Percobaan Loncatan Hidrolik

PERCOBAAN LONCATAN HIDRAULIK

1.      TUJUAN

Menunjukkan karakteristik loncat air pada aliran setelah ‘sluice gate’.

2.      TEORI DASAR

Loncatan hidraulik merupakan salah satu bentuk aliran berubah secara cepat ( rapidly variete flow ). Loncatan hidraulik terjadi apabila aliran di saluran berubah dari super kritis menjadi subkritis.

Pemakaian praktis dari loncatan hidrolik, antara lain: (1) sebagai peredam energi pada bendungan, saluran dan struktur hidrolik yang lain dan untuk mencegah pengikisan struktur di bagian hilir; (2) untuk menaikkan kembali tinggi energi atau permukaan air pada daerah hilir saluran pengukur dan juga menjaga agar permukaan air saluran irigasi atau saluran distribusi yang lain tetap tinggi; (3) untuk memperbesar tekanan pada lapis lindung sehingga memperkecil tekanan angkat pada struktur tembok, dengan memperbesar kedalaman air pada lapis lindung; (4) untuk memperbesar debit, dengan mempertahankan air bawah balik, karena tinggi energi efektif akan berkurang bila air bawah dapat menghilangkan loncatan hidrolik;  (5) untuk menunjukkan kondisi – kondisi aliran tertentu, misal adanya aliran superkritis atau adanya penampang kontrol, sehingga letak pos pengukuran dapat ditentukan.

Suatu loncatan hidraulik dapat terbentuk dalam saluran apabila memenuhi persamaan berikut :

Dengan :

y₁  =   tinggi muka air sebelum loncatan.

y₃   =   tinggi muka air setelah loncatan.

F_r1 =  bilangan froude saat y₁,                          

                                                                                         

Dari gambar di atas dapat dilihat hitungan kehilangan tinggi ( DH ) dengan kedalaman air sebelum loncatan atau ( y_a ) dan kedalaman air setelah loncatan (y_b) dapat dijabarkan sebagai berikut:

Karena sectionnya sempit, maka y_a = y₁, dan dapat disederhanakan oleh rumus berikut ini:

Dengan:

DH     =        total kehilangan energi sepanjang loncat air.

V_a      =        kecepatan rata-rata sebelum loncat air (m/dt)

y_a         =        kedalaman rata-rata sebelum loncat air (m).

V_b      =        kecepatan rata-rata setelah loncat air (m/dt)

y_b         =        kedalaman rata-rata setelah loncat air (m).

1.      PERALATAN

a.       Flume ( Saluran Terbuka )

                            

b.       Pintu Tegak ( Sluice Gate )

c.       Point Gauge

d.       Pitot Meter ( Tabung Pitot dan Manometer )

CARA KERJA

a.       Siapkan peralatan dan pastikan posisi saluran tebuka horizontal dan posisi pintu tegak lurus dasar saluran.

b.      Letakkan point gauge di sebelah hilir dan setelah hulu pintu.

c.       Atur dan pasang pitot meter di sisi flume.

d.      Aturlah tinggi bukaan pintu (y_g) = 20 mm dan tinggi muka air di hulu pintu (y₀) = …….mm, dan pastikan dalam kondisi konstan.

e.       Letakkan tail gate di sisi paling ujung flume.

f.        Alirkan air perlahan-lahan dengan membuka katup control aliran, sampai membentuk loncatan air di sebelah hilir pintu. Amati dan gambar sketsa loncatan airnya.

g.      Naikkan tinggi muka air di hulu dengan memutar katup kontrol aliran dan naikkan pula tail gate di ujung flume. Amati loncatan air dan gambar sketsanya.

h.      Untuk tiap langkah di atas, ukur dan catat nilai-nilai y₁, yg, y₃ dan Q.

i.        Ulangi lagi prosedur di atas untuk variasi Q yang lain dan tinggi bukaan y_g.

HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

Tabel Hasil Percobaan      :

Lebar flume ( b )               = 0,078 meter

Percepatan gravitasi (g)    = 9,81 m/dt²

Tabel Hasil Percobaan dengan Yg konstan

Percobaan	Yg (meter)	Yo (meter)	Y1 (meter)	Y3 (meter)	Q1 (liter/dt)	Q2 (liter/dt)	Q3 (liter/dt)
1.	0,020	0,128	0,014	0,071	10/6,00	10/6,18	10/6,57
2.	0,020	0,131	0,018	0,069	10/7,57	10/7,45	10/7,53
3.	0,020	0,140	0,019	0,072	10/6,71	10/6,95	10/7,16
4.	0,020	0,150	0,021	0,073	10/6,35	10/6,81	10/6,45
5.	0,020	0,166	0,021	0,076	10/5,48	10/5,53	10/5,03

Tabel Hasil Percobaan dengan Q konstan

Percobaan	Yg (meter)	Yo (meter)	Y1 (meter)	Y3 (meter)	Q1 (liter/dt)	Q2 (liter/dt)	Q3 (liter/dt)
1.	0,020	0,155	0,020	0,078	10/5,37	10/5,25	10/5,10
2.	0,021	0,125	0,020	0,077	10/5,37	10/5,25	10/5,10
3.	0,022	0,121	0,023	0,077	10/5,37	10/5,25	10/5,10
4.	0,023	0,115	0,025	0,077	10/5,37	10/5,25	10/5,10
5.	0,024	0,109	0,030	0,077	10/5,37	10/5,25	10/5,10

Hasil Perhitungan

1. Hasil Pengukuran Debit Aliran Melalui Pintu Tegak (Sluice Gate) dengan Yg konstan

1.      10 liter/06,00 detik = 1,667 liter/ detik

10 liter/06,18 detik = 1,618 liter/ detik

10 liter/06,57 detik = 1,522 liter/ detik

                                                                          +

      Q = 4,807 liter/ detik

      = 0,001602 m³/detik

2.      10 liter/07,57 detik = 1.321 liter/ detik

10 liter/07,45 detik = 1,342 liter/ detik

10 liter/07,53 detik = 1,328 liter/ detik

                                                                          +

      Q = 3,991 liter/ detik

      = 0,001330 m³/detik

     

3.      10 liter/06,71 detik = 1,490 liter/ detik

10 liter/06,95 detik = 1,439 liter/ detik

10 liter/07,16 detik = 1,397 liter/ detik

                                                                          +

      Q = 4,325 liter/ detik

      = 0,001442 m³/detik

                             

4.      10 liter/06,35 detik = 1,575 liter/ detik

10 liter/06,81 detik = 1,468 liter/ detik

10 liter/06,45 detik = 1,550 liter/ detik

                                                                          +

      Q = 4,593 liter/ detik

      = 0,001531 m³/detik

                             

5.      10 liter/05,48 detik = 1,825 liter/ detik

10 liter/05,53 detik = 1,808 liter/ detik

10 liter/05,03 detik = 1,988 liter/ detik

                                                                          +

      Q = 5,621 liter/ detik

      = 0,001874 m³/detik           

Kondisi Yg konstan

Percobaan	Yg (meter)	Yo (meter)	Y1 (meter)	Y3 (meter)	Q (m3/dt)
1.	0,020	0,128	0,014	0,071	0,001602
2.	0,020	0,131	0,018	0,069	0,001330
3.	0,020	0,140	0,019	0,072	0,001442
4.	0,020	0,150	0,021	0,073	0,001531
5.	0,020	0,166	0,021	0,076	0,001874

a.      Perhitungan V₁

Rumus :

1.  = 1,467 m/dt

2. = 0,947 m/dt

3. = 0,973 m/dt

4. = 0,935 m/dt

5. = 1,144 m/dt

                                                           

b.      Perhitungan V₃

Rumus :

1. = 0,289 m/dt

2. = 0,247 m/dt

3. = 0,257 m/dt

4. = 0,269 m/dt

5.  = 0,316 m/dt

c.       Perhitungan H₁

Rumus :

1.      = 0,124 m

2.      = 0,064 m

3.      = 0,067 m

4.      = 0,066 m

5.      = 0,088 m

                                   

d.      Perhitungan H₃

Rumus :

1.      = 0,071 m

2.      = 0,072 m

3.      = 0,075 m

4.      = 0,076 m

5.      = 0,081 m

e.       Perhitungan ΔH

Rumus :

