pintusorong

Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
MODUL VII
PINTU SORONG DAN AIR LONCAT
7.1.
Pendahuluan
Pintu sorong adalah sekat yang dapat diatur bukaannya. Pintu sorong atau
yang biasa disebut pintu air merupakan suatu alat untuk mengontrol aliran
pada saluran terbuka. Pintu menahan air di bagian hulu dan mengizinkan
aliran ke arah hilir melalui bawah pintu dengan kecepatan tinggi. Aliran di
hulu pintu setelah pintu sorong adalah aliran subkritis. Kemudian, aliran
air mengalami percepatan ketika melewati bagian bawah pintu atau sekat.
Akibat percepatan yang dialami, aliran berubah secara tiba-tiba dari
subkritis menjadi superkritis. Di lokasi yang lebih hilir, aliran akan
mengalami semacam shock yang membuatnya kembali menjadi aliran
subkritis. Pada lokasi terjadinya perubahan aliran superkritis menjadi
aliran subkritis secara tiba-tiba tersebut, akan terjadi peristiwa yang biasa
disebut dengan lompatan hidrolik. Air loncat atau lompatan hidrolik
biasanya sengaja dibuat untuk meredam energi dan memperlambat aliran
sehingga tidak menggerus dasar saluran.
Gambar 7.1. Profil aliran pada pintu sorong dan air loncat
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
Pemakaian-pemakaian praktis pada air loncat dalam bidang teknik sipil
antara lain :
1.
Sebagai peredam energi pada bendungan.
2.
Untuk menaikkan kembali tinggi energi atau permukaan air pada
daerah hilir saluran pengukur.
3.
Untuk memperbesar tekanan pada lapis lindung.
4.
Untuk memperbesar debit, dengan mempertahankan air bawah balik.
5.
Untuk menunjukan kondisi-kondisi aliran tertentu, misalnya pada
aliran superkritis.
7.2.
Tujuan
Tujuan dari praktikum ini adalah :
1.
Mempelajari sifat aliran yang melalui pintu sorong.
2.
Menentukan koefisien kecepatan dan koefisien konstraksi.
3.
Menentukan gaya-gaya yang berkerja pada pintu sorong.
4.
Mengamati profil air loncat.
5.
Menghitung besarnya kehilangan energi akibat air loncat.
6.
Menghitung kedalaman kritis dan energi minimum.
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
7.3.
Kelompok 7
Alat dan Bahan
a. Model Saluran Terbuka dari Kaca
Gambar 7.2. Model Saluran Terbuka dari Kaca
b. Pompa
Gambar 7.3. Pompa
c. Mistar Ukur
Gambar 7.4. Mistar Ukur
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
d. Alat Ukur Kedalaman
Gambar 7.5. Alat Ukur Kedalaman
e. Pintu Sorong
Gambar 7.3.5. Pintu Sorong
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Kelompok 7
Institut Teknologi Sumatera
7.4.
Kelompok 7
Teori Dasar
7.4.1. Pintu Sorong
Dengan menerapkan prinsip kekekalan energi, impuls–momentum
dan kontinuitas (kekekalan massa), serta dengan asumsi terjadi
kehilangan energi, dapat diterapkan persamaan Bernoulli untuk
menghitung besar debit berdasarkan tinggi muka air sebelum dan
pada kontraksi.
