PERCOBAAN IV ALIRAN AIR PADA SALURAN TERBUKA
1. TUJUAN
a. Praktikan dapat memahami pengaruh adanya bendung pada aliran air di saluran terbuka b. Praktikan dapat menentukan kedalaman normal dan kedalaman kritis aliran air di saluran
terbuka tanpa bendung
c. Praktikan dapat mengetahui fenomena loncat air yang terjadi di hilir bendung d. Praktikan mampu menggambarkan profil muka air sepanjang saluran
2. ALAT – ALAT
a. Bak air yang di lengkapi dengan meteran taraf dan ambang thomson
b. Saluran terbuka dengan dua sisi dari kaca dan dasar dari semen, di ujung hilir saluran terdapat pintu geser untuk mengatur tinggi aliran air di hilir bendung
c. Bendung dari fiberglass dan perlengkapannya (kolam olak) d. Meteran taraf sebanyak 8 buah
e. Bak penampung air di hilir saluran untuk mengukur volume aliran dalam waktu tertentu.
Bak penampung air mempunyai ukuran 1m x 1m, di lengkapi dengan penutup pipa pembuang
f. Bak ukur (mistar duga) di Masukan ke dalam bak air untuk membaca selisih permukaan air pada selang dua waktu tertentu, untuk mengetahui besarnya debit aliran
g. Stopwatch 3. DASAR TEORI
1. Rumus Aliran Seragam
Rumus aliran seragam pada saluran terbuka antara lain rumus manning sebagai berikut :
Pada aliran seragam kemiringan dasar saluran = kemiringan garis energy, sehingga rumus dapat diubah menjadi :
Dimana :
V = kecepatan aliran (m/detik) N = koefisien kekasaran manning
= 0.009-0.013 (untuk kaca) ambil n = 0.009
= 0.010-0.013 (untuk semen) ambil n = 0.013
R = jari-jari hidraulis = A/P (m) A = luas penampang basah (m²) P = keliling basah (m)
So = kemiringan dasar saluran (m/m) 2. Kekasaran Komposit
Rumus kekasaran komposit dari Horton dan Einstein adalah :
Dimana :
nk = kekasaran koposit
pi = keliling basah sub-tampang i (m) ni = koefisien kekasaran sub-tampang i P = keliling basah total (m)
n = jumlah sub-tampang 3. Hukum kontinuitas
Q = V . A = konstan , artinya V1 . A1 = V2 . A2
Dimana :
Q = debit aliran (m³/detik ) V = kecepatan aliran (m/detik) A = luas penampang basah (m²)
Indeks (1) (2) menunjukan titik penampang (1) dan (2)
4. Rumus Garis Peninggi Metode Tahapan Langsung (Direct Step Method)
=
Dimana :
Δx = jarak antar penampang (1) dan (2) (m) E = tinggi energy spesifik (m)
H = kedalaman aliran air (m) Sf = kemiringan garis energy (m/m) V = kecepatan aliran (m/detik) N = koefisien kekasaran manning R = radius hidraulis (m)
G = gravitas bumi (m/detik²)
Indeks (1) dan (2) menunjukan titik di penampang (1) dan (2) 5. Bilangan Froude ( Froude number )
= =
Dimana :
Fr = bilangan Froude
V = kecepatan aliran (m/detik) A = luas penampang basah (m²) B = lebar permukaan air (m) Q = debit aliran air (m³/detik)
G = percepatan gravitasi bumi (m/detik²) 6. Saluran Landai,Kritis , Dan Curam
Kriteria tentang kemiringan dasar saluran terbuka adalah :
• Saluran landai apabila : Yn > Yc
• Saluran kritis apabila : Yn=Yc
• Saluran curam apabila : Yn<Yc Dimana :
Yn = kedalaman normal (m) Yc = kedalaman kritis (m)
7. Aliran Subkritis , Kritis , dan Superkritis
Kriteria tentang jenis aliran pada saluran terbuka adalah :
• Aliran subkritis apabila : Fr<1
• Aliran kritis apabila : Fr=1
• Aliran superkritis apabila : Fr>1 8. Rumus Loncat Air
ΔH Dimana :
Y1 = kedalaman awal loncatan air (m) Y2 = kedalaman akhir loncatan air (m) Fr = bilangan Froude
L = panjang loncatan air (m)
ΔH = kehilangan energi pada loncatan air (m) g = percepatan gravitasi (m/detik²)
4. LANGKAH KERJA / PROSEDUR PECOBAAN
a. Tutup/turunkan pintu air di ujung hilir saluran, lalu siapkan tanah liat di sekitar pintu agar air tidak rembes dari saluran, lalu buka kran penutup pipa saluran pembuang b. Catat lebar dasar saluran dan jarak tiap segmen saluran seperti di tunjukan pada gambar
5-1 tabel 5.1 dan 5.2
c. Bersihkan tanah liat dari dasar bendung (di colok dengan mistar) agar air dapat melalui celah di dasar bendungan. Buka kran pemasukan sehingga air masuk ke seluruh saluran hingga menggenangi seluruh panjang saluran setinggi ±5-10 cm. setel semua meteran taraf pembacaan dasar saluran = 0 lalu baca kembali ketinggian muka air genangan dan catat hasilnya di table yang tersedia
d. Buka/naikan pintu air di hilir sehingga air genangan terbuang ke bak penampung, lalu siapkan kembali tahan liat di dasar dan kedua sisi bendung agar kedap air.
