02. Bangunan Pengatur Hidrolika Terapan
PERTEMUAN KE-2
SEBRIAN MIRDEKLIS BESELLY PUTRA
HIDROLIKA TERAPAN
Teknik Pengairan Universitas Brawijaya
Bangunan Ukur Debit
Cypoletti
Ambang lebar
Flume tenggorok panjang
BANGUNAN UKUR DEBIT
Agar pengelolaan air irigasi menjadi efektif, maka debit harus
diukur (dan diatur) pada hulu saluran primer, pada cabang saluran
dan pada bangunan sadap tersier.
BANGUNAN UKUR DEBIT
Rekomendasi penggunaan bangunan tertentu didasarkan pada faktor
penting antara lain :
Kecocokan bangunan untuk keperluan pengukuran debit
Ketelitian pengukuran di lapangan
Bangunan yang kokoh, sederhana dan ekonomis
Rumus debit sederhana dan teliti
Operasi dan pembacaan papan duga mudah
Pemeliharaan sederhana dan murah
Cocok dengan kondisi setempat dan dapat diterima oleh para petani.
BANGUNAN UKUR DEBIT
Ada parameter penentuan jenis bangunan ukur dan pokok
perencanaan.
(1)
MENGUKUR SAJA
BANGUNAN PENGUKUR DEBIT
ALAT UKUR
AMBANG
LEBAR
ALAT UKUR
CIPOLETTI
ALAT UKUR
PARSHALL
(3)
1,6
2%
0,1 h1
sampai
0,33 h1
1,5
5%
1,6
ALAT UKUR
ROMYN
MENGUKUR DAN MENGATUR
(2)
ALAT UKUR
CRUMP DE
GRUYTER
ORIFIS DENGAN
TINGGI ENERGI
TETAP
3%
h1 +
0,05 m
(4)
(5)
(6)
(7)
+
+ +
1
rendah
--
--
1
sedang
0,5 h1
sampai
0,2 h1
+
+ +
1
Sangat
mahal
KETERANGAN
Dianjurkan untuk
pengukur debit jika
muka air harus tetap
bebas
(1)= Eksponen U
dalam Q = K h 1U
Tidak dianjurkan
(2) = % kesalahan
dalam table debit
Tidak dianjurkan
(3) = Kehilangan
energy yang
diperlukan pada
h1
1,6
3 %
0,03 h1
+
+
1 atau 2
mahal
Dianjurkan jika U
harus 1,6
0,5
3 %
≤ h1 W
W=
bukaan
pintu
-+
-
2
sedang
Dianjurkan jika U
harus 0,5
-
- -
3
Paling
mahal
0,5
>7%
> 0,03
m
Tidak dianjurkan
(4) = Kemampuan
melewatkan
sedimen
(5) = Kemampuan
melewatkan
benda-benda
hanyut
(6)= Jumlah bacaan
papan duga pada
aliran moduler
(7) = Biaya
pembuatan
relative
+ + baik sekali
+ baik
- + memadai
ALAT UKUR
LONG
THROATED
FLUME
papan duga
b
saluran
ambang
bc
saluran hulu
p
leher
peralihan
penyempitan
peralihan
pelebaran
0,5 –
2,5
>2 %
> 0,03
m
+
+ +
1
sedang
Dianjurkan jika
tersedia cukup
untuk ruang
mendapatkan aliran
yang stabil sebelum
masuk flume
- tidak memadai
- - jelek
ALAT UKUR AMBANG LEBAR
Bangunan ukur ambang lebar dianjurkan karena bangunan ini
kokoh dan mudah dibuat. Karena bisa mempunyai berbagai
bentuk mercu, bangunan ini mudah disesuaikan dengan tipe
saluran apa saja.
Hubungan tunggal antara muka air hulu dan debit
mempermudah pembacaan debit secara langsung dari papan
duga, tanpa memerlukan tabel debit.
ALAT UKUR AMBANG LEBAR
Alat ukur ambang lebar dengan mulut
pemasukan yang dibulatkan
Alat ukur ambang lebar dengan pemasukan bermuka
datar dan peralihan penyempitan
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – PERENCANAAN HIDROLIS
Persamaan debit untuk alat ukur ambang lebar dengan bagian
pengontrol segi empat adalah:
Q = C d Cv 2 / 3 2 / 3g b h
1.50
c 1
Q =
debit m3/dt
Cd =
koefisien debit
Cd adalah 0,93 + 0,10 H1/L, for 0,1 < H1/L < 1,0
H1 adalah tinggi energi hulu, m
L adalah panjang mercu, m
Cv = Koefisien kecepatan datang
g = percepatan gravitasi, m/dt2 (≈ 9,8)
bc = lebar mercu, m
h1 = kedalaman air hulu terhadap ambang
bangunan ukur, m
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – PERENCANAAN HIDROLIS
Harga koefisien
kecepatan
datang
dapat dicari dari Gambar di samping,
yang memberikan harga – harga Cv
untuk
berbagai
pengontrol.
bentuk
bagian
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – BENTUK TRAPESIUM
Q = Cd {bcyc + mc2} {2g (H1 – yc)0,5
Dimana :
bc = lebar mercu pada bagian pengontrol, m
yc = kedalaman air pada bagian pengontrol, m
m = kemiringan samping pada bagian pengontrol (1 : m)
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – ILUSTRASI NOTASI
ALAT UKUR CIPOLETTI
Alat ukur Cipoletti merupakan
penyempurnaan alat ukur
ambang tajam yang dikontraksi
sepenuhnya. Alat ukur Cipoletti
memiliki potongan pengontrol
trapesium, mercunya horisontal
dan sisi-sisinya miring ke
samping dengan kemiringan 1
vertikal banding ¼ horisontal
ALAT UKUR CIPOLETTI-PERENCANAAN HIDROLIS
Persamaan debit untuk alat ukur Cipoletti adalah
di mana:
Q = debit, m3/dt
Cd = koefisien debit (» 0,63)
Cv = koefisien kecepatan datang
g= koefisien gravitasi m/dt2 (» 9,8)
b
= lebar mercu, m
h1 = tinggi energi hulu, m
Q = Cd Cv 2/3 2 g b h
1, 5
1
ALAT UKUR CIPOLETTI – KARAKTERISTIK BANGUNAN
1.