Besarnya debit teori (Bernoulli) :
Qt =
b Ya √2 g Y0
Y
a
√Y + 1
b
Dengan memasukkan harga koefisien kecepatan (Cv) dan koefisien
kontraksi (Cc) ke dalam persamaan maka dapat diperoleh Debit
Aktual (Qa) :
CC =
Qa =
Ya
Yb
dan CV =
Qa
Qt
b Cc Cv Yg √2 g Y0
Cc Yg
√
Y0
+1
Dimana :
g = Percepatan gravitasi = 9,8 m2/s
b = Lebar saluran
Gaya dorong yang bekerja pada pintu sorong akibat tekanan
hidrostatis dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Fh = 0.5ρ g (Y0 – Ya)2
h = Y0 – Ya
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
Sedangkan gaya dorong lainnya yang bekerja pada pintu sorong
dapat dihitung dengan rumus:
[
Fg = 0.5ρ g Y12
Y 2
0
(
Ya2
)] – [
-1
ρ Q2
b2 Ya2
(1 - )]
Ya
Y0
Dimana :
g = Percepatan gravitasi = 9,8 m2/s
b = Lebar saluran
7.4.2. Air Loncat (Hydraulic Jump)
Bilangan froude adalah sebuah bilangan tak bersatuan yang
digunakan untuk mengukur resistensi dari sebuah benda yang
bergerak melalui air, dan membandingkan benda-benda dengan
ukuran berbeda-beda. Bilangan froude biasanya digunakan dalam
pekerjaan yang mengenai drainase, dll. Bilangan froude dapat
dihitung dengan rumus:
Fr =
V
√g Y
Q
V=
bY
Dimana :
V = Kecepatan aliran
Y = Tinggi aliran
Kedalaman di hulu (Ya) dan di hilir (Yb) air loncat memiliki
hubungan sebagai berikut :
Yb
Ya
1
[
= 2 √1+8Fra2 - 1
]
Energi yang hilang akibat adanya air loncat :
∆h =
(Yb - Ya )
3
4 Ya Yb
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
Kedalaman kritis (Yc) dan energi minimum (Emin):
3
Yc = √
Q2
g b2
3
Em = 2 Yc
7.5.
Prosedur Percobaan
7.5.1. Percobaan dengan debit tetap
Siapkan alat dan bahan terlebih dahulu.
a.
Pintu
sorong
di
pasang
di
saluran
ketinggiannya setiap 3 kali percobaan).
Gambar 7.1. Mengkalibrasi Pintu Sorong
b.
Menghidupkan Pompa Air.
Gambar 7.2. Memasang pintu sorong
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
terbuka(diubah
Institut Teknologi Sumatera
c.
Kelompok 7
Atur Kekuatan Debit.
Gambar 7.3. Mengatur Debit
d. Setelah aliran stabil dan profil aliran air loncat cukup baik,
ukur Yo, Yg, Ya, Xa, Yb dan Xb, dimana:
Yo = Tinggi muka air di hulu pintu sorong.
Yg = Tinggi bukaan pintu sorong terhadap dasar saluran.
Ya = Tinggi muka air tepat sebelum air loncat.
Yb = Tinggi muka air tepat setelah air loncat.
Xa = Kedudukan horizontal titik Ya dari titik nol saluran.
Xb = Kedudukan horizontal titik Yb dari titik nol saluran.
Gambar 7.4. Melakukan pengukuran
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
7.5.2. Percobaan dengan debit berubah
a. Biarkan Pintu Sorong Konstant Ketinggiannya.
Gambar 7.5. Mengkalibrasi Pintu Sorong
b.
Atur debit yang ingin digunakan(diubah kecepatannya setiap 3
kali percobaan).
Gambar 7.6. Mengatur Debit
c.
Setelah aliran stabil dan profil aliran air loncat cukup baik,
ukur Yo, Yg, Ya, Xa, Yb dan Xb.
Gambar 7.7. Melakukan pengukuran
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
7.6.
Kelompok 7
Data Hasil Percobaan
Tabel 7.1. Data Hasil Percobaan Debit Tetap
No
Q (m3/s)
Yo(m)
Yg(m)
Y1(m)
Ya(m)
Yb(m)
Xa(m)
Xb(m)
1
0,001521
0,132
0,020
0,017
0,024
0,044
2,48
2,56
2
0,001521
0,090
0,025
0,018
0,036
0,046
1,16
1,24
3
0,001521
0,063
0,030
0,020
0,030
0,047
0,24
0,34
Tabel 7.2. Data Hasil Percobaan Debit Berubah
No
Q (m3/s)
Yo(m)
Yg(m)
Y1(m)
Ya(m)
Yb(m)
Xa(m)
Xb(m)
1
0,00100
0,054
0,02
0,016
0,021
0,037
0,335
0,40
2
0,00125
0,077
0,02
0,017
0,022
0,042
0,092
0,97
3
0,00150
0,132
0,02
0,018
0,023
0,043
0,246
2,56
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
7.7.
