EKSPERIMEN 5

DEBIT DI BAWAH “SLUICE GATE” GROUP II

EKSPERIMEN 5

DEBIT DI BAWAH “SLUICE GATE”

1. TUJUAN PERCOBAAN

a. Menentukan besarnya debit pengaliran di bawah “Sluice Gate”.

2. PERALATAN

a. Multi Purpose Teaching Flume

b. Hook and Point Gauge

c. Perangkat Pitot Tube

d. Adjustable Undershot Weir.

3. DASAR TEORI

Gambar (5-1)

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


Pintu sorong (sluice gate) merupakan bangunan hidrolik yang sering digunakan untuk

mengatur debit intake pada embung atau di saluran irigasi. Di dalam sistim saluran irigasi,

pintu sorong biasanya ditempatkan pada bagian pengambilan dan bangunan bagi sadap balk

itu sekunder maupun tersier. Selain itu, alat ini juga dapat digunakan pada industri misalnya

di saluran pengolahan atau pembuangan. Detail pintu ini di saluran dapat dilihat pada Gambar

1.

Bangunan pengatur debit ini sering digunakan oleh karena kemudahan perencanaan

dan pengoperasiannya. Dengan tinggi bukaan pintu tertentu maka akan didapatkan debit yang

dimaksud. Dengan demikian variasi bukaan pintu akan mempengaruhi debit aliran dan profit

muka air di bagian hilir. Aliran yang mengalir di bawah pintu sorong dimulai dari fungsi

superkritis penuh (F > 1) sampai pada bagian vena contracta dan dilanjutkan pada aliran

berkembang sebagian dimana lapisan batas (boundary condition) terbentuk sampai pada aliran

aliran menjadi stabil (F < 1) (Rao,1973). Pada kondisi aliran kritis (Fcr = 1) kedalamannya

merupakan kedalaman kritis, hcr. Kedalaman kritis ini merupakan salah satu komponen pe-

nentu dalam perencanaan bangunan itu sendiri. Perhitungan kedalaman kritis yang tepat akan

menghasilkan perencanaan bangunan yang efektif secara hidrolika yaitu pada perencanaan

tinggi jagaan saluran dan dimensi apron hilir. Hal ini akan berimplikasi pada ketepatan

perencanaan debit saluran, dan pada akhirnya akan meningkatkan efisiensi distribusi air

irigasi. Selain itu perencanaan yang baik berdasarkan penentuan aliran kritis akan berdampak

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


meningkatnya efisiensi biaya konstruksi (pemilihan jenis dan volume hahan) dan efektifitas

operasional pintu bagi para petani. Letak Batas awal aliran stabil (aliran kritis, Fcr = 1) ini

perlu diidentifikasi secara teoritis dan eksperimental sebab ini merupakan salah satu

komponen penentu dalam perencanaan perlakuan aliran selanjutnya.

Pada pintu sorong, penetapan besaran debit aliran dilakukan melalui operasi pintu,

dimana tinggi bukaan, a, menentukan debit yang mengalir setelah pintu sorong. Pada

prakteknya, acuan perencanaan bagian bangunan setelah pintu sorong didasarkan pada

kedalaman kritis, hcr. Contoh analisis perencanaan adalah bangunan peredam energi untuk

pengaturan tinggi muka air hilir (Rice & Kern, 1993). Penentuan kedalaman kritis biasanya

hanya didasarkan pada estimasi debit aliran dari pintu sorong. Debit aliran pun perlu direduksi

dengan faktor koreksi tanpa dimensi (Dep.PU, 1986). Sehingga perhitungan kedalaman kritis

berdasarkan debit aliran kurang praktis digunakan pengguna awam misalnya petani. Pengguna

perlu menetapkan asumsi faktor koreksi berdasarkan grafik sebelum mendapatkan besaran

debit di saluran.

Aliran Melalui Bawah Pintu Sorong

Aliran melalui bawah pintu sorong Pola aliran yang melalui bawah pintu sorong

adalah tampak seperti pada Gambar 2. Jika persamaan Bernoulli digunakan sepanjang aliran

antara x = 0 dan x = x maka didapatkan persamaan sebagai berikut.

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


Bentuk penampang aliran lewat pintu sorong, mempunyai sisi atas yang tajam dan tidak

ada kontraksi pada sisi-sisi samping maupun bagian bawah seperti terlihat pada gambar.

