekuatan Air ... 16

Tabel 2.2 Hubungan Suhu dengan Besarnya Viskositas Kinematik ... 16

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Debit Pompa ... 29

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Energi Ogee pada Ketinggian 3,5 cm ... 48

(9)

commit to user

Tabel 4.39 Perbandingan Kekuatan Air pada Mercu Ogee dengan Kekuatan

Air pada Stepped Chutes ... 67

Tabel 4.40 Perbandingan Energi pada Mercu Ogee dengan Energi pada

(10)

commit to user

Fr Angka Froude (tidak berdimensi/tidak mempunyai satuan)

g Percepatan gravitasi (cm/dt2)

ho Kedalaman pada hulu bendung (cm)

h1 Kedalaman puncak bendung (cm)

h2 Kedalaman kritis (cm)

h3 Kedalaman aliran awal loncat air (cm)

h4 Kedalaman pada hilir kolam olak (cm)

Lj Panjang loncat air (cm)

n Koefisien kekasaran Manning

P Tinggi bendung (cm)

Pe Penurunan energi

Pf Kekuatan air (N)

Pfo Kekuatan air pada mercu Ogee (N)

Pr Prosentase penurunan energi (%)

Pfsc Kekuatan air pada Stepped Chutes (N)

Q Debit (cm3/dt)

Qhb Debit hydraulic bench (cm3/dt)

Qpompa Debit pompa (cm3/dt)

R Jari-jari hidrolis (cm)

Re Angka Reynold (tanpa satuan)

t Waktu terukur (dt)

v Kecepatan aliran (cm/dt)

V Volume air (cm3)

(11)

commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Bangunan spillway berfungsi sebagai bangunan untuk melimpahkan air apabila

terjadi kenaikan debit pada bendungan. Spillway biasanya terdiri dari tiga bagian

utama yaitu mercu, saluran luncur, dan peredam energi. Mercu merupakan bagian

yang diikuti dengan saluran curam sebelum mencapai peredam energi.

Permasalahan bagian mercu spillway adalah meningkatkan kapasitas debit tetapi

dengan tinggi muka air yang kecil. Apabila tinggi muka air di mercu tinggi, maka

kecepatan dan energinya sangat besar. Permasalahan ini dapat diatasi dengan

mengganti mercu ogee dengan mercu cocor bebek atau mercu trapesium. Bagian

saluran curam merupakan saluran terbuka dengan sifat aliran super kritis yang

berkecepatan sangat tinggi. Kecepatan yang sangat tinggi ini akan menyebabkan

terjadinya kerusakan bangunan pada hilir saluran. Untuk mengatasi hal tersebut

beberapa peneliti telah melakukan penelitian dengan membuat serangkaian anak

tangga. Sedangkan peredam energi berfungsi untuk mengurangi energi sebelum

mencapai kolam olak. Peredaman energi dapat dilakukan dengan cara

menambahkan blok-blok beton untuk memperpendek loncatan hidrolik supaya

tidak terjadi kedalaman kritis.

Kecepatan aliran sangat tergantung pada kemiringan dasar saluran. Walaupun

aliran super kritis tidak dapat dikendalikan di bagian hilir, tetapi masih bisa

dikendalikan dengan perubahan-perubahan pada kemiringan dasar salurannya.

Aliran di saluran curam selain cepat juga memiliki energi yang cukup besar,

sehingga untuk mendapatkan bangunan di bagian hilir yang aman, energi air ini

harus diredam sehingga dibutuhkan alternatif bangunan yang dapat meredam

(12)

Peredaman energi air dapat dilakukan antara lain melalui benturan-benturan yang

dibuat, baik membentur benda padat maupun dibenturkan langsung dengan massa

air yang ada dihilirnya. Bila energi air bisa dikurangi secara bertahap dari bagian

hulu, maka dapat mengurangi dimensi peredam energi di bagian ujung saluran.

Energi yang lepas dari peredam energi harus sekecil mungkin untuk mencegah

gerusan yang dapat terjadi di hilir bendung. Peredaman energi dapat dilakukan

dengan membuat serangkaian anak tangga supaya kecepatan yang terjadi dapat

diredam oleh efek anak tangga tersebut. Gambar pelimpah bertangga di lapangan

yang terletak di Kawasan Umbul Pengging, Boyolali terdapat pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Pelimpah bertangga di Kawasan Umbul Pengging, Boyolali

Banyak penelitian yang telah dilakukan tentang pelimpah bertangga (stepped

chutes). Penelitian menggunakan pelimpah bertangga dengan tinggi anak tangga

1,50 cm pernah dilakukan oleh Aniek Masrevaniah tahun 2008. Pada tahun 2005

Pfister telah melakukan penelitian dengan model tinggi anak tangga yang dipakai

adalah 0,93 m dengan total anak tangga 25 buah. Dan penelitian yang dilakukan

oleh Chafi tahun 2010 menggunakan model dengan tinggi anak tangga 7,00 cm.

Hasil yang dianalisis adalah mengenai aliran dan yang berhubungan dengan

(13)

commit to user

Peneliti mencoba mengurangi energi dengan stepped chutes dengan tinggi anak

tangga 1 cm dan 2 cm pada saluran curam hilir mercu. Secara teoritis, stepped

chutes dapat mengurangi energi yang terjadi di hilir bendung karena dapat

mengurangi loncatan hidrolik di hilir bendung dan dapat mengurangi kecepatan

aliran. Percobaan ini dilakukan di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil,

Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta dengan menggunakan flume

dengan stepped chutes.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah maka dapat dirumuskan permasalahan

sebagai berikut:

1. Bagaimana energi yang terjadi pada hilir bendung dengan spillway ogee

dengan saluran curam kemiringan 45º ?

2. Berapa prosentase pengurangan energi pada spillway ogee dengan stepped

chutes ?

1.3 Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Aliran pada saluran air dianggap seragam dan tetap (steady uniform flow).

2. Dasar saluran air dianggap kedap air dan pengaruh rembesan air diabaikan.

3. Tidak ada perubahan kemiringan flume.

4. Penelitian dilakukan dengan menggunakan Open Flume yang menjadi model

saluran air dengan penampang 30 x 30 cm2 dan panjang 180 cm, dengan

menggunakan model spillway dari bahan kayu.

5. Model stepped chutes dibuat dengan lebar 18 cm karena untuk meningkatkan

tinggi muka air sedangkan tinggi anak tangga 1 cm dan 2 cm.

6. Hasil pengukuran volume hydraulic bench dan pengukuran waktu oleh stop

watch dianggap benar.