Perhitungan
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Kelompok 7
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
Tabel 7.3. Hasil Percobaan Pintu Sorong dan Air Loncat dengan Debit Tetap
Qt(m3/s)
Cv
Cc
0,002060009 0,738346137 0,85
0,001746798 0,870736177 0,72
0,001549783 0,981427508 0,667
Qa(m3/s)
0,0015210
0,0015210
0,0015210
Fh (N)
61,52832
20,72362
5,341545
Fg (N)
86,76563
39,83644
18,53053
Fr (N)
0,021398
0,031674
0,148790
Tabel 7.4. Hasil Percobaan Pintu Sorong dan Air Loncat dengan Debit Tetap
Delta H(m)
Yb/Ya
1,70433
1,15074
1,51035
0,0009149
0,0020025
0,0424731
Yb/Ya
Percobaan
18,33333
12,77777
15,66666
Yc
0,03233
0,02896
0,02674
Eminimum
0,04849
0,04344
0,040115
yg/yo
fg/fh
0,15151
0,27777
0,47619
1,4101
1,9222
3,4691
Tabel 7.5. Hasil Percobaan Pintu Sorong dan Air Loncat Dengan Debit Berubah
Qt(m3/s)
0,001157
0,001512
0,002173
Cv
0,8641
0,8262
0,6900
Cc
0,8
0,85
0,9
Qa(m3/s)
0,001
0,00125
0,0015
Fh (N)
Fg (N)
5,67018 13,78348
15,936345 28,97565
61,52832 86,70982
Fr (N)
0,095131
0,442477
0,230674
Tabel 7.6. Hasil Percobaan Pintu Sorong dan Air Loncat Dengan Debit Berubah
Delta H(m)
Yb/Ya
0,001317
0,002164
0,002022
0,01778
0,30098
0,09701
Yb/Ya
Percobaan
1,76190
1,90909
1,86956
Yc
Eminimum
Yg/Y0
Fg/Fh
0,01996
0,02317
0,02616
0,029954
0,034759
0,039251
0,37037
0,25974
0,15151
2,4308
1,8182
1,4092
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Grafik 7.1. Hubungan Cc dan Yg/Yo Pintu Tetap
Grafik 7.2. Hubungan Cv dan Yg/Yo Pintu Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Kelompok 7
Kelompok 7
Fh(N)
Institut Teknologi Sumatera
Cv
Grafik 7.3. Hubungan Cv dan Fh Pintu Tetap
Grafik 7.4. Hubungan Fg/Fh dan Yg/Yo Pintu Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Grafik 7.5. Hubungan Cc dan Yg/Yo Debit Tetap
Grafik 7.6. Hubungan Cv dan Yg/Yo Debit Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Kelompok 7
Institut Teknologi Sumatera
Grafik 7.7. Hubungan Cv dan Fh Debit Tetap
Grafik 7.8. Hubungan Fg/Fh dan Yg/Yo Debit Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Kelompok 7
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
Grafik 7.9. Hubungan Yb/Ya Teori dan Yb/Ya Percobaan Pintu Tetap
Grafik 7.10. Hubungan Yb/Ya Percobaan dan Fra Pintu Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Grafik 7.11. Hubungan L/Yb dan Fra Pintu Tetap
Grafik 7.12. Hubungan Y dan E Pintu Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Kelompok 7
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
Grafik 7.13. Hubungan Yb/Ya Teori dan Yg/Yo Percobaan Debit Tetap
Grafik 7.14. Hubungan L/Yb dan Fra Debit Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
Grafik 7.15. Hubungan Yb/Ya Percobaan dan Fra Debit Tetap
Grafik 7.16. Hubungan Y dan E Debit Tetap
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
7.8.
