8/11/2019 BAB 1 - Ambang

1/19

BAB I

ALIRAN MELALUI AMBANGLEBAR DAN TAJAM

1.1 Pendahuluan

1.1.1 Latar Belakang

Ambang adalah salah satu jenis bangunan air yang dapat digunakan untuk menaikkan

tinggi muka air serta menentukan debit aliran air. Dalam merancang bangunan air, perlu

diketahui sifat-sifat atau karakteristik aliran air yang melewatinya. Pengetahuan ini

diperlukan dalam perencanaan bangunan air untuk pendistribusian air maupun pengaturan

sungai.

Dalam percobaan ini akan ditinjau aliran pada ambang yang merupakan aliran berubah

tiba-tiba. Selain itu, dengan memperhatikan aliran pada ambang dapat dipelajari karakteristik

dan sifat aliran secara garis besar. Ambang yang akan digunakan adalah ambang lebar dan

ambang tajam.

Fungsi penggunaan ambang lebar dan ambang tajam adalah:

1. Ambang tersebut menjadi model untuk diaplikasikan dalam perancangan bangunan

pelimpah pada waduk dan sebagainya.

2. Bentuk ambang ini adalah bentuk yang sederhana untuk meninggikan muka

air.Sebagai contoh aplikasi, air yang melewati ambang lebar akan memiliki energi

potensial yang lebih besar sehingga dapat dialirkan ke tempat yang lebih jauh dan

dapat mengairi daerah yang lebih luas.

Terdapat perbedaan bentuk fisik antara ambang lebar dan ambang tajam, sehingga

mempengaruhi jatuhnya aliran. Pada ambang lebar air akan jatuh lebih lunak dari ambang

tajam, meskipun tinggi dan lebar ambang sama. Perbedaan bentuk fisik antara ambang lebar

dan ambang tajam dapat dilihat pada di bawah ini.

Gambar 1.1Ambang Tajam

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

2/19

Gambar 1.2Ambang Lebar

Dalam percobaan ini akan diamati karakteristik aliran yang melalui ambang dengan tipe

karakteristik sebagai berikut:

1.

Keadaan loncat

Keadaan loncat adalah keadaan ketika tinggi muka air di hulu saluran tidak

dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.

2. Keadaan peralihan

Keadaan peralihan adalah keadaan ketika tinggi muka air di hulu saluran mulai

dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.

3. Keadaan tenggelam

Keadaan tenggelam adalah keadaan ketika tinggi muka air di hulu saluran

dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.

Dari percobaan ini dapat diperoleh gambaran mengenai sifat aliran, berupa bentuk atau

profil aliran melalui analisis model fisik dari sifat aliran yang diamati. Dalam kondisi nyata di

lapangan, ambang ini berguna untuk meninggikan muka air di sungai atau pada saluran

irigasi sehingga dapat mengairi area persawahan yang luas. Selain itu, ambang juga dapat

digunakan untuk menentukan debit air yang mengalir pada saluran terbuka.

1.2 Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah:

1. Mempelajari karakteristik aliran yang melalui ambang lebar dan ambang tajam.

2. Menentukan pengaruh perubahan keadaan tinggi muka air di hilir terhadap muka air

di hulu saluran.

3.

Menentukan hubungan tinggi muka air di atas ambang terhadap debit air yang

melimpah di atas ambang.

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

3/19

1.3 Alat-alatPercobaan

a. Ambangtajamdanlebar

b.

Alatpengukurkedalaman

c. Alatpengukurpanjang

d. Venturimeterdanpipa manometer

e.

Sekatpengaturhilir

f. Bakpenampung air

g. Pompa air

1.4TeoriDasardanPenurunanRumus

1.4.1Debit BerdasarkanVenturimeter

Dalampercobaan, digunakanventurimeteruntukmengetahui debit yang

sebenarnyamengalirdaripompa. Debit yang

melaluiambangdapatdihitungdenganprinsipkekekalanenergi,impuls - momentum,

dankontinuitas (kekekalanmassa), sehinggadapatditerapkanpersamaan Bernoulli

untukmenghitungbesar debit berdasarkantinggimuka air

sebelumdanpadasaatkontraksipadaventurimeter.

