Ilham Meng PDF [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM HIDRAULIKA



Disusun oleh: KELOMPOK 40 Tahta Azhim R.E.



(D100180171)



Ilham Yudhatama



(D100180200)



Altadhy Pambuditama



(D100180214)



Prasandy Gilang Dewantara



(D100180223)



LABORATORIUM TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2019



HALAMAN PENGESAHAN Loporan Praktikum Hidraulika ini telah dis/etujui dan telah disahkan sebaagai satu syarat kelulusan mata kuliah Praktikum Hidraulika pada :



Hari



:



Tanggal



:



Nama Kelompok



: Kelompok 40 Tahta Azhim R.E. Ilham Yudhatama Altadhy Pambuditama Prasandy Gilang Dewantara



(D100180171) (D100180200) (D100180214) (D100180223)



Dosen Pengampu



Asisten Dosen



Gurawan Djati W., M.Eng



Annisa Laras Cahyo Putri



NIK. 782



NIM : D100170154



Mengetahui Kepala Laboratorium Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta



Ir. Ahmad Karim Fatchan, M.T NIK. 496



KATA PENANGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb Puji syukur penyusun panjatkan



kehadirat Allah SWT yang telah



melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Laporan Praktikum Hidraulika ini dengan baik. Pembuatan Laporan Praktikum Hidraulika ini adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah Praktikum Hidraulika pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil universitas Muhammadiyah Surakarta. Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ir. Achmad Karim Fatchan, M.T selaku kepala Laboratorium Teknik Sipil 2. Gurawan Djati W., M.Eng selaku dosen pengampu Praktikum Hidraulika 3. Annisa Laras Cahyo Putri selaku asisten dosen Praktikum Hidraulika yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam melaksanakan praktikum. 4. Semua pihak yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penyusunan laporan ini. Kami menyadari bahwa dalam pembuatan laporan ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun serta petunjuk dan bimbingan yang lebih jauh dari pembaca, agar dalam pembuatan laporan selanjutnya dapat lebih baik. Semoga laporan ini dapat bermaanfat bagi semua. Wassalamu’alaikum Wr. Wb



Surakarta,



November 2019



Penyusun



DAFTAR ISI



HALAMAN JUDUL ............................................................................................ HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. LEMBAR ASISTENSI ........................................................................................ KATA PENGANTAR .......................................................................................... DAFTAR ISI ........................................................................................................ DAFTAR TABEL ................................................................................................ DAFTAR GRAFIK .............................................................................................. DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ BAB I PERCOBAAN ALIRAN STEADY UNIFORM FLOW A. B. C. D. E. F. G.



Maksud dan Tujuan .................................................................................... Tahap Penelitian ......................................................................................... Landasan Teori ........................................................................................... Tahap Analisis............................................................................................ Analisis Perhitungan................................................................................... Analisis Pembahasan .................................................................................. Kesimpulan ................................................................................................



BAB II.1 PERCOBAAN BENDUNG AMBANG LEBAR A. B. C. D. E. F. G. H.



Maksud dan Tujuan .................................................................................... Alat dan Bahan ........................................................................................... Tahap Penelitian ......................................................................................... Landasan Teori ........................................................................................... Tahap Analisis............................................................................................ Analisis Perhitungan................................................................................... Analisis Pembahasan .................................................................................. Kesimpulan ................................................................................................



BAB II.2 PERCOBAAN BENDUNG TRIANGULER A. B. C. D. E. F. G. H.



Maksud dan Tujuan .................................................................................... Alat dan Bahan ........................................................................................... Tahap Penelitian ......................................................................................... Landasan Teori ........................................................................................... Tahap Analisis............................................................................................ Analisis Perhitungan................................................................................... Analisis Pembahasan .................................................................................. Kesimpulan ................................................................................................



BAB III PERCOBAAN KARAKTERISTIK ALIRAN DEKAT BENDUNG A. B. C. D. E. F. G. H.



Maksud dan Tujuan ................................................................................ Alat dan Bahan ...................................................................................... Tahap Penelitian .................................................................................... Landasan Teori ...................................................................................... Tahap Analisis ....................................................................................... Analisis Perhitungan .............................................................................. Analisis Pembahasan .............................................................................. Kesimpulan ............................................................................................



PENUTUP DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



BAB I PERCOBAAN ALIRAN STEADY UNIFORM FLOW



A. Maksud dan Tujuan 1.



Mahasiswa memahami karakteristik aliran steady uniform flow.



2.



Mahasiswa dapat mengkondisikan di laboratorium aliran steady uniform flow.