Alirannya dapat seperti pada gambar 2 atau terbenam seperti pada gambar 3.

Gambar (5-2)

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 kasar dan berolak.

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


Gambar (5-3)

Persamaan Bernoulli dapat dipakai untuk menghitung debit dari suatu aliran yang

melalui sluice gate, tetapi kehilangan energi dari satu section ke section lainnya diabaikan.

Aliran di bawah sluice gate adalah contoh dari aliran converging dimana bentuk persamaan

yang tepat untuk debit dapat ditentukan dengan persamaan energi antara section 0 dan section

l, yaitu:

H0 = H1

Dimana :

H0 = Tinggi energi di section 0

H1 = Tinggi energi di section 1

Sebelum persamaan di atas 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 section 1 adalah seragam sehingga

total setiap streamline adalah H1. Maka dapat diasumsikan bahwa tinggi tekan sama dengan

kedalaman air dan kehilangan energi bisa dihapuskan sehingga :

H0 = H1

y0+V

02

2 g= y1+

V12

2 g

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


Subtitusi harga kecepatan ke dalam bentuk debit (Q)

y0+Q2

2 gb2 y02

= y1+Q2

2 gb2 y12

Jadi:

Q=by0√2 gy1

√( 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 (dituniukkan oleh perbandingan y1

y0) dan gesekan.

Q=Cv .b . y1√2 gy0

√( y1

y0+1)

Kedalaman air di hilir y1 dapat ditunjukkan sebagai fraction dari bukaan gate, yg yaitu:

y1 = Cc.yg

Cc adalah koefisien konstraksi yang pada umumnya harga koefisien ini adalah 0,61.

q=Cv .Cc .b . yg .√2gy0

√(Cc . yg

y0+1)

Oleh karena itu debit yang di bawah sluice gate dapat dituliskan sebagai berikut:

Q=Cd . b. y g .√2 g. y0

Dimana Cd adalah fungsi dari Cv,Cc, yg, dan yo.

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


Jenis Aliran

Ada 3 macam aliran sebagai berikut :

a. Aliran Sub Kritis

Aliran dikatakan sub kritis apabila gaya berat lebih besar daripada gaya inersia,

sehingga air akan mengalir dengan kecepatan rendah. Pada aliran sub kritis V <√ g . h dan Fr <

1. Jika V <√ g .h maka kecepatan perambatan gelombang akan lebih besar daripada kecepatan

rata-rata aliran, sehingga gelombang dapat bergerak ke arah hulu.

b. 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 bergerak kearah hilir.

c. 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

4. PROSEDUR

a. Pastikan bahwa flume sudah horizontal.

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


b. Tempatkan Gate pada flume secara vertikal dengan tepi bawahnya 15 mm di atas

dasar flume.

c. Alirkan air ke dalanr flume sampai setinggi y0.

d. Dengan air setinggi y0, ukurlah debit (Q), y1, dan H0.

e. Naikkan Gate secara bertahap menjadi 5 mm dan seterusnya, dengan tetap menjaga

ketinggian y0 seperti ketinggian semula (dengan cara merubah debit).

f. Pada masing-masing tinggi bukaan Gate itu, ukur dan catatlah harga-harga Q, y1

dan H0.

g. Ulangi prosedur di atas dengan debit Q yang konstan (seperti di atas, y0 dibuat

berubah), dan ukur serta catatlah y0, y1, dan H0

5. HASIL DAN PERHITUNGAN

Tabel data hasil eksperimen debit di bawah “Sluice Gate” :

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


No.

Yg Y0 Y1 Q A0 A1 V0 V1 E0 E1

Cd

(mm) (mm) (mm) (L/det) (bxYo) (bxY1) (Q/Ao) (Q/A1) (mm) (mm)

1 10 90 9,7 0,93 6840 737,2 135,96 1263,53 90,814 90,942 0,9209

2 15 90 10,1 0,97 6840 767,6 141,81 1261,68 91,025 91,491 0,6403

3 20 90 21,9 1,98 6840 1664,4 289,47 1189,62 94,03 94,271 0,9802

4 25 90 25 2,23 6840 1900 326,02 1173,68 95,21 95,417 0,8832

5 30 90 27 2,39 6840 2052 349,42 1164,72 96,142 96,223 0,7888

Lebar Weir (B) = 76 mm

Contoh Perhitungan :