7. Tipe peredam yang digunakan sama baik pada Ogee maupun stepped chutes.

(14)

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui besarnya energi yang dihasilkan dengan menggunakan spillway

ogee dengan saluran curam biasa.

2. Mengetahui besarnya presentase pengurangan energi di hilir menggunakan

spillway ogee dengan stepped chutes

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Praktis

Memberi informasi untuk mengurangi energi yang terjadi pada hilir bendung.

2. Teoritis

(15)

commit to user

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Pelimpah bertangga adalah pelimpah yang bagian saluran curamnya dibangun

serangkaian anak tangga dengan ukuran tertentu. Model pelimpah yang

digunakan adalah pelimpah konvensional, pelimpah bertangga dengan anak

tangga datar, pelimpah bertangga dengan anak tangga datar yang ujungnya diberi

blok halang, pelimpah bertangga dengan anak tangga miring sesuai dengan sudut

yang terbentuk dari dimensi pelimpah bertangga dengan anak tangga data yaitu

20o dengan tinggi anak tangga 1,50 cm. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa

rerata pengurangan energi untuk pelimpah Ogee sebesar 42,772 %, pelimpah

bertangga sebesar 52,906 %. Dengan hasil tersebut diperoleh kesimpulan bahwa

pelimpah bertangga mampu meredam energi lebih baik daripada pelimpah

konvensional. Hal ini banyak disebabkan oleh efek anak tangga yang mampu

meredam kecepatan (Aniek Masrevaniah, 2008).

Untuk pelimpah bertangga diperlukan pemilihan tinggi anak tangga dan analisis

aliran. Tinggi anak tangga harus dipilih dengan mempertimbangkan prosedur

konstruksi. Bendungan RCC (roller compacted concrete) sering dibangun dengan

ketinggian bekisting antara 60 cm sampai 120 cm. Dari sudut pandang tersebut

ketinggan anak tangga antara 30 cm sampai 120 cm. Desain dinding samping

harus memperhitungkan gelembung dari campuran udara dan air. Tinggi anak

tangga memiliki efek positif pada kinerja hidrolik spillway. Hasil model tes

menunjukkan bahwa anak tangga yang lebih tinggi memiliki keuntungan lebih

daripada anak tangga dengan dimensi kecil (Minor dan Boes, 2010).

Pelimpah bertangga adalah sebuah elemen dalam rekayasa hidrolik. Ada dua

masalah dasar yang belum bisa ditangani sejauh ini, yaitu pengurangan kecepatan

aliran langsung pada hilir pelimpah bertangga dan kerusakan akibat kavitasi. Pada

penelitian ini menambah dua item dengan pengamatan sistematis terhadap stepped

(16)

commit to user

dipakai adalah 0,93 m dengan total anak tangga 25 buah (Pfister, dkk, 2005).

Bendungan yang terdiri dari stepped chutes sering dianggap sebagai struktur yang

disesusaikan dengan perkembangan jaman padahal konsep stepped chutes

merupakan struktur yang sudah lama ada. Penelitian ini menggunakan model

dengan tinggi anak tangga adalah 7,00 cm. Hasil yang dianalisis adalah mengenai

aliran dan yang berhubungan dengan pengurangan energi (Chafi, dkk, 2010).

2.2. Landasan Teori

2.2.1 Saluran Terbuka

Secara umum saluran air terbagi menjadi dua yaitu saluran tertutup dan saluran

terbuka. Saluran pada flume merupakan saluran terbuka. Pengaliran saluran

terbuka dipengaruhi oleh gravitasi. Unsur energi pada aliran saluran terbuka dapat

dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1.Unsur-unsur energi pada aliran saluran terbuka

Gambar 2.1 menunjukkan adanya kehilangan energi pada saluran terbuka. Saluran

terbuka dapat digolongkan menjadi dua, yaitu saluran alami dan saluran buatan.

Sifat hidrolis saluran alamiah sangat tidak menentu. Sehingga dalam penyelesaian

secara teoritis perlu pengalaman, anggapan, dan persyaratan aliran yang dapat

(17)

commit to user

hidrauliknya dapat direncanakan sesuai dengan kebutuhan, sehingga penerapan

teori hidrolika pada saluran buatan memberikan hasil yang cukup sesuai dengan

kondisi sesungguhnya.

Berdasarkan perubahan kedalaman dan kecepatan ke dalam aliran mengikuti

fungsi waktu, maka aliran dibedakan menjadi:

1. Aliran tetap (Steady Flow) adalah suatu aliran dimana parameter aliran tidak

berubah menurut waktu.

2. Aliran tak tetap (Unsteady Flow) adalah kebalikan dari aliran tetap.

3. Aliran seragam (Uniform Flow) adalah aliran dimana parameter alirannya tidak

berubah menurut tempat di sepanjang aliran.

4. Aliran tidak seragam (Ununiform Flow) adalah aliran dimana

parameter-parameter alirannya berubah menurut tempat. Aliran tidak seragam dapat

dibagi dua yaitu aliran berubah lambat (gradually varied flow) dan aliran

berubah cepat (rapidly varied flow).

Viskositas atau kekentalan mempengaruhi aliran fluida. Viskositas juga

merupakan hasil dari gaya-gaya yang dihasilkan saat lapisan fluida bergesekan

dengan benda lain. Aliran viscous adalah aliran yang terjadi pada fluida yang

pekat atau kental, kepekatan atau kekentalan fluida ini tergantung oleh gesekan

antara partikel penyusun fluida tersebut. Aliran viscous diklasifikasikan menjadi

dua, yaitu:

1. Aliran Laminer

Aliran laminer dalah aliran fluida yang ditunjukkan dengan gerak

partikel-partikel fluida yang sejajar dan garis-garis arusnya halus. Aliran laminer

bersifat steady maksudnya alirannya tetap. Tetap menunjukkan bahwa di

seluruh aliran air, debit alirannya tetap atau kecepatan aliran tidak berubah

(18)

commit to user

Gambar 2.2. Aliran Laminer

Bisa diambil kesimpulan mengenai ciri- ciri aliran laminer yaitu: fluida

bergerak mengikuti garis lurus, kecepatan fluidanya rendah, viskositasnya

tinggi dan lintasan gerak fluida teratur antara satu dengan yang lain.