3.



Mahasiswa dapat menentukan nilai kekasaran Manning, Chezy dan Strickler dengan percobaan di laboratorium.



B. Alat dan Bahan 1.



Seperangkat flume dan aksesorisnya (pompa, tail gate, alat ukur debit dan piezometer).



2.



Point gauge.



C. Tahapan Penelitian 1.



Menyiapkan flume, pompa air, piezometer dan point gauge.



2.



Mengatur kemiringan dasar saluran (So),kemiringan dasar dipilih sebesar ± 1 cm / 2 m (≈0.005)



3.



Mengalirkan debit dengan membuka stopkran pompa dengan limpasan lebih besar dari 8 cm di atas alat ukur debit Thomson, dan ukur debitnya dengan grafik koefisien Cd yang telah ada. Rumusan debit dengan Pintu Thomson adalah sebagai berikut : Q = Cd.



8 15



  2 g tan   (h+kv)5/2 2



Dengan : h



= tinggi air di atas pintu Thomson







= sudut dalam pintu Thomson



Cd = Lihat pada grafik Cd Kv = lihat pada grafik kv 4.



Menunggu agar tinggi muka air di saluran pada ketinggian di 3 titik (hulu, tengah dan hilir) sama besar, selisih absolute maksimal sebesar 5%. Error 1 = abs │



Error 2 = abs│



h1  h2 h2



h3  h2 h2



│ × 100 %



│ × 100 %



Dengan h1 ,h2 , h3 , adalah kedalaman air di hulu, tengah ,dan hilir. 5.



Catat tinggi muka air tersebut dan hitung kecepatan air.



6.



Ulangi langkah percobaan 3 s/d 5 dengan variasi debit 5 kali.



D. Landasan Teori Aliran Steady Uniform Flow Aliran saluran terbuka maksudnya adalah aliran di suatu saluran dengan muka air berhubungan langsung dengan udara luar, sehingga tekanan di atas muka air merupakan tekanan udara luar (atmosfer). Karakteristik aliran ini sangat berbeda dengan aliran tertutup (aliran pipa), yang biasanya mempunyai tekanan tidak hanya dari atmosfer saja (tekanan hidro dinamis yang cukup besar). Aliran steady adalah karakteristik aliran yang tidak berubah terhadap waktu di suatu tempat (baik itu berupa debit, tinggi muka air, kecepatan, tekanan maupun berat jenis zat alir).



Sedangkan aliran uniform (aliran



seragam) adalah karakteristik aliran yang memiliki keseragaman debit, kecepatan, tinggi muka air maupun berat jenis dengan tinjauan tempat yang berbeda -beda. Jadi pengertian aliran steady uniform flow adalah aliran yang mempunyai debit, muka air, kecepatan, beratjenis yang tetap sepanjang waktu dan seragam di berbagai tempat yang ditinjau. Pada kenyataannya jenis aliran ini hamper mustahil dijumpai di lapangan, sehingga hanya dijumpai di laboratorium saja.



Maksud dilakukannya percobaan ini adalah untuk membuktikan rumusan hidraulika untuk aliran saluran terbuka baik rumus Manning, Chezy maupun Strickler. Aliran melintas melalui saluran terbuka untuk 1 dimensi dapat digambarkan sebagai berikut ini : V2/(2g) Sf Sw h



So Z



Bidang Referensi Gambar I.1 Aliran satu dimensi E = Z + h + v2/(2g) Diturunkan terhadap x



dE dZ  dx dx dE dZ  dx dx



 v2   d  2 g  dh    dx dx dh Q 2 1 d ( A)  2 dx 2 g A3 dx



dh Q 2 1 Tdh  Sf   So   dx g A3 dx dh So  Sf  Q 2T dx 1 3 gA



dengan dh/dx = kemiringan muka air terhadap x (jarak) Sf



= kemiringan garis energi



So



= kemiringan dasar saluran



T



= lebar muka air



A



= luas tampang basah aliran



Q



= debit yang lewat



Dari persamaan tersebut di atas dapat dipahami bahwa kemiringan muka air tergantung dari kemiringan dasar, kemiringan energi dan fungsi sistem kritis dari aliran (yang diwujudkan dengan 1 – Q2T/(gA3)). Jika So = Sf berarti kemiringan muka air nol, maksudnya adalah tinggi muka air diberbagai ruas saluran sama besar. Untuk perlakuan di laboratorium supaya tinggi muka air sama di setiap ruas saluran, digunakan pintu tail gate sebagai pengatur tinggi saluran. Persamaan aliran steady uniform flow mengacu pada persamaan Manning, Chezy dan Strickler sebagai berikut ini :