Data (1)

Q = B x Y0 x Y1√ 2 gY 0+Y 1

= 76 + 90 + 9.7 √ 2 X 981090+9.7

= 0.93 L/dtk

1. A0 = B x y0 = 76 x 90 = 6840 mm2

2. A1 = B x y1 = 76 x 9,7 = 737,2 mm2

3. V0 = QA0

= 0,93 x 106

6840 = 135,96 mm/detik

4. V1 = QA1

= 0,93 x 106

737,2 = 1263,53 mm/detik

5. E0 = Y0 + V 02

2x g = 90 + 135,962

2x 9810 = 90,814 mm

6. E1 = Y1 + V 12

2x g = 9,7 + 1263,532

2 x 9810 = 90,942 mm

7. Cd = Q

B x yg x √2 x g x y0 = 0,93 x 106

76 x 10 x√2x 9810 x90 = 0,92

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


Data (2)

Q = B x Y0 x Y1√ 2 gY 0+Y 1

= 76 + 90 + 10.1 √ 2 X 981090+10.1

= 0.97 L/dtk

1. A0 = B x y0 = 76 x 90 = 6840 mm2

2. A1 = B x y1 = 76 x 10,1= 767,6 mm2

3. V0 = QA0

= 0,97 x106

6840 = 141,81 mm/detik

4. V1 = QA1

= 0,97 x106

767,6 = 1261,68 mm/detik

5. E0 = Y0 + V 02

2x g = 90 + 141,812

2x 9810 = 91,025 mm

6. E1 = Y1 + V 12

2x g = 10,1 + 1261,682

2 x 9810 = 91,491 mm

7. Cd = Q

B x yg x √2 x g x y0 = 0,97 x 106

76 x 15 x√2x 9810 x90 = 0,64

Data (3)

Q = B x Y0 x Y1√ 2 gY 0+Y 1

= 76 + 90 + 21.9 √ 2 X 981090+21.9

= 1.98 L/dtk

1. A0 = B x y0 = 76 x 90 = 6840 mm2

2. A1 = B x y1 = 76 x 21,9 = 1664,4 mm2

3. V0 = QA0

= 1,98 x 106

6840 = 289,47 mm/detik

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


4. V1 = QA1

= 1,98 x 106

1664,4 = 1189,62 mm/detik

5. E0 = Y0 + V 02

2x g = 90 + 289,472

2 x 9810 = 94,03 mm

6. E1 = Y1 + V 12

2x g = 21,9 + 1189,622

2x 9810 = 94,271 mm

7. Cd = Q

B x yg x √2x g x y0 = 1,98 x 106

76 x 20 x√2 x 9810 x90 = 0,98

Data (4)

Q = B x Y0 x Y1√ 2 gY 0+Y 1

= 76 + 90 + 25 √ 2 X 981090+25

= 2.23 L/dtk

1. A0 = B x y0 = 76 x 90 = 6840 mm2

2. A1 = B x y1 = 76 x 25 = 1900 mm2

3. V0 = QA0

= 2,23 x 106

6840 = 326,02 mm/detik

4. V1 = QA1

= 2,23 x 106

1900 = 1173,68 mm/detik

5. E0 = Y0 + V 02

2x g = 90 + 326,022

2 x 9810 = 95,21 mm

6. E1 = Y1 + V 12

2x g = 25 + 1173,682

2 x 9810 = 95,417 mm

7. Cd = Q

B x yg x √2x g x y0 = 2,23 x 106

76 x 25 x√2 x 9810 x90 = 0,88

Data (5)

Q = B x Y0 x Y1√ 2 gY 0+Y 1

= 76 + 90 + 27 √ 2 X 981090+27

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


= 2.39 L/dtk

1. A0 = B x y0 = 76 x 90 = 6840 mm2

2. A1 = B x y1 = 76 x 27 = 2052 mm2

3. V0 = QA0

= 2,39 x 106

6840 = 349,42 mm/detik

4. V1 = QA1

= 2,39 x 106

2052 = 1164,72 mm/detik

5. E0 = Y0 + V 02

2x g = 90 + 349,422

2 x 9810 = 96,142 mm

6. E1 = Y1 + V 12

2x g = 25 + 1164,722

2 x 9810 = 96,223 mm

7. Cd = Q

B x yg x √2x g x y0 = 2,39 x 106

76 x 30 x√2 x 9810 x90 = 0,78

Maka Cd rata-rata :