e. Buka kran pemasukan air kesaluran dengan debit tertentu, biarkan air limpas mengalir di atas mercu. Setelah permukaan aliran air konstan, ukur kedalaman aliran air dengan meteran taraf di titik penampang 1 s/d 5
f. Turunkan pintu air di ujung hilir saluran sehingga kedalaman air di hilir bendung naik secukupnya ( dapat di lihat pengaruhnya dari posisi loncatan air agar mendekati bendung ). Kemudian ukur kedalalaman aliran dengan meteran taraf di titik penampang 6,7 dan 8 ukur juga kedalaman awal (Y1) kedalaman akhir (Y2) dan panjang (L) loncatan air
g. Gambar sketsa profil muka air sepanjang saluran dan pastikan posisi loncatan air.
h. Tutup keran pipa saluran pembuangan dan biarkan air mengisi bak pengukur volume air (ukuran 1m x 1m ) hingga setinggi 20 cm dari dasar bak (dilihat dengan memasukan mistar ukur kedalam bak air dengan posisi vertical) catatalah waktu yang di perlukan untuk menaikan air dalam bak setinggi 10 cm , 20 cm , dan 30 cm
i. Buka kran penutup pipa pembuangan
j. Untuk demo, buka/tutup pintu air lalu amati lokasi loncatan air yang akan bergerak ke hilir atau ke hulu sesuai kedalaman muka air hilir saluran
k. Pasanglah kolam olak di hilir bendung amati penghancuran energi pada kolam olam dan berikan komentar untuk keadaan pada langkah ke 9 dan 10
l. Tutup kran pemasukan air . percobaan selesai.
5. HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN a. Catat kedalaman aliran pada meteran taraf 1 s/d 8 b. Hitung debit aliran Q dari rata-rata tiga kali pengukuran
c. Hitung koefisien kekasaran saluran di hulu bendung dengan rumus komposit
d. Menggunakan nilai rata- rata koefisien kekasaran dari butir (3) di atas, hitung kedalaman normal Yn dan kedalaman kritis Yc ( di asumsikan aliran seragam).
Tentukan jenis kemiringan dasar saluran dan jenis alirannya
e. Pada saat loncat air terjadi dekat kaki bendung, ukur kedalaman akhir loncat air Y2 dan kedalaman awal loncat air Y1. Berdasarkan Y1 pengukuran hitunglah Y2 dan sebaliknya berdasarkan Y2 pengukuran hitunglah Y1. Menggunakan pasangan Y1 dan Y2 tersebut hitunglah panjang loncatan air dan bandingkanlah hasilnya dengan pengukuran.
