· Pengukuran debit cara sederhana untuk mengukur debit adalah dengan cara tidak langsung yaitu dengan pengukuran kecepatan aliran.
a. Pengukuran dengan pelampung
Pengukuran dengan pelampung adalah metode tertua dan paling sederhana yang dilakukan untuk menghitung kecepatan aliran di saluran terbuka. Pengukuran dilakukan dengan cara mengamati waktu yang diperlukan pelampung untuk melewati jarak yang telah ditentukan.
Pengukuran dengan pelampung:
- Penggal sungai AB ditentukan jarak (L).
- Pelampung dilepas di titik 0 ke titik A sepanjang jarak yang telah ditentukan dengan tujuan agar kecepatan pelampung stabil. Setelah pelampung mencapai titik A pengukuran waktu dilakukan hingga mencapai titik B dengan menggunakan stopwatch. Dari hasil pengukuran waktu tersebut maka akan didapatkan nilai kecepatan (V) dengan membagi jarak (L) terhadap waktu (T) yang didapat dari hasil pengukuran.
- Lebar sungai sebaiknya dibagi 3 (tiga) bagian yaitu kanan-tengah-kiri.
- Pengukuran sebaiknya dilaksanakan setiap ½ jam.
- Kecepatan rata-rata vertikal perlu dikalikan dengan faktor K:
§ K = 0,85
§ K = 0,60 untuk kedalaman kurang dari 0,5 m
§ K = 0,90 – 0,95 untuk kedalaman lebih dari 4 m
b. Pengukuran dengan Current meter
· V = a*n + b
· Current meter yang dipakai sumbu mendatar.
· Pengukuran vertikal pada dua titik 0,2H dan 0,8H (H=kedalaman); V = V0,2 + V0,8)/2
· Pengukuran vertikal pada tiga titik:
V = ½ (V0,6 + (V0,2 + V0,8)/2)
· Pengukuran vertikal pada empat dan lima titik:
V = (V0,2 + 2 V0,6 + V0,8)/4
V = (Vp + 3 V0,2 + 2 V0,6 + 3 V0,8 + Vd)/10
TUJUAN
Dalam percobaan ini diharapkan agar praktikan mampu memahami bagaimana cara pengukuran debit pada saluran alam, serta dapat mengaplikasikannya dalam bidang ilmu Teknik Mesin dan Biosistem. Tujuan praktkum meliputi:
- Menentukan bilangan Froude berdasarkan debit yang mengalir.
- Menentukan kecepatan rata-rata vertikal pada percobaan current meter.
- Menentukan kecepatan rata-rata (permukaan) pada percobaan pelampung.
- Menentukan debit pada saluran alam.
METODOLOGI
· Pengukuran kecepatan aliran permukaan dengan pelampung mengikuti prosedur sebagai berikut:
1. Mempersiapkan daerah pengukuran pada saluran alam (sungai) dengan patok-patok ditandai dengan titik 0, titik A, dan titik B.
2. Menentukan jarak titik 0 ke titik A dan jarak titik A ke titik B.
3. Melepaskan pelampung dari titik 0 sejauh 10 meter menuju titik A dengan tujuan agar kecepatan pelampung menjadi stabil. Kemudian ketika pelampung mencapai titik A maka dilakukan perhitungan waktu hingga pelampung mencapai titik B.
4. Pekerjaan di atas dilakukan di daerah kiri, kemudian tengah dan kanan, kemudian diulangi sebanyak 3 kali, untuk mendapatkan harga kecepatan rata-rata.
· Pengukuran kecepatan aliran dengan Current meter mengikuti prosedur sebagai berikut:
1. Menyiapkan satu unit Current meter.
2. Mengukur penampang melintang saluran yang akan digunakan sebagai saluran percobaan.
3. Semua peralatan setelah siap, kemudian membagi-bagi penampang aliran menjadi 3 (tiga) pias atau bagian dengan lebar permukaan yang sama.
4. Mengukur tinggi air penampang basah saluran, lebar permukaan basah dan lebar permukaan air setiap pias.
5. Memasukkan stik dan propeller Current meter kedalam saluran dan ditempatkan pada masing-masing kedalaman 0,2 H; 0,6 H; 0,8 H; (H = tinggi muka air dari dasar saluran). Dipilih sesuai kedalaman aliran.
6. Menempatkan Propeller tegak lurus menghadap arus aliran, setelah tepat pada posisi yang dimaksud kemudian menekan tombol pada counter bersamaan dengan itu juga menjalankan stopwatch sampai pada interval waktu tertentu (50 detik) counter dan menghentikan stopwatch, kemudian mencatat jumlah putaran (N) pada counter.
7. Mengulangi percobaan di atas diulang sebanyak 3 kali untuk beberapa tinggi muka air (H) sesuai dengan perubahan aliran yang ditentukan.