2. Aliran Turbulen

Kecepatan aliran yang relatif besar akan menghasilakan aliran yang tidak

laminer melainkan komplek, lintasan gerak partikel saling tidak teratur antara

satu dengan yang lain. Sehingga didapatkan Ciri dari lairan turbulen: tidak

adanya keteraturan dalam lintasan fluidanya, aliran banyak bercampur,

kecepatan fluida tinggi, panjang skala aliran besar dan viskositasnya rendah.

Karakteristik aliran turbulen ditunjukkan oleh terbentuknya pusaran-pusaran

dalam aliran, yang menghasilkan percampuran terus menerus antara partikel

partikel cairan di seluruh penampang aliran. Aliran turbulen terdapat pada

Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Aliran Turbulen

Perbedaan aliran turbulen atau laminer, terdapat suatu angka tidak bersatuan

yang disebut Angka Reynold (Reynolds Number). Menurut hasil percobaan,

(19)

commit to user

adalah turbulen. Sedang antara 2000 dan 4000 aliran dapat laminer atau

turbulen tergantung pada faktor-faktor lain yang mempengaruhi.

2.2.2 Aliran pada Saluran Terbuka

Saluran terbuka adalah saluran dimana air mengalir dengan muka air bebas.

Analisis aliran melalui saluran terbuka adalah lebih sulit daripada aliran melalui

pipa (saluran tertutup). Di dalam pipa, tampang lintang aliran adalah tetap

tergantung pada dimensi pipa. Pada saluran terbuka, variabel aliran sangat tidak

teratur baik terhadap ruang maupun waktu. Oleh karena itu, analisis aliran melalui

saluran terbuka adalah lebih empiris dibanding dengan aliran melalui pipa

(Bambang Triatmodjo, 1993).

Saluran terbuka dengan slope yang tajam akan menghasilkan aliran yang

meluncur atau biasa disebut dengan aliran superkritis. Kemiringan yang tajam

akan menyebabkan kecepatan aliran tinggi dan akan mempengaruhi aliran di

daerah hilir, sehingga kedalaman aliran lebih kecil daripada kedalaman aliran

kritis.

Aliran melalui saluran terbuka dibedakan menjadi aliran sub kritis (mengalir) dan

super kritis (meluncur). Diantara kedua tipe tersebut adalah aliran kritis. Aliran

disebut sub kritis apabila suatu gangguan yang terjadi di suatu titik pada aliran

dapat menjalar ke arah hulu. Aliran sub kritis dipengaruhi oleh kondisi hilir,

dengan kata lain keadaan di hilir akan mempengaruhi aliran di sebelah hulu.

Apabila kecepatan aliran cukup besar sehingga gangguan yang terjadi tidak

menjalar ke hulu maka aliran adalah super kritis (Bambang Triatmodjo, 1993).

Aliran superkritis jika bilangan Froude lebih besar dari 1 (Fr>1). Kedalaman

relatif aliran superkritis lebih kecil dan kecepatan relatif tinggi (segala riak yang

ditimbulkan dari suatu gangguan adalah mengikuti arah arus). Kecepatan air >

kecepatan gelombang hulu aliran tidak dipengaruhi pengendali hilir (Istanto,

(20)

Dampak yang timbul akibat aliran cepat (superkritis) akan menimbulkan gerusan

pada bagian hilir bendung, merusak bangunan sekelilingnya, dan dapat

mengakibatkan degradasi dasar alur sungai (Sauji Arafich, 2003).

Efek dari gaya gravitasi pada suatu aliran ditunjukkan dalam perbandinagn atau

rasio antara gaya inersia dan gaya gravitasi. Rasio antara gaya-gaya tersebut

dinyatakan dalam angka Froude. Aliran dapat dibedakan menjadi 3 tipe

berdasarkan bilangan Froude sebagai berikut:

1. Aliran kritis Fr = 1

2. Aliran sub kritis Fr < 1

3. Aliran super kritis Fr > 1

Kriteria aliran kritis adalah sebagai berikut:

1. Aliran sejajar atau berubah lambat laun

2. Kemiringan saluran adalah kecil

3. Koefisien energi dianggap sama dengan 1

Debit aliran adalah merupakan pembagian antara volume dengan waktu terukur

atau dapat dinyatakan:

Q = (2. 1)

keterangan:

Q = Debit aliran

V = Volume tampungan

t = Waktu terukur

Selain itu debit aliran dapat diartikan sebagai jumlah air per satuan waktu yang

dapat diperoleh dari hasil perkalian antara luas penampang basah saluran dengan

kecepatan rerata atau dapat dinyatakan:

Q = v . A (2. 2)

keterangan:

Q = Debit (m3/dt)

v = Kecepatan rerata (m/dt)

(21)

commit to user Dari rumus diatas dapat dicari kecepatan:

v =

A

Q (2. 3)

2.2.3 Pelimpah (Spillway)

Pelimpah merupakan suatu bangunan yang digunakan sebagai saluran

pengeluaran air berlebih dari suatu bendungan atau tanggul ke area di hilirnya.

Pelimpah akan melepaskan debit air lebih sehingga air tidak meluap (overtoping)

dan menggerus lereng hilir atau bahkan menghancurkan bendungan tipe urugan.

Air yang melimpah melalui spillway mempunyai kecepatan yang tinggi. Oleh

sebab itu kecepatan aliran harus dikurangi sebelum memasuki saluran yang berada

di hilirnya.

2.2.4 Mercu Spillway (Crest)

Mercu spillway adalah bagian teratas spillway dimana aliran dari hulu dapat

melimpah ke hilir. Letak mercu spillway bersama tubuh spillway diusahakan

tegak lurus arah aliran masuk spillway agar aliran yang menuju spillway terbagi

rata.

Bentuk puncak pelimpah dibagi menjadi:

1. Pelimpah ambang tipis (tajam) disebut pelimpah ambang tipis bila arus yang

terjadi tidak menempel pada ambang atau dengan batasan t<0,5 h, dengan t

adalah tebal ambang peluapan searah aliran, dan h sebagai tinggi pengaliran

di atas peluap.

2. Pelimpah ambang lebar disebut pelimpah ambang lebar bila arus yang terjadi

menempel pada ambang atau t>0,66

2.2.5 Pelimpah Bertangga (Stepped chutes)

Stepped chutes telah digunakan selama lebih dari 3.000 tahun dan saat ini semakin

populer karena pelimpah dengan model ini terbukti dapat mengurangi energi dan

proses pembangunannya cepat. Stepped chutes banyak digunakan pada daerah

(22)

Desain hidrolik stepped chutes mengikuti urutan perencanaan konvensional

bendung mulai dari analisis banjir, desain lebar bendung, perhitungan stabilitas.