Gambar 1.3Venturimeter

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

4/19

PersamaanBernoulli (tanpakehilangantinggitekan)

2

2

221

2

11

22z

g

vPz

g

vP

ww

; karena (z1= z2)maka g

vPg

vP

ww 22

2

22

2

11

g

vvPP

w 2

2

1

2

221

...................................... (1)

diketahui:

wHg .6,13 ; g

hgP

Maka :

hPPwHg )(21

hPPww

)6,13(21

hPPw 6,1221 ........................................... (2)

Persamaan (2) disubsitusikankepersamaan (1)

g

vvh

w

w

2

6,12 2

1

2

2

hgvv .2.6,122

1

2

2 ....................................(3)

Persamaankontinuitas:

2211 vAvA

2

2

21

2

14

1

4

1vDvD

1

2

2

1

2 v

D

Dv

................................................... (4)

Persamaan (4) disubsitusikan ke persamaan (3):

2

1

2

1

4

2

1.2.6,12 vvD

Dhg

2

1

4

2

1 1.2.6.12 vD

Dhg

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

5/19

1

.2.6.124

2

1

1

D

D

hgv ........................................... (5)

diketahui:

Q=A.v

Makadidapatrumusdebit :

aD

D

hDgar

Q

1

.4

12.

4

2

1

2

2

1

D1 = 3,15 cm

a = 1,00 gr/cm3

D2 = 2,00 cm

r = 13,60 gr/cm3

g = 9,81 m/s2

1.4.1 Koefisien Pengaliran (C)

Energi Khas:

Untuksaluranpersegipanjangdenganlebarkonstan, Energikhasdapatditulisdalam debit

per satuanlebar:

Maka,

gY

v

gY

q

dY

dE 2

3

2

11

BilanganFroude:

gY

vFr

2

maka 21 FrdY

dE ..................... (1)

Energi Total:

zg

vYzEH

2

2

(konstan)

diferensiasiterhadap X:

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

6/19

0.0 dX

dz

dX

dY

dY

dE

dX

dz

dX

dE.................. (2)

persamaan (1) disubsitusikankepersamaan (2):

01 2

dX

dz

dX

dY

Fr ................................... (3)

dX

dz= kenaikan / penurunan dasar saluran

dX

dY= kenaikan / penurunanmuka air

Karenaterjadikenaikan dasar saluran (ambang) maka 0dX

dz. Jadi 01 2

dX

dYFr .

Bila aliransubkritisFr< 1, 0dXdY tinggialiran di atasambangberkurang.Setelah itu tinggi

dasar saluran akan tetap / konstan, yang berarti 0dX

dz, jadi : 01 2

dX

dYFr dan

kemungkinanterjadiadalah : 0)1( 2 Fr atauFr = 1berarti di atasambang akan

terjadialirankritis.Padaalirankritisterjadi E minimum atau 0dY

dE.

Makamenurutpersamaan(1)

012

gY

v

dY

dE

gYv 2 gYv atau gHev

Besardebit di atasambang :

AvQ

HegLHeQ ...

23.. HeLgQ

Dari eksperimen, harga Q merupakankelipatanharga di atas, maka:

23

... HeLgCdQ

23

.HeL

QC

Q = debit yang melaluiambang

C = koefisien pengaliran

L = lebarsaluran (8 cm)

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

7/19

He = tinggialiran di atasambang

1.5 ProsedurPercobaan

Gambar 1.4Diagram alirprosedurkerjapraktikumaliranmelaluiambang [berlanjut]

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

8/19

Gambar 1.5Diagram alirprosedurkerjapraktikumaliranmelaluiambang

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

9/19

1.6 ContohPerhitungan

1.6.2 Perhitungan pada Ambang Lebar

a. MenghitungDebit yang Mengalir

H1= 136cmHg ; H2= 133cmHg

H = 20 cmHg

934,88628 cm3/s

b. Menghitung He1dan He2

Y1 = 17.1 cm

Y2 = 2,6 cm

Tinggiambang(T) = 4 cm

c. MenghitungNilai C

L = 8,3 cm

Q = 934,88268 cm

3

s

-1

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

10/19

1.7 Tabulasi Data

1.7.1 Data AmbangLebar

Data Alat

TinggiAmbang = 9,8 cm

LebarSaluran = 8,3 cm

Data Pengamatan

KeadaanAwal (Kalibrasi)

