05 lubang dan peluap
TRANSCRIPT
Cilcia Kusumastuti, ST, M.Eng.
Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik
Universitas Atma Jaya Yogyakarta2011
Lubang dan Peluap
Lubang:- bukaan pada dinding/dasar tangki,
dimana zat cair melaluinya- digunakan untuk mengukur debit- bentuk: segi empat, segi tiga,
lingkaran
PENDAHULUAN
Peluap:- lubang besar, dimana sisi atas lubang
berada di atas permukaan air dalam tangki
- digunakan untuk mengukur debit- digunakan dalam jaringan irigasi
(untuk menaikkan elevasi muka air)
Lubang dan PeluapPENDAHULUAN
Bendung:- peluap yang besar dari bahan
beton/pasangan batu
Tinggi energi (head, H):- kedalaman zat cair di sebelah hulu,
diukur dari sumbu lubang
Lubang dan PeluapPENDAHULUAN
Aliran melalui lubang
Aliran melalui peluap
Lubang dan PeluapKOEFISIEN ALIRAN
Vena kontrakta: tampang dengan kontraksi
maksimum Kehilangan tenaga parameter aliran lubang <
aliran zat cair ideal koefisien kontraksi,
kecepatan, debit
Lubang dan PeluapKOEFISIEN ALIRAN
Koefisien Simbol & rumus
Perbandingan Penentu Nilai rata-rata
Kontraksi Luas tampang aliran pada vena kontrakta & luas lubang yang = tampang aliran zat cair ideal
Tinggi energi, bentuk & ukuran lubang
0.64
Kecepatan Kecepatan nyata aliran pada vena kontrakta & kecepatan teoritis
Bentuk sisi lubang (bulat/tajam), tinggi energi
0.97
Debit Cd=Cc.CvDebit nyata & debit teoritis
Nilai Cc & Cv 0.62
aaC c
c
VVC c
v
Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG KECIL
gHaCQ
gHCV
d
vc
2..
2
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 1 dan 2
1. Air mengalir melalui lubang dengan diameter 5 cm dan tinggi energi 10 m. Hitung debit nyata dan kecepatan nyata pada vena kontrakta jika Cd = 0,6 dan Cv = 0,9.
2. Suatu lubang berbentuk lingkaran dengan diameter 2,5 cm berada pada sisi tegak tangki. Tinggi muka air di atas pusat lubang adalah 1,00 m. Lintasan pancaran air melalui suatu titik yang terletak pada jarak horisontal 35 cm dan vertikal ke bawah sebesar 3,5 cm dari pusat vena kontrakta. Debit aliran yang diperoleh dengan mengukur air yang tertampung dalam tangki adalah 1,35 l/d. Tentukan koefisien kecepatan, koefisien debit, dan koefisien kontraksi lubang.
Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG TERENDAM
gHaCQ
HHgV
d 2..
)(2 212
Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG BESAR
})2
()2
{(2..32
)(2..32
2
23
20
123
20
2
231
232
gVH
gVHgbCQ
HHgbCQ
ghCV
d
d
v
h
Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG BESAR
gHHHbCQ d 2).(. 12
Lubang besar terendam
Lubang dan PeluapALIRAN MELALUI LUBANG BESAR
gHHHbCQ
HHgbCQ
QQQ
d
d
terendambebas
2).(.
)(2..32
22
231
23
1
)(2)(1
gHHHbCHHbCQ dd 2).(.).(.32
22
3
12
3
Lubang besar terendam sebagian
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 3 dan 4
3. Lubang besar berbentuk segiempat dengan lebar 1,0 m dan kedalaman 0,5 m mengalirkan air dari suatu tangki. Apabila elevasi muka air di dalam tangki adalah 5,0 m di atas sisi atas lubang, hitung debit aliran. Koefisien debit Cd = 0,6.
4. Lubang besar berbentuk segiempat dengan lebar 1,0 m dan tinggi 0,5 m. Elevasi muka air di sebelah hulu lubang adalah 3,0 m di atas sisi atas lubang. Aliran adalah terendam dengan elevasi muka air di sebelah hilir adalah 2,0 m di atas sisi atas lubang. Koefisien debit 0,62. Hitung debit aliran.
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 5
5. Hitung debit aliran melalui lubang dengan lebar 2,0 m dan tinggi 2,0 m. Elevasi muka air pada sisi hulu adalah 3 m di atas sisi atas lubang dan elevasi muka air hilir adalah 1 m di atas sisi bawah lubang. Koefisien debit adalah Cd = 0,62.
Lubang dan PeluapWAKTU PENGOSONGAN TANGKI
gaCHHAt
ghaCQ
ghCV
d
d
v
2..)(2
2..
2
21
221
1
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 6 dan 7
6. Kolam renang dengan panjang 20 m dan lebar 10 m mempunyai kedalaman air 1,5 m. Pengosongan kolam dilakukan dengan membuat lubang seluas 0,25 m2 yang terletak di dasar kolam. Koefisien debit Cd = 0,62. Hitung waktu yang diperlukan untuk mengosongkan kolam.
7. Tangki dengan luas tampang 5 m2 mempunyai lubang berbentuk lingkaran dengan diameter d = 10 cm. Sebelum terjadi pengaliran melalui lubang, elevasi muka air adalah 10 m di atas lubang. Hitung elevasi muka air setelah pengaliran selama 5 menit. Koefisien debit Cd = 0,62.