Kelompok 7
Analisis
1.
Cc vs Yg/Y0
Pada grafik diatas dilihat hubungan antara Cc dengan Yg/Y0. Pada
nilai Cc vs Yg/Y0 pada pintu tetap maupun debit tetap memiliki nilai
yang berbanding terbalik,semakin tinggi Cc,maka semakin rendah
nilai Yg/Y0 yang dihasilkan.
2.
Cv vs Yg/Y0
Pada grafik diatas dapat dilihat hubungan antara Cv dengan Yg/Y0.
Pada nilai Cv yang semakin menurun, memiliki nilai Yg/Y0 yang
semakin besar.
3.
Cv vs Fh
Pada grafik diatas dapat dilihat besar Cv pada pintu sorong Maupun
pintu tetap memiliki kurva tidak linier dan semakin besar nilai Cv,
maka semakin kecil nilai Fh
4.
Fg/Fh vs Yg/Y0
Pada grafik di atas dapat dilihat hubungan Fg/Fh dengan Yg/Y0 pada
debit debit tetap maupun pintu tetap memiliki nilai yang konstan,
semakin besar Yg/Y0, maka semakin kecil Fg/Fh yang dihasilkan.
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
7.9.
Kelompok 7
Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan
bahwa:
1.
Aliran superkritis adalah aliran yang memiliki bilangan Froude Fr >
1 dan memiliki kecepatan aliran yang tinggi.
2.
Nilai ketinggian aliran di hulu (Yo) dan di hilir (Yb) dipengaruhi oleh
lebar celah pada pintu sorong (Yg). Nilai Ya berbanding terbalik
dengan nilai Yg. Sehingga semakin besar celah maka nilai Ya akan
semakin menurun. Sedangkan nilai Yb berbanding lurus dengan nilai
Yg. Sehingga semakin besar celah, maka nilai Yb akan semakin besar
pula.
3.
Besar jarak antara pintu sorong dan air loncat dipengaruhi oleh lebar
celah pintu sorong dan juga debit air. Besar jarak air loncat
berbanding terbalik dengan lebar celah pintu sorong dan berbanding
lurus dengan debit air. Sehingga semakin besar celah maka jarak air
loncat akan mengecil. Sedangkan semakin besar debit air, maka jarak
air loncat juga akan membesar.
4.
dipengaruhi juga oleh lebar celah pada pintu sorong (Yg) dan debit
air (Q). Besar energi yang hilang berbanding lurus dengan lebar
celah pintu sorong dan berbanding terbalik dengan besar debit air.
Sehingga semakin besar celah maka akan semakin besar energi yang
hilang. Sebaliknya, semakin besar debit air, maka semakin sedikit
energi yang hilang.
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
7.10. Saran
1.
Dalam melakukan pengukuran diharapkan tidak terburu-buru, karena
pengukuran harus dilakukan ketika aliran stabil.
2.
Dalam mengamati alat ukur, diharapkan membaca skala dengan teliti
agar tidak terjadi kesalahan dalam pendataan.
3.
Saat praktikum diharapkan datang tepat waktu agar praktikum tidak
dilaksanakan secara terburu-buru.
4.
Saat melakukan praktikum, diharapkan memperhatikan serta
memahami prosedur percobaan, agar tidak ada data yang
terlewatkan.
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika
Institut Teknologi Sumatera
Kelompok 7
7.11. Daftar Pustaka
Triadjmodjo, Bambang. 1996. Hidraulika I. Yogyakarta : Beta Offset.
Raju, Rangga, K. G. 1986. Aliran Melalui Saluran Terbuka. Jakarta
Erlangga.
Chow, Ven Te. 1985. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta : Erlangga.
Team Laboratorium Hidroteknik. 2018. Pedoman Pelaksanaan Pratikum
Hidrolika Bandar Lampung: Laboratorium Hidroteknik.
Laporan Mekanika Fluida Dan Hidrolika