Cd = ∑ Cdn

= (0.92+0.64+0.98+0.88+0.78)

5 = 0.84

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


6. GRAFIK

Persamaan regresi linear grafik Yg dan Cd

No Yg (x) Cd (y) (X-x) (Y-y) (X-x)^2 (X-x) (Y-y)1 10 0.9209 10 -0.07822 100 -0.78222 15 0.6403 5 0.20238 25 1.01193 20 0.9802 0 -0.13752 0 04 25 0.8832 -5 -0.04052 25 0.20265 30 0.7888 -10 0.05388 100 -0.5388

Total 100 4.2134 0 0 250 -0.1065

X = 20

Y = 0.84268

Persamaan Regresi adalah y = A + Bx

A = Y - BX= 0.851

B = 0.000

Substitusikan Y = 1.498 - 0.023 (x)

X Y regresi

10 1.268

15 1.153

20 1.038

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


25 0.923

30 0.808

5 10 15 20 25 30 350

0.20.40.60.8

11.21.4

1.2681.153

1.0380.923

0.8080.9209

0.6403

0.9802 0.8832 0.7888

GRAFIK HUBUNGAN Yg & Cd

sebelum regresisesudah regresi

Yg

Cd

Persamaan Regresi antara Yg/Yo dan Cd

No Yg/Y0 (x) Cd (y) (X-x) (Y-y) (X-x)^2 (X-x) (Y-y)

1 0.111 0.9209 0.1112 -0.078 0.012 -0.0092 0.167 0.6403 0.0552 0.202 0.003 0.0113 0.222 0.9802 0.0002 -0.138 0.000 0.0004 0.278 0.8832 -0.0558 -0.041 0.003 0.0025 0.333 0.7888 -0.1108 0.054 0.012 -0.006

Total 1.111 4.2134 0 0 0.031 -0.001

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


X = 0.2222Y = 0.84268


A = Y - BX= 0.852B = -0.04101


X Y regresi

0.1 1.2678

0.15 1.1527

0.2 1.0376

0.25 0.9225

0.3 0.8074

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.41.2678

1.15271.0376

0.92250.8074

0.9209

0.6403

0.98020.8832

0.7888

GRAFIK HUBUNGAN Yg/Y0 & Cd


Yg/Y0

Cd

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


Persamaan Regresi antara E0 dan Cd

No E0 (x) Cd (y) (X-x) (Y-y) (X-x)^2 (X-x) (Y-y)

1 90.814 0.9209 2.6302 -0.078 6.918 -0.2062 91.025 0.6403 2.4192 0.202 5.853 0.4903 94.03 0.9802 -0.5858 -0.138 0.343 0.0814 95.21 0.8832 -1.7658 -0.041 3.118 0.0725 96.142 0.7888 -2.6978 0.054 7.278 -0.145

Total 467.221 4.2134 0 0 23.510 0.291

X = 93.4442Y = 0.84268


A = Y - BX= -0.312

B = 0.01236Substitusikan Y = 1.785 - 0.35835 (x)

X Y regresi

90.814 2.352099

91.025 2.331102

94.03 2.032075

95.21 1.914653

96.142 1.82191

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


90 91 92 93 94 95 96 970

0.5

1

1.5

2

2.52.352098862.33110225

2.03207471.91465291.82190958

0.92090.6403

0.9802 0.88320.7888

GRAFIK HUBUNGAN E0 & Cd


E0

Cd

Persamaan Regresi antara y1 dan Cd

No y1 (x) Cd (y) (X-x) (Y-y) (X-x)^2 (X-x) (Y-y)1 9.7 0.9209 8.02 -0.078 64.320 -0.6272 10.1 0.6403 2.62 0.202 6.864 0.5303 21.9 0.9802 -0.08 -0.138 0.006 0.0114 25 0.8832 -3.78 -0.041 14.288 0.1535 27 0.7888 -6.78 0.054 45.968 -0.365