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 8
8. Turunkan bentuk persamaan waktu yang diperlukan untuk menurunkan/menaikkan permukaan zat cair di dalam tangki dengan tampang lintang seragam A. Luas lubang yang terletak pada dasar tangki adalah a. Selain mengeluarkan zat cair melalui lubang, tangki tersebut menerima masukan zat cair dengan debit aliran Q.
)()ln([2
212
12 HHk
HKQHKQ
QK
At
Lubang dan PeluapALIRAN DARI TANGKI KE TANGKI
)(2).(.
22
1
22
1
121
21 HHgAAaC
AAtd
gHaCQ d 2..H2
Lubang dan PeluapPELUAP
Peluap:- untuk mengukur debit aliran
Tinggi Peluapan:- tinggi lapis zat cair yang melimpas di
atas ambang peluap
Jenis Peluap (berdasar bentuk puncak):
- ambang tipis : t < 0,5H- ambang lebar : t > 0,66H- aliran tidak stabil : 0,5 H < t < 0,66 H
(bisa melalui ambang tipis atau lebar)
Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)
Peluap ambang tipis
Peluap ambang lebar
Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)
Peluap Tertekan (gb. a):- panjang peluap = lebar kolam/saluran- tidak mengalami kontraksi samping
Peluap Kontraksi Samping (gb. b):
- panjang peluap ≠ lebar kolam/saluran- mengalami kontraksi samping
Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)
Tipe peluap berdasar muka air hilir:
- peluap terjunan (sempurna): muka air hilir di bawah puncak peluap
- peluap terendam (tidak sempurna): muka air hilir di atas puncak peluap
Lubang dan PeluapPELUAP (lanj’)
Tipe peluap berdasar bentuk:- peluap segiempat (gb. a)- peluap segitiga (gb. b)- peluap trapesium (gb.c)
Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP SEGIEMPAT
23
2
2..32
2
HgbCQ
gHV
d
Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP SEGIEMPAT (lanj’)
])[(2..32
23
23
aad hhHgbCQ
V2
Peluap segiempat dg kecept awal
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 9 dan 10
9. Peluap segiempat dengan lebar 2,5 m mempunyai tinggi peluapan 40 cm. Hitung debit peluapan apabila koefesien debit Cd = 0,62.
10. Peluap dengan panjang 0,8 m dibangun pada saluran segiempat dengan debit aliran 1,0 m3/d. Apabila koefisien debit 0,62, berapakah tinggi peluapan?
Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP SEGITIGA
25
2215
8
2
HgtgCQ
ghV
d
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 11 dan 12
11. Peluap segitiga deng sudut = 90 digunakan untuk mengukur debit aliran. Apabila tinggi peluapan H = 25 cm dan Cd = 0,62, hitung debit aliran.
12. Selama percobaan di laboratorium, 50 liter air mengalir melalui peluap segitiga siku-siku selama satu menit. Apabila tinggi peluapan adalah 5 cm, hitung koefesien debit peluap.
Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP TRAPESIUM
25
223
1 22
1582..
32 HtggCHgbCQ dd
Cd1 = koefisien debit bagian segiempat, Cd2 = koefisien debit bagian segitiga/2 = sudut antara sisi peluap dengan garis vertikal
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 13
13. Peluap berbentuk trapesium dengan lebar bagian atas 1,2 m, lebar dasar 0,45 m, dan tinggi 0,3 m. Hitung debit aliran melalui peluap jika tinggi peluapan 0,225 m. Koefisien debit bagian segitiga dan segiempat adalah sama, yaitu Cd = 0.60.
Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP AMBANG LEBAR
23
32
2...384.0
2..
)(2
HgbCQ
hHhgbCQ
hHgV
dmaks
d
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 14 dan 15
14. Bendung ambang lebar dengan panjang 10 m mengalirkan air dengan debit maksimum 10 m3/d. Tentukan tinggi peluapan pada sisi hulu bendung apabila koefisien debit Cd = 0,62.
15. Tentukan debit maksimum melalui peluap ambang lebar sepanjang 60 m dengan tinggi peluapan sebesar 60 cm di atas ambang. Koefisien debit adalah 0,595. Tentukan juga debit aliran dg memperhitungkan kecepatan awal apabila luas tampang saluran di sebelah hulu peluap adalah 45 m2.
Lubang dan PeluapDEBIT ALIRAN MELALUI PELUAP TERENDAM
)(2..
)(2..32
2122
23
211
terendam) (peluapan2bebas) (peluapan1
HHgHbCQ
HHgbCQ
QQQ
d
d
)(2..)(2..32
2122
3
21 21HHgHbCHHgbCQ dd
Muka air di sebelah hilir peluap berada di atas puncak peluap peluapan tidak sempurna, peluap terendam
H1
Lubang dan PeluapCONTOH SOAL 16 dan 17
16. Peluap terendam dengan panjang 2 m mempunyai tinggi air di sebelah hulu dan hilir peluap sebesar 15 cm dan 7,5 cm di atas puncak peluap. Hitung debit aliran melalui peluap jika koefisien debit untuk bagian yang bebas dan terendam adalah 0,58 dan 0,8.
17. Peluap ambang tajam/tipis dengan tinggi 0,8 m berada pada saluran segiempat dengan lebar 3,0 m. Kedalaman air di saluran adalah 1,25 m dan pada jarak 10 m di hilir peluap kedalaman air adalah 1,0 m. Tentukan debit aliran jika koefisien debit = 0,6.