8. Menghitung kecepatan tiap pengukuran, menghitung kecepatan rata-rata.
HASIL
A. Pengukuran Kecepatan dengan Pelampung
Lebar sungai : 18,8 m α = 0,05
Asumsi kedalaman air : 4 m γ = 0,8985
Asumsi kedalaman pelampung : 0,1 m
Tabel 1 Data pengukuran dengan metode pelampung
No
Pengukuran
Panjang L
Waktu T
U = L/T
Urata2
Kecepatan aliran
(m)
(dt)
(m/dt)
(m/dt)
(V(m/det))
1
Kiri
50
111,5
0,448
Kiri
50
115,8
0,432
0,429
0,384
Kiri
50
123,1
0,406
2
Tengah
50
97,7
0,512
Tengah
50
97,3
0,514
0,517
0,463
Tengah
50
95,3
0,525
3
Kanan
50
105,2
0,475
Kanan
50
105,9
0,472
0,498
0,446
Kanan
50
91,2
0,548
Urata-rata
0,481
0,481
Contoh perhitungan :
- U (m/dt) = L/T = 50/ 111,5 = 0,448 (m/dt)
- Urata-rata = (U11 + U12 + U13)/3 = (0,448+0,432+0,406) = 0,429 (m/dt)
- Kecepatan aliran (V) = u * γ = 0,429 * 0,8985 = 0,384 (m/dt)
B. Pengukuran Kecepatan dengan Current meter
Lebar sungai : 18, 8 m
Tabel 2 Data pengukuran dengan metode current meter
Pias ke
Kedalaman
Titik
Putaran
Waktu T
N = P/T
V
Vrata-rata
Q
Fr
Jenis
(H)
Pengukuran
(P)
aliran
(-)
(m)
(m)
(-)
(dt)
(-)
(m/dt)
(m/dt)
(m3/dt)
(-)
(-)
1
0,226
64
50
1,28
0,364
1,13
0,678
66
50
1,32
0,375
0,359
Mid
2,431
0,107
Subkritis
(Kiri)
0,904
56
50
1,12
0,320
Mean
2,4047
2
0,23
59
50
1,18
0,337
1,15
0,69
52
50
1,04
0,298
0,301
Mid
2,3515
0,089
Subkritis
(Tengah)
0,92
47
50
0,94
0,271
Mean
2,2976
3
0,322
25
50
0,50
0,150
1,61
0,966
39
50
0,78
0,227
0,218
Mid
2,1213
0,055
Subkritis
(Kanan)
1,288
48
50
0,96
0,276
Mean
-
· N = P/T = 64/ 50 = 1,28
· V = (a * 1,28) + b
= (0,275 * 1,050) + 0,012
= 0,359 (m/dt)
· V rata-rata = ½ (V0,6 + (V0,2 +V0,8)/2)
= ½ (0,364 + (0,375 + 0,320)/2)
= 0,359 (m/dt)
· Debit
1. Mid Area Method
Q1 = Hn * Vn [B]
= 1,13 * 0,359 [6]
= 2,431 (m3/dt)
2. Mean Area Method
= 2,4047 m3/dt
Pada pias satu didapatkan perkiraan dimana kecepatan alir 0 m/dt pada kedalaman 3,192 m.
Pada pias 2 didapatkan perkiraan kecepatan 0 m/dt pada kedalaman 3,799 m.
Pada pias 3 tidak didapatkan nilai yang tepat dimana akan terjadi kecepatan alir 0 m/dt.
PEMBAHASAN
Pengukuran kecepatan aliran pada saluran terbuka dapat menggunakan metode pelampung dan metode pengukuran dengan current meter. Metode pengukuran dengan pelampung yaitu dengan meletakkan pelampung di beberapa titik pengukuran pada lebar sungai yang akan diukur kecepatan alirnya. Pada pengukuran kecepatan alir di titik tengah memiliki nilai tertinggi sebesar 0,517 m/dt. Kecepatan alir di bagian tengah lebih besar dibandingkan bagian kanan dan kiri karena bagian kanan dan kiri akan dibatasi langsung dengan penampang sungai bagian pinggir. Gaya gesek akan mempengaruhi dan mengakibatkan kecepatan alir di bagian pinggir akan lebih kecil daripada yang bagian tengah.
Metode pengukuran kecepatan aliran pada saluran terbuka lainnya yaitu dengan menggunakan current meter. Kecepatan alir dari pengunaan metode ini tergantung pada posisi peletakan (kedalaman) current meter. Semakin dalam posisi current meter, maka kecepatan nya akan berkurang, karena aliran air pada bagian bawah sungai atau aliran lebih kecil atau lebih tenang daripada di bagian permukaan sungai (Grafik 4). Data yang didapatkan menunjukkan pada posisi peletakan current meter yang paling dalam yaitu pada posisi 1,61 meter, didapatkan data rata-rata kecepatan alir paling rendah yaitu 0,218 m/dt. Pengukuran kecepatan dengan current meter juga dilakukan tiap pias untuk mencari pada kedalaman berapa aliran tidak akan mengalir lagi (0 m/dt). Tiap pias diberlakukan penarikan grafik secara linier dan didapatkan kedalaman dimana aliran pada pias tersebut o m/dt.
Perbedaan hasil pengukuran antara metode pelampung dan metode current meter dikarenakan prinsip prngukuran dari dua alat ini sudah berbeda, yaitu pelampung dengan prinsip titik pengukuran dan current meter dengan prinsip kedalaman peletakan instrumen.
Nilai bilangan Froude pada pengukuran menunjukkan jenis alirannya subkritis karena Fr<1. Untuk aliransubkritis, kedalaman biasanya lebih besar dan kecepatan aliran rendah (semua riak yang timbul dapat bergerak melawan arus). Kecepatan air < kecepatangelombang hulu aliran dipengaruhi pengendali hilir.
Penentuan debit pada saluran terbuka menggunakan metode mid area method dan mean area method. Dua metode yang digunakan tidak menunjukkan perbedaan yang besar, dimana didapatkan debit sungai sekitar 2,3 – 2,4 m3/dt.
KESIMPULAN
Praktikum yang sudah dilakukan yaitu menentukan kecepatan alir dan debit. Kecepatan alir dicari dengan menggunakan metode pelampung dan current meter. Metode pelampung mencari kecepatan pada tiap bagian penampang melintang permukaan sungai, dan metode current meter pada tiap kedalaman penampang sungai. Debit diukur dengan menggunakan mean dan mid area method dan didapatkan hasil aliran sungai tersebut subkritis.