Selain itu, untuk stepped chutes diperlukan pemilihan dimensi tinggi dan lebar

tangga. Desain dinding samping harus memperhitungkan terjadinya gelembung

campuran air dan udara. Ketinggian dimensi tangga akan mempunyai efek positif

terhadap kinerja pelimpah tersebut.

Stepped chutes mempunyai keuntungan antara lain:

1. Dapat mengurangi energi pada hilir bendung

2. Dapat digunakan pada daerah yang mempunyai kemiringan curam

Desain stepped chutes 1 cm dan stepped chutes 2 cm ditunjukkan pada Gambar

2.4 sedangkan konsep aliran dalam percobaan ditunjukkan pada Gambar 2.5

(23)

commit to user

Gambar 2.5. Konsep Percobaan Stepped chutes

2.2.6 Aliran pada pelimpah bertangga

Chanson (1994) menyatakan bahwa pada aliran pada pelimpah bertangga dibagi

menjadi dua jenis aliran yaitu aliran nappe dan aliran skimming. Peredaman energi

aliran nappe terjadi karena pemisahan luapan aliran dalam udara yang jatuh dari

anak tangga yang posisinya lebih tinggi ke anak tangga di bawahnya dengan debit

aliran yang relatif kecil dan kemiringan punggung yang relatif datar. Sedangkan

peredaman energi aliran skimming terjadi karena geseran fluida. Karena adanya

geseran, fluida berputar berulang-ulang yang terjebak diantara anak-anak tangga

dengan aliran utama yang melimpas di punggung pelimpah bertangga.

Karakteristik bentuk dan permukaan pelimpah bertangga mempengaruhi kualitas

perubahan aliran. Dalam aliran nappe, air mengalami jatuh bebas. Di setiap anak

tangga, air mengalami penurunan bebas sebelum mencapai anak tangga

selanjutnya. Menurut Peyras dkk (1992) aliran nappe dibagi menjadi tiga jenis:

1. Aliran nappe dengan loncatan hidrolik penuh untuk aliran rendah dan

kedalaman kecil

2. Aliran nappe dengan loncatan hidrolik sebagian

(24)

Menurut Chafi dkk (2010) Aliran skimming mempunyai ciri dengan adanya

perendaman menyeluruh dari anak tangga yang membentuk spillway. Aliran

skimming pada spillway dibagi menjadi 3 bagian:

1. Bagian pertama terdiri dari beberapa anak tangga pada awal spillway. Pada

bagian ini, aliran menimbulkan sebuah konfigurasi yang diakibatkan oleh

permukaan bebas regulator.

2. Pada bagian kedua terjadi karena adanya titik injeksi udara (titik

dimulainya udara terbawa) pada aliran.

3. Bagian ketiga dibentuk oleh anak yang yang tersisa dari spillway tersebut.

Ketebalan air cenderung konstan.

Chanson (1994) telah menyelidiki aliran pada pelimpah bertangga. Aliran nappe

terbentuk pada saat terjadi debit yang kecil. Pada debit yang besar, aliran menjadi

aliran skimming. Untuk alasan keamanan kondisi aliran pada transisi aliran nappe

-skimming harus dihindari. Mengabaikan efek terbawanya udara, detail

penyelidikan yang dilakukan oleh Chanson (1994) untuk analisis data antara lain:

1. Bilangan Froude tidak mempunyai efek terhadap ketahanan aliran

2. Tarikan permukaan tidak mempunyai efek terhadap kemiringan anak

tangga. Pada anak tangga datar, gesekan permukaan mungkin mempunyai

efek terhadap kemiringan. Tetapi data tambahan dibutuhkan untuk

menerima atau menolak point ini.

3. Bilangan Reynolds tidak mempunyai efek terhadap ketahanan aliran untuk

aliran turbulen superkritis.

Pada stepped chutes, saluran dilengkapi dengan serangkaian anak tangga dari

hulu ke hilir saluran peluncur. Seperti jenis kecepatan tinggi lainnya pada teknik

hidrolika, aliran pada saluran bertangga dicirikan oleh jumlah udara yang besar.

Kondisi aliran pada stepped chutes diklasifikasikan menjadi aliran nappe, aliran

transisi, dan aliran skimming yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 (Baylar, dkk,

(25)

commit to user

Gambar 2.6 Aliran air pada stepped chutes. a) Aliran skimming, b) Transisi aliran,

c) Aliran nappe

2.2.7 Energi pada Kolam Olak

Aliran air pada pelimpah konvensional menghasilkan aliran superkritis dengan

energi tinggi dan daya gerus sangat kuat, sehingga dapat menyebabkan kerusakan

alur sungai di bagian hilirnya. Dalam upaya menurunkan energi yang lepas dari

pelimpah, dilakukan penelitian untuk mengetahui jenis pelimpah yang dapat

menghasilkan energi kecil (Aniek Masrevaniah, 2008).

Energi di atas spillway biasanya diakibatkan oleh beberapa hal, antara lain pada

hilir terdapat adanya lompatan hidrolik yang berfungsi untuk menghilangkan

sejumlah besar aliran energi, kecepatan tinggi yang terjadi pada saluran sehingga

melimpah ke kolam olak, konstruksi dari spillway untuk membantu dalam

(26)

Bangunan pelimpah adalah bangunan pelengkap suatu bendungan. Bangunan ini

berfungsi untuk mengalirkan air banjir agar tidak membahayakan tubuh

bendungan. Debit banjir mengalir dengan kecepatan tinggi, sehingga mempunyai

energi yang besar. Energi ini akan merusak dasar sungai (Aniek Masrevaniah,

2008).

Guna mengurangi energi yang terjadi dalam aliran tersebut dilakukan berbagai

upaya antara lain dengan membuat tangga di hilir pelimpah untuk memperkecil

energi yang dihasilkan (Chanson, 1994).

Perhitungan energi pada kolam olak dapat dihitung dengan rumus:

E = D +

(2. 4)

keterangan:

E = energi aliran (cm) D = kedalaman aliran (cm)

v = kecepatan aliran (cm/s)

Lebih jelasnya penjelasan terdapat pada Gambar 2.7.

(27)

commit to user

Kekuatan air yang terjadi pada setiap titik dihitung dengan rumus:

Pf = CD . A .

.