Demikian juga terhadap hasil perhitungan ΔH loncat air
f. Berikanlah laporan tentang pengaruh kedalaman air hilir terhadap posisi loncat air g. Berikanlah laporan tentang pengaruh kolam olak dan kedalaman air hilir terhadap
posisi loncatan air
h. Gambarlah profil muka air sepanjang saluran lengkap dengan nama lengkung profil muka airnya
i. Buatlah table perhitungan pembendungan (backwater) dengan metoda tahapan langsung ( dari titik penampang 5 s/d kedalaman Yn). Periksa salah satu segmen ΔX terhadap jarak antar meteran taraf sebenarnya. Lalu buat lagi table DSM untuk satu segmen tersebut
6. TABEL HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN 1. Kedalaman aliran pada meteram taraf 1 s/d 8
Table 4.1 panjang segmen saluran Bagian Jarak Antara
(cm)
Bagian Jarak Antara (cm) A-I
I-II II-III III-IV
IV-V
Table 4.2 Lebar Dasar Saluran Meteran taraf Lebar
(cm)
Meteran taraf Lebar ( cm) I
II III IV
Table 4.3 Pembacaan Meteran Taraf Meteran Taraf
Pembacaan Dasar
Saluran
Muka Air Genangan
Muka Air Setelah Aliran Konstan
cm cm cm
I II III IV V VI VII VIII
Table 4.4 Pembacaan Mistar Ukur Dan Stopwatch Pembacaan mistar ukur (cm)
Pembacaan stopwatch (cm)
Table 4.5 Loncatan Air Kedalaman Awal Loncatan Air Y1 (Cm)
Kedalaman Awal Loncatan Air Y2 (Cm) Panjang Awal Loncatan Air (Cm) Lokasi Loncat Air Antara 5 Dan 6
2. Debit aliran Q Table 6.6 Debit
Pembacaan mistar ukur (m) Pembacaan stopwatch (detik) Q waktu ke-n
Q rata-rata
Luas bak sebesar 1m x 1m = 1m² 3. Koefisien kekasaran n saluran
Keliling basah pada kaca = tinggi muka air aliran konstan Keliling basah pada beton = lebar dasar saluran
Meteran taraf Y b x µ
I II III IV V
∑ = 4. Kedalaman normal (Yn) dan kritis (Yc)
Perhitungan kemiringan dasar saluran (So) :
n kaca 0.009 n beton 0.013
Perhitungan kedalaman normal (Yn) :
Perhitungan kedalaman kritis (YC) :
Tentukan jenis kemiringan saluran :
*saluran landai , kritis , atau curam*
Peritungan jenis aliran :
5. Kedalaman loncat air (Y1 dan Y2) dan ΔH Perhitungan Kedalaman Loncat Air : Perhitungan Panjang Loncatan Air : Panjang loncat air praktikum : 30 cm
Panjang loncat air teoritis : L = 6 ( y2 teoritis – y1 teoritis ) 6. Pengaruh kedalaman air hilir terhadap posisi loncat air
kedalaman air di hilir bendungan yang mengalamai perubahan akan memengaruhi posisi loncat air yang terjadi. Kedalaman air di hilir yang cukup tinggi dapat mengakibatkan posisi loncar air berpindah kearah hulu karena aliran air berubah tiba- tiba ke superkritis bertemu dengan aliran subkritis yang cukup tinggi. Sedangkan kedalaman air di hilir saluran rendah maka posisi loncat air akan terjadi kearah hilir. Namun loncat air juga dpat tidak terjadi apabila air di hilir bendungan sangat rendah.
7. Pengaruh kolam olak dan kedalaman air hilir terhadap posisi loncat air
Kolam olak terketak pada pertemuan suatu penampang miring, melengkung, dan lurus.
Bentuk hidrolis kolam olak di pengaruhi oleh tinggi muka air di hulu di atas mercu dan perbedaan muka air di hulu dan di hilir ( menurut vlugter )
Kolam olak berpengaruh pada letak terjadinya loncatan air akibat bendung. Kolam olak juga dapat meredam energi yang di hasilkan oleh pembendungan. Energi yang di hasilkan oleh bendung tersebut dapat merusak dasar saluran dimana terjadi loncar air dan dasar saluran di sepanjang saluran tersebut (erosi). Selain itu juga kolam olak berfungsi agar terjadinya loncat air tidak terjadi sembarang tempat hanya terjadi di kolam olak dan akan meminimalisir biaya pembangunan pada proyek bendungan tersebut ( pembuatan dasar saluran untuk menahan energi dari gerusan air )
8. Profil muka air sepanjang saluran
9. Table perhitungan pembendungan (backwater) Bagian Y
(m) b
(m) A (m²) V (m/s) E (m) R
(m) nk Sf Δx
I II III IV V bendung
Perhatian :
Semua alat praktikum setelah selesai harus dibersihkan dan disimpan pada tempat semula.
11