Bacaan Manometer

H1 = 136 cmHg

H2 = 133 cm Hg

Dh = 3 cmHg

Tabel 1.1Data UntukMembuatProfilAliran

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

11/19

Tabel 1.2Data UntukMembuatGrafik He1 vs He2 dan He1 vs Q

Tabel1.3DataUntukMembuatGrafik He1 vs C

0,061 23,2266 1,13383 0,95764

0,059 23,3978 1,09665 0,9647

0,057 23,8286 1,05948 0,98246

0,053 24,1028 0,98513 0,993760,039 26,7146 0,72491 1,10145

He1 / Hd C / CdHe1 (m) C

(cm^0,5/s)

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

12/19

Tabel 1.4Data untukmembuat He1/HdVs C/Cd Ambanglebar

1.8 Grafik dan Analisis

1.8.1 AmbangLebar

Grafik 1.1ProfilAliranMukaAmbangLebar

Grafik diatas menunjukkan tinggi muka air di sepanjang saluran. Pada kondisi loncat,

tinggi air di hilir tidak terlaludipengaruhioleh tinggi air di hulu saluran. Pada kondisi

peralihan, tinggi muka air di hilir mulai dipengaruhi oleh tinggi muka air di hulu saluran.

Tinggi air di hilir dipengaruhi oleh tinggi air di hulu pada keadaan tenggelam sehingga

ambang seakan-akan tidak berfungsi.

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000

Profil Aliran

Loncat 1

Loncat 2

Peralihan

Tenggelam 1

Tenggelam 2

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

13/19

Grafik 1.2He1 vs He2

Grafik di atasmenunjukanhubungan He1 dan He2.Dari grafik di atas, dapat dilihat

bahwa nilai He1 selalu bernilai positif, sedangkan He2dapat bernilai positif maupun negatif.

He1 selalu bernilai positif, menunjukkan bahwa Y1 selalu lebih besar dari tinggi ambang.

Pada He2yang bernilai negatif, tinggi Y2 lebih tinggi dari tinggi ambang. Bila He2bernilai

positif, tinggi Y2 lebih rendah dari tinggi ambang.

Pada keadaan loncat, nilai He2 adalah positif dan nilai He1 relatifkonstan, artinya

tinggi muka air di hulu cenderung tidak dipengaruhi tinggi air di hilir.

Pada keadaan peralihan, nilai He2lebih mendekati nol daripada saat keadaan yang lain.

Hal ini menunjukkan bahwa saat peralihan ketinggian air di hilir memiliki tinggi yang lebih

dekat dengan tinggi ambang.

Padakeadaantenggelam, nilai He2semakinlebihtinggidaripadatinggiambang.

Padakeadaantenggelam,

keberadaanambangbisadiabaikankarenasudahtidakberpengaruhpadaaliran.

0

1

2

3

4

5

67

8

9

-10 -5 0 5 10 15

He1

He2

He1 vs. He 2

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

14/19

Grafik 1.3 He1 vs Q

Grafikdiatasmenunjukanhubunganantara He1 dan Q. Terlihatbahwa Q

hampirberbandinglurusdengan He1.Berdasarkanrumus

seharusnya hubungan

antara He1 dan Q adalahpower.Secaralogisadalahmasukakaljikamuka air

meningkatseiringmembesarnya debit yang disuplaikeambang.

y = 8E-05x + 4.5065

R = 0.0101

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 2000 4000 6000 8000

AxisTitle

Axis Title

He1 vs. Q

He1 vs. Q

Linear (He1 vs. Q)