ρ.

v

2 (2. 5)

keterangan:

Pf = kekuatan air (N)

CD = koefisien kekuatan air, sesuai dengan Tabel 2.1 A = luas penampang (m2)

ρ = massa jenis air (kg/m3)

v = kecepatan aliran (m/s)

Tabel 2.1 Koefisien Kekuatan Air

CD Keterangan

Re = angka Reynold (tanpa satuan)

v = kecepatan rata-rata (m/s) R = jari-jari hidrolik (m)

ϑ = viskositas kinematis (m2/s), sesuai dalam Tabel 2.2

(28)

2.2.8 Peredaman Kekuatan air

Perhitungan penurunan kekuatan air dalam percobaan ini menggunakan rumus:

Pk = Pfo - Pfsc (2.7)

Prk =

x 100%

(2.8)

keterangan:

Pk = penurunan kekuatan air

Pfo = kekuatan air pada mercu Ogee Pfsc = kekuatan air pada Stepped Chutes

Prk = prosentase penurunan kekuatan air

2.2.9 Peredaman Energi

Perhitungan penurunan energi dalam percobaan ini menggunakan rumus:

Pe = Eo - Esc (2.9)

Pr =

x 100%

(2.10)

keterangan:

Pe = penurunan energi Eo = energi pada mercu Ogee Esc = energi pada Stepped Chutes

(29)

commit to user

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Metode penelitian adalah tahap-tahap penelitian yang sistematis runtut dan

berkesinambungan. Metode ini disusun untuk memperoleh hasil yang maksimal

serta untuk menghindari timbulnya kesulitan yang mungkin terjadi pada saat

penelitian (Winda Agustin,2010).

Metode yang dipakai untuk mendapatkan data dalam penelitian ini adalah dengan

percobaan langsung atau eksperimen di laboratorium. Penelitian ini dilakukan

dengan serangkaian kegiatan pendahuluan, untuk mencapai validitas hasil yang

maksimal. Kemudian, untuk mendapatkan kesimpulan akhir, data hasil penelitian

diolah dan dianalisis dengan kelengkapan studi pustaka.

3.2 Jenis Penelitian

Jenis penelitian ini adalah percobaan langsung atau penelitian eksperimen di

laboratorium.

3.3 Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian:

Laboratorium Hidrolika, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas

Sebelas Maret.

3.4 Peralatan dan Bahan

Peralatan yang digunakan antara lain:

3.4.1 Flume

Merupakan alat utama dalam percobaan pelimpah air. Flume ditunjukan

pada Gambar 3.1. Flume ini, sebagian besar komponennya terbuat dari

akrilik dan memiliki bagian-bagian penting, yaitu:

(30)

1. Saluran air, merupakan tempat untuk meletakkan model pelimpah. Saluran

berupa talang dengan penampang 30 cm x 30 cm dan panjang 180 cm.

Saluran terbuat dari akrilik sehingga memiliki dinding transparan untuk

mempermudah pengamatan.

2. Hydraulic Bench, bak penampung yang berfungsi menampung air yang

akan dialirkan ke talang maupun yang keluar dari saluran dan menghitung

debit yang digunakan sepanjang percobaan.

3. Pompa air, terletak di Hydraulic Bench, berfungsi untuk memompa air

agar bisa didistribusikan sepanjang talang air.

4. Kran debit, merupakan kran yang berfungsi mengatur besar-kecilnya debit

yang keluar dari pompa.

5. Reservoir, merupakan tempat yang berfungsi untuk menampung/

menerima limpahan air dari saluran air.

Gambar 3.1 Flume

3.4.2 Pelimpah

Model stepped chutes dibuat dari kayu dengan dua desain yaitu tinggi step

(31)

commit to user

(32)

commit to user

3.4.3 Stopwatch

Stopwatch dipakai untuk mengukur waktu pada perhitungan debit aliran.

3.4.4 Mistar ukur

Mistar ukur atau meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air.

3.4.5 Pompa Air

Pompa air digunakan untuk memompa air yang ada pada tampungan

Hydraulic Bench agar dapat mengalir pada open flume.

3.4.6 Kamera

Kamera digunakan untuk mengabadikan gambar maupun video saat

penelitian dilakukan / sebagai dokumentasi.

3.4.7 Kelereng

Kelereng digunakan untuk meredam aliran air yang mengalir pada open

flume.

3.4.8 Peralatan Penunjang (gayung, selang dan obeng)

Gayung dan selang digunakan untuk penggantian air, sedangkan obeng

digunakan untuk mengencangkan skrup-skrup pada peralatan yang

longgar.

Bahan-bahan yang dipakai selama penelitian yaitu:

1. Air bersih

Aliran air yang digunakan adalah air bersih, air yang tidak membawa sedimen.

2. Malam

Sebagai pelapis yang menutupi celah antara pelimpah dengan dasar atau

(33)

commit to user

3.5 Langkah Penelitian

3.5.1 Persiapan Alat

Persiapan alat dalam penelitian ini sebagai berikut:

1. Mempersiapkan flume lengkap dengan kerangka penyangga dan tandon air di

hulu dan hilirnya. Flume mempunyai penampang 30 cm x 30 cm dan panjang

180 cm.

2. Membuat model spillway Ogee.

3. Membuat model stepped chutes.

4. Menyetel Hydraulic Bench dan pompa air.

5. Memasang mistar ukur.

6. Memasang model spillway pada tempat yang sudah disediakan dan menutup

celah antara spillway dengan dinding dan dasar saluran, agar tidak bocor.

Persiapan alat tidak hanya diawal, tetapi juga pada setiap pergantian setting

percobaan.

3.5.2 Pengecekan Alat

Pengecekan alat dilakukan setelah alat benar-benar siap dipakai. Pengecekan

dilakukan untuk mengetahui nilai pembacaan alat lebih akurat, sesuai dengan apa

yang sebenarnya terjadi. Dalam penelitian ini dilakukan pengecekan alat pengukur

debit pada hydraulic bench

3.5.3 Pengamatan Dalam Percobaan

3.5.3.1Pengamatan pada spillway mercu Ogee

Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.3 adalah sebagai berikut:

1. Debit flume

Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum

yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).

2. Tinggi muka air di hulu crest

Ketebalan air pada hulu crest (Ho).

3. Tinggi muka air di atas puncak spillway Ogee

(34)

4. Tinggi muka air di hilir peluncur

Ketebalan air di hilir peluncur (H2)

5. Tinggi muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik

Ketebalan air pada saat terjadi loncatan hidrolik (H3)

6. Tinggi muka air pada kolam olak

Ketebalan air pada kolam olak (H4)

7. Tinggi spillway (P)

Data ini diukur dengan mistar ukur.