V



 A.V 1 1/ 2  R 2 / 3S f n 1/ 2  ks . R 2 / 3S f



V



 C R.S f



C



  12 R  18 Log   k  2  7 



Q V



( Manning ) ( Strickler) (Chezy )      



dengan Q



= debit aliran (m3/dt)



V



= kecepatan aliran



R



= jari-jari hidraulik (A/P)



A



= luas tampang (m2)



P



= keliling basah (m)



k



= kekasaran dasar saluran



n



= koefisien Manning



ks



= koefisien Strickler







= tebal sub lapis laminer =



11.6 u*



Rumusan di atas digunakan untuk karakteristik aliran bersifat turbulen (VR/>1000), dengan V = kecepatan aliran, R = jari – jari hidraulik dan  = viskositas (kekentalan kinematik). Jika aliran bersifat laminer (VR/1000 aliran bersifat Turbulen, jika Re1000),didapatkan koefisien kekasaran Manning, Chezy maupun Strickler (jika aliran bersifat turbulen).



4.



Untuk aliran laminer cocokkan kecepatan aliran yang telah dihitung di langkah 2 dengan rumus kecepatan laminer (lihat di landasan teori).



5.



Membandingkan Manning yang telah didapatkan dengan tabel koefisien Manning, Chezy ataupun Strickler juga dibandingkan dengan rumusan maupun data yang telah tersedia.



6.



Menyimpulkan hasil percobaan.



BAB II



PRINSIP ENERGI SPESIFIK (Es) PERCOBAAN BENDUNG AMBANG LEBAR A. Maksud dan Tujuan 1.



Mahasiswa memahami energi aliran dan energi spesifik.



2. Mahasiswa dapat menggambarkan hubungan energi spesifik aliran dengan tinggi muka air. 3. Mahasiswa dapat memahami efek kenaikan dasar saluran terhadap tinggi muka air.



B. Alat dan Bahan 1. Seperangkat flume dan aksesorisnya (pompa, tail gate, alat ukur debit dan piezometer). 2. Point gauge.



C. Tahapan Penelitian 1. Menyiapkan flume, pompa air, piezometer dan point gauge. 2. Mengatur kemiringan dasar saluran (So) sebesar 0,005. 3. Mengalirkan debit dengan membuka stopkran pompa dengan limpasan setinggi 8 cm di atas alat ukur debit Thomson, dan ukur debitnya dengan grafik koefisien Cd yang telah ada. 4. Mengatur tinggi muka air di saluran sehingga ketinggian di 3 titik (hulu, tengah dan hilir) sama besar, selisih absolut maksimal sebesar 5%.



Error 1 = abs │



Error 2 = abs│



h1  h2 h2 h3  h2 h2



│ × 100 %



│ × 100 %



Dengan h1 ,h2 , h3 , adalah kedalaman air di hulu, tengah ,dan hilir. 5. Memasang ambang lebar di tengah-tengah flume.



6. Mencatat tinggi muka air di hulu ambang lebar, di atas ambang lebar dan hilir ambang lebar. 7. Mengulangi langkah percobaan 3 s/d 6 dengan variasi debit 5 kali, untuk debit yang ke -2 dan seterusnya kontrol muka air cukup dilakukan di hulu ambang lebar dan hilir ambang lebar.



D. Landasan Teori Energi aliran (Gambar I.1, lihat percobaan aliran steady uniform flow), terdiri dari 3 jenis, yaitu energi potensial (Z), energi tekanan (h) dan energi kinetik (V2/(2g)). Jika energi aliran dihitung dari dasar saluran dinamakan energi spesifik (Es). Gambaran energi spesifik disajikan berikut ini :



Gambar II.1 Energi Spesifik Aliran Dari Gambar II.1 tersebut di atas, jika tempat pengukuran h1 dan peninggian saluran (ambang lebar) sangat dekat maka tidak akan ada kehilangan energi (hf  0,0) sehingga terjadi persamaan energi sebagai berikut ini :







Es1 h1  h1 



V12 2g



 Q2



Bh  2 g 2



1



Es 2 h1 



 h2 



Q2



Bh  2 g



Q  Ce. B



dengan :



V22  Z 2g 2



 Z



(jika tampang saluran segi empat)



2



2 g h2  h1  Z   1 1   2  2   h2 h1 



Cd



= Koefisien debit ambang lebar



h1,h2



= tinggi muka air dari dasar saluran di tampang 1 dan 2



Z



= kenaikan ambang lebar



B



= lebar saluran



Persamaan di atas dapat dimodifikasi jika tinggi energi di tampang 1 (h1 + v12/(2g) = H1), sehingga persamaan menjadi:



Q  Cd .B.h2. 2 g ( H 1  h2  z ) 



0.5



Persamaan di atas hanya berlaku jika energi 1 lebih besar atau sama dengan energi kritis (Ecr2) ditambah Z (jika debit telah stabil). Jika kurang dari Ecr2+Z maka aliran akan terjadi pembendungan untuk mengumpulkan energi setinggi Ecr2+Z baru tercapai debit yang konstan. Kejadian ini pada setiap detiknya debit tidak konstan sepanjang aliran belum mengumpulkan energi sebesar Ecr2+Z. Kejadian ini dimanfaatkan oleh ahli hidraulika untuk pengukuran debit yang lewat, jika terjadi pembendungan aliran yang lewat di atas ambang lebar pasti aliran kritis, sehingga dengan diketahui tingginya maka debit aliran akan diketahui. Penurunan energi spesifik (Es) menjadi energi kritik (Ecr) disajikan berikut ini :



V2



Es



 h



Es



Q2 h  2 A 2g



dEs dx



dh Q 2 2 A3 dA   dx 2 g dx



0







2g



(supaya Es minimum maka



dh  Q 2T  A3 Q 2 1  3    dx  gA  T g



dEs  0.0) dx



(persamaan aliran kritik)



jika tampang segi empat A = B.h dan T (lebar muka air = B) maka persamaan di atas menjadi : B3h3 Q 2  B g Q







B 2 h 3 g (karena aliran kritik, maka h juga hcr)



Q







B 2 hcr g



3



Pada persamaan terakhir di atas jelas Q (debit) merupakan fungsi dari tinggi muka air, gravitasi dan lebar saluran. Maka jika pengaliran kritik, jika diketahui hcr dan lebar saluran (B) maka debit (Q) yang lewat dapat langsung diketahui. Pada kondisi ini debit tidak tergantung lagi pada kemiringan energi (Sf), kekasaran Manning dll. Jadi kondisi inilah yang digunakan ahli hidraulika untuk mengukur aliran yang lewat. Secara jelas grafik yang menghubungkan antara energi spesifik (Es) dan tinggi muka air (h) disajikan berikut ini :



h(m) Subkritik



hkritik



Superkritik v2/2g Ekritik



Es



Gambar II.2.A Hubungan antara Es dan h



Gambar II.2 di atas menggambarkan hubungan antara energi spesifik (Es) dan tinggi muka air (h), secara matematik sebagai berikut ini : Es = h + (v2/(2g))



Persamaan garis Es = h digambarkan garis miring yang membagi sudut sumbu Es dan h sama besar (lihat gambar di atas), sehingga jarak antara garis



Es = h dengan grafik Es (yang lengkung) menggambarkan tinggi energi kinetik (v2/(2g)). Dari gambar di atas bahwa grafik lengkung yang ada di bawah titik kritik adalah kondisi aliran superkritik (meluncur), maksudnya dengan Es tertentu tinggi muka air sedemikian tipis (kecil), akan tetapi energi kinetiknya besar (kecepatannya sangat tinggi). Demikian pula sebaliknya grafik lengkung di atas h kritik menggambarkan aliran subkritik (aliran mengalir), tinggi muka air relatif besar, sedangkan kecepatan aliran rendah. Dari Gambar II.2 di atas, jika aliran bersifat subkritik, setelah dasar saluran dinaikkan, maka muka air bahkan semakin turun dibandingkan dengan muka air sebelumnya, akan tetapi tinggi kecepatan aliran di atas ambang lebar lebih besar dibanding kecepatan air sebelumnya.



Pemahaman terhadap



kejadian tersebut dapat dicermati dengan grafik energi spesifik sebagai berikut ini :



h1



Subkritik



h2 Z



Es2



Superkritik



Es1



Gambar II.3. Prinsip Energi Spesifik



Dari Gambar II.3 tersebut jika mula-mula aliran mempunyai energi spesifik 1 (Es1), kemudian di depan aliran tersebut dinaikkan dasar salurannya sebesar Z dan kenaikkan tersebut tidak menyebabkan terjadi aliran kritik di atas ambang lebar, maka energi spesifik di atas ambang lebar berkurang menjadi Es2 (ingat energi spesifik 1 (Es1 = Es2+Z), dari grafik tersebut untuk aliran subkritik tinggi muka air menjadi h2 (dan h2