1.      = 0,053 m

2.      = -0,009 m

3.      = -0,008 m

4.      = -0,011 m

5.      = 0,006 m

Tabel Hasil Perhitungan Loncatan Hidrolis dengan Yg konstan

No.	Yg ( m )	Yo ( m )	Y1 ( m )	Y3 ( m )	V1 ( m/dt )	V3 ( m/dt)	Q ( m3/dt )	H1 ( m )	H3 ( m )	( m )
1.	0,020	0,128	0,014	0,071	1,467	0,289	0,001602	0,124	0,071	0,053
2.	0,020	0,131	0,018	0,069	0,947	0,247	0,001330	0,064	0,072	-0,009
3.	0,020	0,140	0,019	0,072	0,973	0,257	0,001442	0,067	0,075	-0,008
4.	0,020	0,150	0,021	0,073	0,935	0,269	0,001531	0,066	0,076	-0,011
5.	0,020	0,166	0,021	0,076	1,144	0,316	0,001874	0,088	0,081	0,006

1. Hasil Pengukuran Debit Aliran Melalui Pintu Tegak (Sluice Gate) dengan Q konstan

1.      10 liter/05,37 detik = 1,862 liter/ detik

10 liter/05,25 detik = 1,905 liter/ detik

10 liter/05,10 detik = 1,961 liter/ detik

                                                                          +

      Q = 5.728 liter/ detik

      = 0,001909 m³/detik

Kondisi Q konstan

Percobaan	Yg (meter)	Yo (meter)	Y1 (meter)	Y3 (meter)	Q (m3/dt)
1.	0,020	0,155	0,020	0,078	0,001909
2.	0,021	0,125	0,020	0,077	0,001909
3.	0,022	0,121	0,023	0,077	0,001909
4.	0,023	0,115	0,025	0,077	0,001909
5.	0,024	0,109	0,030	0,077	0,001909

a.      Perhitungan V₁

Rumus :

1.  = 1,223 m/dt

2. = 1,223 m/dt

3. = 1,064 m/dt

4. = 0,979 m/dt

5. = 0,816 m/dt

                                                           

b.      Perhitungan V₃

Rumus :

1. = 0,314 m/dt

2. = 0,318 m/dt

3. = 0,318 m/dt

4. = 0,318 m/dt

5.  = 0,318 m/dt

c.       Perhitungan H₁

Rumus :

1.      = 0,096 m

2.      = 0,096m

3.      = 0,081 m

4.      = 0,074 m

5.      = 0,064 m

                                   

d.      Perhitungan ΔH

Rumus :

1.      = 0.031 m

2.      = 0.030 m

3.      = 0.022 m

4.      = 0.018 m

5.      = 0.011 m

e.       Perhitungan H₃

Rumus :

1.      = 0,065 m

2.      = 0,066 m

3.      = 0,059 m

4.      = 0,056 m

5.      = 0,053 m

Tabel Hasil Perhitungan Loncatan Hidrolis dengan Q konstan

No.	Yg ( m )	Yo ( m )	Y1 ( m )	Y3 ( m )	V1 ( m/dt )	V3 ( m/dt)	Q ( m3/dt )	H1 ( m )	H3 ( m )	( m )
1.	0,020	0,155	0,020	0,078	1,223	0,314	0,001909	0,096	0,065	0,031
2.	0,021	0,125	0,020	0,077	1,223	0,318	0,001909	0,096	0,066	0,030
3.	0,022	0,121	0,023	0,077	1.064	0,318	0,001909	0,081	0,059	0,022
4.	0,023	0,115	0,025	0,077	0,979	0,318	0,001909	0,074	0,056	0,018
5.	0,024	0,109	0,030	0,077	0,818	0,318	0,001909	0,064	0,053	0,011

a. Hitung V1 dan gambarkan grafik hubungan hubungan antara   dan  

Kondisi Q konstan = 0.002151 m³/dt dan grafik hubungan antara  dan  

; g = 9.81 m/dt²

b.   Loncatan hidrolik yang mana batas energi masih dalam batas toleransi diaplikasikan untuk menurunkan kecepatan aliran air yang mengalir melewati pintu air melalui suatu saluran air. Sehubungan dengan hal tersebut, energi yang mengalir akan menurun/berkurang. Energi yang berpindah setelah loncatan adalah menjauhi sluice gate (menuju bagian hilir).

                               

7.       SARAN

• Sebaiknya untuk mempercepat kerja percobaan menggunakan alat pengukur debit (Pitot meter) untuk mengukur debit aliran air.
• Kekentalan air diperhitungkan karena air kotor
• Sebaiknya dasar saluran diberikan gesekan dengan menambahkan batu/kerikil agar percobaan lebih mendekati keadaan di lapangan.