8. Jarak pengukuran dari hulu reservoir ke bendung

Panjang dari hulu reservoir ke bendung (L1)

9. Jarak pengukuran dari hilir peluncur ke loncatan hidrolik

Panjang dari peluncur ke loncatan hidrolik (L2)

Gambar 3.3 Pengamatan pada Mercu Ogee

Keterangan gambar:

Ho = Tebal muka air di hulu Spillway Ogee

H1 = Tebal muka air di atas puncak Spillway Ogee

H2 = Tebal muka air di hilir peluncur

H3 = Tebal muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik

H4 = Tebal muka air pada kolam olak

Q 1,2,dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air maksimum yang dapat dicapai pompa

P = Tinggi spillway

L1 = Jarak dari hulu reservoir ke bendung

(35)

commit to user 3.5.3.2Pengamatan pada stepped chutes

Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.4 adalah sebagai berikut:

1. Debit flume

Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum

yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).

2. Tinggi muka air di hulu crest

Ketebalan air pada ketinggian (H).

3. Tinggi muka air di atas puncak stepped chutes

Ketebalan air di atas puncak stepped chutes (H1).

4. Tinggi muka air di hilir peluncur

Ketebalan air di hilir peluncur (H2)

5. Tinggi muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik

Ketebalan air pada saat terjadi loncatan hidrolik (H3)

6. Tinggi muka air pada kolam olak

Ketebalan air pada kolam olak (H4)

7. Tinggi spillway (P)

Data ini diukur dengan mistar ukur.

8. Jarak pengukuran dari hulu reservoir ke bendung

Panjang dari hulu reservoir ke bendung (L1)

9. Jarak pengukuran dari hilir peluncur ke loncatan hidrolik

Panjang dari peluncur ke loncatan hidrolik (L2)

Gambar 3.4 Pengamatan pada Stepped chutes

Keterangan gambar:

Ho = Tebal muka air di hulu Stepped Chutes

H1 = Tebal muka air di atas puncak Stepped Chutes

(36)

commit to user

H3 = Tebal muka air pada saat terjadi loncatan hidrolik

H4 = Tebal muka air pada kolam olak

Q 1,2,dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air maksimum yang dapat dicapai pompa

P = Tinggi spillway

L1 = Jarak dari hulu reservoir ke bendung

L2 = Jarak dari hilir peluncur ke loncatan hidrolik

3.5.4 Pengolahan Data

Data yang telah diperoleh dari pengamatan percobaan dianalisis dengan cara

membandingkan percobaan saat menggunakan spillway mercu Ogee dan setelah

pemasangan stepped chutes. Pengolahan data mengacu pada rumus-rumus yang

telah dicantumkan pada Bab 2 mengenai landasan teori.

(37)

commit to user

3.6 Diagram Alir Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian ditunjukkan pada gambar sebagai berikut:

Mengumpulkan hasil pengamatan dalam percobaan yaitu ketinggian tiap titik ukur, volume, dan waktu

Mulai

Menghitung debit dengan rumus:

Q =

Menghitung kecepatan dengan rumus:

v =

Menghitung energi dengan rumus:

E = D +

Menghitung angka Reynold dengan rumus:

Re = (4 v R)/ϑ

Re > 105 _{CD = 0,005} Ya

CD = 0,001

Tidak

(38)

Gambar 3.5 Diagram Alir Tahapan Penelitian

Membandingkan hasil pengamatan menggunakan spillway ogee saluran luncur biasa dengan spillway ogee stepped chutes

Selesai Kesimpulan Menghitung kekuatan

air dengan rumus:

Pf = CD . A .

.

ρ.

v

2 A

Menghitung penurunan kekuatan air dengan rumus:

Pk = Pfo - Pfsc

Prk =

x 100%

Menghitung penurunan energi dengan rumus:

Pe = Eo - Esc

Pr =

x 100%

(39)

commit to user

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Debit

Alat ukur debit yang digunakan dalam penelitian ini adalah hydraulic bench. Alat

ukur hydraulic bench ini dianggap benar, tetapi perlu adanya kalibrasi. Kalibrasi

dalam percobaan ini menggunakan ember dengan volume 5 L. Hal ini dilakukan

karena current meter yang ada tidak dapat digunakan. Current meter tidak dapat

berfungsi karena ketebalan aliran di flume relatif kecil, sehingga baling-baling

current meter tidak dapat berada di bawah permukaan air secara keseluruhan.

Hasil perhitungan debit pompa ditunjukkan pada Tabel 4.1, hasil perhitungan

debit hydraulic bench ditunjukkan pada Tabel 4.2, dan hasil perhitungan kalibrasi

ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Debit Pompa

(40)

Tabel 4.2 Perhitungan Debit Hydraulic Bench

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kalibrasi

No. Q hb Q pompa

Grafik hubungan debit pompa dengan debit hydraulic bench ditunjukkan pada

(41)

commit to user

Gambar 4.1 Hubungan debit pompa dengan debit hydraulic bench

Dari Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa nilai r mendekati satu yaitu sebesar 0,986

sehingga hydraulic bench dapat dapat digunakan untuk percobaan ini.

Volume hydraulic bench adalah 10.000 cm3. Dengan mencatat waktu yang

diperlukan hydraulic bench dari keadaan kosong hingga penuh, maka dapat

diketahui besar debit aliran yang ada di flume pada tiap ketebalan air. Caranya

dengan membagi volume (V) dengan lama waktu pengisian (t).

4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air

Ketebalan air di hulu mercu spillway diatur dengan peningkatan ketebalan 0,25

cm. Ketebalan air di atas crest dan waktu pengisian hydraulic bench pada tiap

ketebalan air diukur. Sehingga besaran debit tiap ketebalan air dapat diketahui.

Perlakuan ini diterapkan baik pada penggunaan mercu Ogee maupun penggunaan

stepped chutes.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

(42)

Sesuai dengan persamaan 2.1 untuk debit terukur, maka besaran debit tiap

ketebalan air yang melimpah mercu spillway baik pada Ogee maupun stepped

chutes dapat dihitung seperti berikut:

4.2.1 Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Ogee

Debit Terukur Mercu Ogee

Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm

V = volume air = 10.000,00 cm3

to = lama waktu pengamatan alat ukur = 5,96 dt

Data Ho, V, tdiperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung seperti

yang digambarkan pada Gambar 4.2.

(43)

commit to user

= 1677,01 cm3/dt

Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 3,00 cm adalah

1677,01 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang

melimpah mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.4 dan grafik hubungan ketebalan

air (H) dengan debit (Q) ditunjukan pada Gambar 4.3.