Total 108.6 4.2134 0 0 131.448 -0.298X = 21.72Y = 0.84268


GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


A = Y - BX= 0.892B = -0.00227


X Y regresi

9.7 5.200995

10.1 5.344335

21.9 9.572865

25 10.68375

27 11.40045

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 2802468

1012

5.2009955.344335

9.57286510.6837511.40045

0.92090.6403 0.98020.88320.7888

GRAFIK HUBUNGAN Y1 & Cd


Y1

Cd

7. FOTO ALAT

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


PERANGKAT PITOT TUBE HOOK & POINT GAUGE

MULTI PURPOSE TEACHING FLUMEADJUSTBLE UNDERSHOT WEIR

8. APLIKASI

Pintu air adalah perangkat yang dirancang untuk memungkinkan aliran air dikendalikan

dari berbagai sistem air. Pintu komponen umum diberbagai sistem mulai dari waduk, bending,

dan spillway. Pada dasarnya sistem yang digunakan untuk mengontrol tingkat dan aliran air di

sungai dan danau akan dilengkapi dengan berbagai jenis pintu air.

Dalam beberapa kasus fungsi utama dari pintu air adalah untuk mengarahkan aliran dari

suatu bagian ke bagian lain, seperti pintu pengambilan air dari berbagai sungai atau danau

yang ditemukan dibelkang sebuah spillway. Hal ini sering dilakukan untuk menentukan

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


jumlah tekanan pada bendungan atau reservoir saat hujan atau salju mencair yang telah

menghasilkan sejumlah air dalam sistem yang dianggap baik atau aman.

Pintu air umumnya juga digunakan untuk mengatur kapasitas discharge? Aliran buang.

Jadi walaupun pada suatu sungai ataupun danau mengalami pasang dan surut, jumlah debit air

sungai atau danau tersebut akan relative stabil.

Pintu air merupakan alat yang berguna bagi kehidupan sehari-hari. Pintu air dapat

digunakan sebagai alat pengatur sarana irigasi, kolam, tambak, ataupun sebagai alat untuk

mencegah banjir didaerah perkotaan, dimana pintu air tersebut dapat mengatur aliran sungai.

Contohnya pintu air merunda yang berfungsi mengontrol debit air laut dan air dari daratan

Jakarta bagian timur agar tidak terjadi banjir.

Pintu air juga dapat mempercepat kecepatan aliran air, sehingga dapat dogunakan

sebagai sarana untuk PLTA denga menggunakan turbin.

9. KESIMPULAN

1) Karena Y0 konstan, maka Q sangat mempengaruhi nilai Cd.

2) Semakin tinggi bukaan pintu (Yg) maka gaya hidrostatis yang bekerja pada suatu

pintu semakin kecil.

3) Harga koefisien debit (Cd) tidak konstan untuk setiap pengaliran di bawah sluice

gate, dari hasil eksperimen terlihat hasil yang berbeda-beda dan tidak stabil

(fluktuatif).

4) Harga Cd rata-rata untuk pengaliran di bawah sluice gate ini adalah 0,84

5) Dari gambar grafik hubungan antara Y1 dan Cd terlihat hasil yang fluktuatif

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)


6) Dari gambar grafik hubungan antara yg

y0 dan Cd terlihat hasil yang fluktuatif

7) Dari gambar grafik hubungan antara E1 dan Cd terlihat hasil yang fluktuatif

8) Ketidak akuratan data dipengaruhi oleh :

1. Kalibrasi alat

2. Kurang cermat dalam pembacaan alat saat praktikum (human error).

10. REFERENSI

a. Asisten laboratorium Hidrolika FT USU

b. Laporan praktikum Hidrolika FT USU T.A. 2012/2013

c. Modul penuntun praktikum laboratorium Hidrolika FT USU

d. Dep. PU, 1986, Standar perencanaan irigasi; Kriteria perencanaan bangunan utama,

84-88, Dirjen Pengairan, Departemen Pekerjaan Umum. Galang Persada, Bandung.

e. Rice, E. Charles & Kern C. Kadavy (1993). Protection Against Scour at SAF

Stilling Basins. Journal of Hydraulic Engineer- in, ASCE, 119 (1).133-139.

GROUP II

DINI SAFITRI ANDARI

(13 0404 050)

EKSPERIMEN 5

Documents