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

15/19

Grafik1.4He1 vs C

Grafikdiatasmenunjukanhubunganantaratinggimuka air

diatasambangdankoefesienambang.Harga C padaumumnyaberada di sekitar

7.Nilaiiniseharusnyakonstandisetiap debit karena C adalahsuatukoefisien yang

bernilaikonstan.Dikarenakanketerbatasanparapraktikan, hanyamampudidapatsuatnilai yang

mendekatikonstan.Disini Cd bernilai 8,6066 cm0.5/sdanHd yang bernilai 4,62 cm.

y = -0.3427x + 7.5696

R = 0.7316

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20

He1

c

He1 vs. c

He1 vs. c

Linear (He1 vs. c)

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

16/19

Grafik 1.5Q vs C

Dari grafikdapatdilihathubunganantara debitdengankoefisienpengaliran.Karena C

merupakankoefisienseharusnya C nilainyakonstan.Dari Grafik 1.4 dan 1.5

bisadisimpulkankoefisienpengaliranhanyalahdipengaruhiolehkondisidanspesifikasiambang.

y = -35.065x + 957.21R = 0.4349

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 10 15 20

Q

c

Q vs. c

Q vs. c

Linear (Q vs. c)

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

17/19

Grafik 1.6He1/Hdvs C/Cd

Grafik ini menunjukkan hubungan antara dan

. Dari grafik ini bisa terlihat

bahwa selalu mendekati harga 1. Semakin

bernilai konstan, maka semakin akurat

lah percobaan yang dilakukan.

y = -0.6385x + 1.6385

R = 0.7316

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

He1/Hd

C/Cd

(He1/Hd) vs. (C/Cd)

(He1/Hd) vs. (C/Cd)

Linear ((He1/Hd) vs. (C/Cd))

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

18/19

1.8.2 AmbangTajam

Grafik 1.6 ProfilAliranAmbangTajam

Dari grafik ini dapat dilihat tinggi permukaan air di sepanjang saluran. Pada keadaan

loncat tinggi muka air di hilir saluran tidak dipengaruhi oleh tinggi muka air di hulu saluran.

Pada keadaan peralihan tinggi muka air di hilir mulai dipengaruhi oleh tinggi muka air di

hulu saluran. Sedangkan pada keadaan tenggelam tinggi muka air di hulu saluran

dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran. Padakeadaaniniseolah-olah ambang tidak

berfungsi lagi.

1.9Simpulan dan Saran

1.9.1 Simpulan

Karakteristik aliran yang melalui ambang dapat dibedakan menjadi tiga tipe, yaitu

keadaan loncat, peralihan dan tenggelam. Pada keadaan loncat ketinggian muka air di hulu

saluran tidak dipengaruhi oleh ketinggian muka air di hilir saluran. Keadaan peralihan

adalah keadaan dengan ketinggian muka air di hulu saluran mulai terpengaruh oleh

ketinggian air di hilir saluran. Pada keadaan tenggelam, ketinggian muka air di hulu

saluran sudah terpengaruh oleh tinggi muka air di hilir saluran.

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000

Profil Aliran

Loncat 1

Loncat 2

Peralihan

Tenggelam 1

Tenggelam 2

8/11/2019 BAB 1 - Ambang

19/19

Percobaan ini menunjukkan bahwa tinggi muka air di hilir mulai

mempengaruhitinggi muka air di hulu saluran pada keadaan peralihan, sedangkan

ketinggian muka air di hulu sudah terpengaruh oleh tinggi muka air di hilir saluran pada

saat keadaan tenggelam. Jika tinggi permukaan air di atas ambang terlalu besar, aliran

akan berada pada keadaan tenggelam sehingga He2dan He1saling berhubungan seakan-

akan ambang tidak berfungsi.

Bisadisimpulkanjugabahwahargakoefisienpengaliranhanyalahdipengaruhiolehkondis

iatauspesifikasiambang.

1.9.2 Saran

Sebaiknya dilakukan lebih banyak percobaan dengan nilai debit yang berbeda, serta

dengan metode pengukuran yang lebih akurat.

1.10Referensi

Chow, V. T. (1959). Open-channel Hydraulics.McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

Munson, B., Young, D., & Okiishi, T. (2002).Fundamentals of Fluid Mechanics.John Wiley

& Sons, Inc.

Panduan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidraulika. 2013