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Debit Ukur Mercu Ogee

(44)

Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee

Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan debit berbanding lurus

dengan naiknya ketinggian di hulu crest.

4.2.2 Perhitungan Debit Terukur (Qhb)Stepped Chutes

1. Debit Terukur (Qhb) Stepped Chutes 1 cm

Bentuk Stepped Chutes 1 cm ditampilkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Bentuk Stepped Chutes 1 cm 0

500 1000 1500 2000 2500 3000

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

D

E

B

IT

(c

m

³/

d

t)

(45)

commit to user Perhitungan Debit Terukur Stepped Chutes 1 cm

Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm

to = lama waktu pengamatan alat ukur = 6,54 dt

Data Ho, V, to diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung

seperti yang digambarkan pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Flume dengan Stepped Chutes 1 cm

= 1528,35 cm3/dt

(46)

commit to user

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Debit Ukur Stepped Chutes 1 cm

No. H di hulu

dengan naiknya ketinggian di hulu crest, tetapi ada beberapa titik terjadi kenaikan

(47)

commit to user 2. Debit Terukur (Qhb) Stepped Chutes 2 cm

Bentuk Stepped Chutes 2 cm ditampilkan pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Bentuk Stepped Chutes 2 cm

Perhitungan Debit Terukur Stepped Chutes 2 cm

Ho= tinggi di hulu crest = 3,00 cm3

to = lama waktu pengamatan alat ukur = 7,2 dt

Data Ho, V, to diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung

seperti yang digambarkan pada Gambar 4.8.

(48)

= 1388,89 cm3/dt

melimpah pada Stepped Chutes 2 cm ditampilkan pada Tabel 4.6 dan hubungan H

dengan Q ditunjukan pada Gambar 4.9.

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Debit Ukur Stepped Chutes 2 cm

No. H di hulu

crest (cm)

H di atas

crest (cm)

Volume (cm3)

t

(dt)

Qhb (cm3/dt)

1 2,25 1,55 10.000 13,23 756,03

2 2,5 1,8 10.000 10,74 931,10

3 2,75 1,85 10.000 7,93 1261,51

4 3,00 2,1 10.000 7,20 1388,89

5 3,25 2,25 10.000 6,95 1438,85

6 3,35 2,3 10.000 6,55 1526,72

Grafik hubungan H dan Q yang ditampilkan pada Gambar 4.9 diperoleh dengan

bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y = (0,946 + 0,005

(49)

commit to user

Gambar 4.9 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Stepped Chutes 2

cm

Dari Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan debit sebanding dengan

naiknya ketinggian di hulu crest, tetapi ada beberapa titik terjadi kenaikan dan

penurunan debit.

Perbandingan ketebalan air dengan Debit terukur pada Ogee, Stepped Chutes 1

cm, dan Stepped Chutes 2 cm ditunjukkan pada Gambar 4.10. 600

900 1200 1500 1800

2 2.5 3 3.5

D

E

B

IT

(c

m

³/dt)

(50)

commit to user

Gambar 4.10 Perbandingan Ketebalan Air dengan Debit Terukur pada Ogee

dan Stepped Chutes

Perbandingan perhitungan ketiga bentuk dapat disimpulkan bahwa Stepped

Chutes 2 cm dapat mengurangi debit paling besar, sedangkan pada Ogee dan

Stepped Chutes 1 cm masih terdapat beberapa titik yang mengalami kenaikan dan

penurunan.

4.3 Perhitungan Kecepatan pada Tiap Ketebalan Air

Sesuai dengan persamaan 2.3 untuk menghitung kecepatan menggunakan rumus:

(51)

commit to user

= 31,056 cm/dt

Hasil perhitungan kecepatan pada Ogee pada setiap kenaikan air di hulu disajikan

dalam Tabel 4.7.

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Ogee

No. H di hulu

Grafik hubungan H dan v yang ditampilkan pada Gambar 4.11 diperoleh dengan

bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y = 3,352 (x +

0,901)1,638

(52)

Dari Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan kecepatan sebanding

dengan naiknya ketinggian di hulu crest, tetapi pada ketinggian 3,25 cm terjadi

penurunan kecepatan dan pada ketinggian 1,75 cm dan 2,25 cm terjadi kenaikan

kecepatan.

4.3.2 Kecepatan (v) Stepped Chutes

1. Kecepatan(v) Stepped Chutes 1 cm

Hasil perhitungan kecepatan pada Stepped Chutes 1 cm pada setiap kenaikan air

di hulu disajikan dalam Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Stepped Chutes 1 cm

(53)

commit to user

bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y = (0,967 - 0,005 x)

-1/0,015

Gambar 4.12 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Stepped Chutes

1 cm

Dari Gambar 4.12 dapat dilihat bahwa kecepatan yang terjadi pada Stepped

Chutes 1 cm sering mengalami kenaikan dan penurunan kecepatan, hal ini

dikarenakan pada peluncur terdapat tangga-tangga yang menyebabkan

(54)

Hasil perhitungan kecepatan pada Stepped Chutes 2 cm pada setiap kenaikan air

di hulu disajikan dalam Tabel 4.9.

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kecepatan pada Stepped Chutes 2 cm

No. H di hulu

bantuan software Curve Expert yang mempunyai persamaan y =

Gambar 4.13 Hubungan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Stepped Chutes

2 cm

Dari Gambar 4.13 dapat dilihat bahwa kecepatan yang terjadi pada Stepped

Chutes 2 cm sering mengalami kenaikan dan penurunan kecepatan, hal ini

dikarenakan pada peluncur terdapat tangga-tangga yang menyebabkan

(55)

commit to user

Perbandingan ketebalan air dengan Kecepatan pada Ogee, Stepped Chutes 1 cm,

dan Stepped Chutes 2 cm terdapat pada Gambar 4.14.

Gambar 4.14 Perbandingan Ketebalan Air dengan Kecepatan pada Ogee dan

Stepped Chutes

Perbandingan perhitungan ketiga bentuk diatas dapat disimpulkan bahwa Stepped

Chutes 2 cm dapat mengurangi kecepatan paling besar, sedangkan pada Ogee dan

Stepped Chutes 1 cm masih terdapat beberapa titik yang mengalami kenaikan dan

penurunan.

4.4 Energi yang Terjadi

Pengamatan pada percobaan diambil beberapa data seperti yang terdapat Gambar

4.15 dan 4.16.

(56)

commit to user

Gambar 4.16 Pengamatan pada Percobaan Stepped Chutes

Data yang diperoleh selama percobaan Ogee terdapat pada Tabel 4.10, data

Stepped Chutes 1 cm terdapat pada Tabel 4,11 dan data Stepped Chutes 2 cm

terdapat pada Tabel 4.12.

Tabel 4.10 Data yang diperoleh pada Ogee

No. Ho

Tabel 4.11 Data yang diperoleh pada Stepped Chutes 1 cm

(57)

commit to user

Tabel 4.12 Data yang diperoleh pada Stepped Chutes 2 cm

No. Ho

Perhitungan energi dapat dihitung sesuai dengan rumus 2.4 dan perhitungan

kekuatan air dengan rumus 2.5. Berikut adalah hasil perhitungan pada Ogee dan

Stepped chutes pada setiap ketinggian yang diamati.

(58)

Menghitung Re sesuai dengan rumus 2.6

Re = (4 v R)/ϑ

Re = (4 x 31,06 x 2,25) / 0,818 x 10-2

Re = 34.169 < 105 sehingga nilai CD sesuai dengan Tabel 2.1 adalah

0,001

Pf = CD x A x 0,5 x ρ x v2

Pf = 0,001 x 54,00 x 0,5 x 1 x 31,062

Pf = 26,04 x 10-5 N

Tabel 4.13 merupakan hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,5

cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang diamati. Kekuatan air terbesar

terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar 222,99 N. Garis energi yang terjadi

ditunjukkan pada Gambar 4.17.

Tabel 4.13 Hasil perhitungan energi Ogee pada ketinggan Ho 3,5 cm

No titik Muka air (cm)

v

(cm/s)

Es (cm)

Re Pf

10-5 (N) Ho 3,50 40,23 4,32 49.568 50,97 H1 2,50 56,32 4,12 53.879 71,36 H2 0,80 175,99 16,59 63.225 222,99 H3 4,50 31,29 5,00 45.897 39,64 H4 4,00 35,20 4,63 47.662 44,60

(59)

commit to user

No titik Muka air

Gambar 4.18 Garis energi Ogee pada ketinggian di hulu 3,25 cm

(60)

commit to user

v

(cm/s)

Es (cm)

Re Pf

10-5 (N) Ho 2,75 28,23 3,16 29.078 19,73 H1 2,00 38,82 2,77 31.061 27,12 H2 0,60 129,39 9,13 35.591 90,41 H3 4,10 18,94 4,28 26.082 13,23 H4 4,30 18,06 4,47 25.689 12,62

(61)

commit to user

No titik Muka air

(62)

No

(63)

commit to user

terjadi pada H3 sebesar 12,43 N. Garis energi yang terjadi ditunjukkan pada

Gambar 4.25.

No titik

Muka air (cm)

v

(cm/s)

Es (cm)

Re Pf

10-5 (N)

Ho 1,50 13,57 1,59 8.531 2,49

H1 1,10 18,50 1,27 8.870 3,39

H2 0,30 67,85 2,65 9.633 12,43

H3 3,60 5,65 3,62 7.110 1,04

H4 3,50 5,82 3,52 7.167 1,07

(64)

commit to user

No

Dari hasil semua perhitungan energi pada Ogee, energi dan kekuatan air terbesar

terletak pada kedalaman kritis. Hal ini disebabkan karena pada kedalaman kritis

mempunyai kecepatan aliran sangat tinggi.

4.4.2 Perhitungan pada Stepped Chutes 1 cm

(65)

commit to user

Re = (4 v R)/ϑ

diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 sebesar 102,93 N. Garis energi yang

terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.27.

Tabel 4.23 Hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 pada ketinggan Ho 3,5 cm

(66)

commit to user

Gambar 4.27 Garis energi Stepped Chutes 1 cm pada ketinggian di hulu 3,5 cm

Tabel 4.24 merupakan hasil perhitungan energi Stepped Chutes 1 cm pada

ketinggian di hulu 3,25 cm dan energi dihitung pada setiap ketinggian yang

v

(cm/s)

Es (cm)

Re Pf

10-5 (N) Ho 3,25 33,83 3,83 39.499 33,47 H1 2,10 52,36 3,50 43.592 51,81 H2 1,50 73,30 4,24 46.083 72,53 H3 5,00 21,99 5,25 34.562 21,76 H4 4,90 22,44 5,16 34.811 22,20

(67)

commit to user

No titik Muka air

(68)

No titik Muka air

diamati. Kekuatan air terbesar terjadi pada H2 yaitu kedalaman kritis sebesar

47,19 N. Garis energi yang terjadi ditunjukkan pada Gambar 4.32.

(69)

commit to user

No titik

Muka air (cm)

v

(cm/s)

Es (cm)

Re Pf

10-5 (N)

Ho 2,00 20,30 2,21 16.240 7,41

H1 1,20 33,83 1,78 17.513 12,36

H2 0,60 67,65 2,93 18.608 24,71

H3 3,80 10,68 3,86 13.956 3,90

H4 3,80 10,68 3,86 13.956 3,90

(70)

commit to user

No

(71)

commit to user

No

Hasil perhitungan energi stepped chutes 1 cm kekuatan air terbesar terletak pada

kedalaman kritis tetapi besarnya lebih kecil dibanding pada Ogee. Hal ini

membuktikan bahwa stepped chutes mampu meredam energi dan kekuatan yang

terjadi pada hilir peluncur.

4.4.3 Perhitungan pada Stepped Chutes 2 cm

 Perhitungan Energi

Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm

v = kecepatan pada setiap titik ukur = 25,72 cm/s

g = percepatan gravitasi = 981 cm/s2

(72)

commit to user

Es = 3,337 cm

 Perhitungan Kekuatan Air

Ho = tinggi di hulu crest = 3,00 cm

B = lebar penampang = 18,00 cm

A = luas penampang = Ho x B = 54,00 cm2

P = keliling basah = (2 x Ho) + B = 24,00 cm

R = jari-jari hidrolis = A/P = 2,25 cm

v = kecepatan pada setiap titik ukur = 25,72 cm/s

ϑ = viskositas kinematik pada suhu 29ºC = 0,818 x 10-2 cm2/dt

ρ = massa jenis air = 1,00 gr/cm3

Re = (4 v R)/ϑ

Re = (4 x 25,72 x 2,25) / 0,818 x 10-2

Re = 28.298 < 105 sehingga nilai CD sesuai dengan Tabel 2.1 adalah

0,001

Pf = CD x A x 0,5 x ρ x v2

Pf = 0,001 x 54,00 x 0,5 x 1 x 25,722

Pf = 17,86 x 10-5 N

(73)

commit to user

No titik Muka air