Bangunan ini sederhana dan mudah dibuat.
2.
Biaya pelaksanaannya tidak mahal.
3.
Jika papan duka diberi skala liter, para petani pemakai air dapat mencek persediaan air mereka.
4.
Sedimentasi terjadi di hulu bangunan, yang dapat mengganggu berfungsinya alat ukur; benda-benda
yang hanyut tidak bisa lewat dengan mudah, ini daat menyebabkan kerusakan dan mengganggu
ketelitian pengukuran debit.
5.
Pengukuran debit tidak mungkin dilakukan jika muka air hilir naik di atas elevasi ambang bangunan
ukur tersebut.
6.
Kehilangan tinggi energi besar sekali dan khususnya di daerah-daerah datar, di mana kehilangan tinggi
energi yang tersedia kecil sekali, alat ukur tipe ini tidak dapat digunakan.
ALAT UKUR CIPOLETTI – PENGGUNAAN
Alat ukur Cipoletti yang dikombinasi dengan pintu sorong sering
dipakai sebagai bangunan sedap tersier.
Karena jarak antara pintu dan bangunan ukur jauh, eksploitasi
pintu menjadi rumit.
Oleh sebab itu, lebih dianjurkan untuk memakai bangunan
kombinasi.
Pemakaian alat ukur ini tidak lagi dianjurkan, kecuali di lingkungan
laboratorium.
ALAT UKUR PARSHALL
Alat ukur parshall adalah alat ukur yang sudah diuji secara
laboratoris untuk mengukur aliran dalam saluran terbuka.
Bangunan itu terdiri dari sebuah peralihan penyempitan dengan
lantai yang datar, leher dengan lantai miring ke bawah, dan
peralihan pelebaran dengan lantai miring ke atas
ALAT UKUR PARSHALL
karena lereng-lereng lantai yang tidak konvensional ini, aliran tidak
diukur dan diatur di dalam leher, melainkan didekat ujung lantai
datar peralihan penyempitan.
Dengan adanya lengkung garis aliran tiga-dimensi pada bagian
pengontrol ini, belum ada teori hidrolika untuk menerangkan
aliran melalui alat ukur Parshall: Tabel debit hanya dapat diperoleh
lewat pengujian di laboratorium.
ALAT UKUR PARSHALL
ALAT UKUR PARSHALL – TABLE DEBIT
ALAT UKUR PARSHALL – TABLE DEBIT
ALAT UKUR PARSHALL – TABLE DEBIT
ALAT UKUR PARSHALL – KARAKTERISTIK BANGUNAN
Alat ukur Parshall merupakan bangunan pengukur yang teliti dan andal serta memiliki
kelebihan-kelebihan berikut :
1. Mampu mengukur debit dengan kehilangan tinggi energi yang relatif kecil,
2. Mampu mengukur berbagai besaran debit aliran bebas, dengan air hilir yang relatif
dalam dengan satu alat ukur kedalaman air,
3. Pada dasarnya bangunan ini dapat bebas dengan sendirinya dari benda-benda yang
hanyut, karena bentuk geometrinya dan kecepatan air pada bagian leher,
4. Tak mudah diubah-ubah oleh petani untuk mendapatkan air diluar jatah,
5. Tidak terpengaruh oleh kecepatan datang, yang dikontrol secara otomatis jika flum
dibuat sesuai dengan dimensi standar serta hanya dipakai bila aliran masuk seragam,
tersebar merata dan bebas turbulensi.
ALAT UKUR PARSHALL - KELEMAHAN
1. Biaya pelaksanaannya lebih mahal dibanding alat ukur lainnya,
2. Tak dapat dikombinasi dengan baik dengan bangunan sadap karena aliran masuk harus
seragam dan permukaan air relatip tenang,
3. Agar dapat berfungsi dengan memuaskan, alat ukur ini harus dibuat dengan teliti dan
seksama. Bila alat ukur/flum tidak dibuat dengan dimensi yang tepat, maka tabel
debitnya tidak ada.
4. Terutama untuk alat ukur kecil, diperlukan kehilangan tinggi energi yang besar untuk
pengukuran aliran moduler. Walaupun sudah ada kalibrasi tenggelam, tapi tidak
dianjurkan untuk merencana alat ukur Parshall aliran nonmoduler karena diperlukan
banyak waktu untuk menangani dua tinggi energi/head, dan pengukuran menjadi tidak
teliti.
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER
Alat ukur Crump – de Gruyter yang dapat diatur adalah long
throated flume yang dipasangi pintu sorong vertikal yang searah
aliran (streamline). Pintu ini merupakan modifikasi/penyempurnaan
modul proporsi yang dapat disetel (adjustable proportional
module), yang diperkenalkan oleh Crump pada tahun 1922. De
Gruyter (1926) menyempurnakan trase flum tersebut dan
mengganti “blok – atap” (roof block) seperti yang direncanakan
oleh Crump dengan pintu sorong yang dapat disetel. Bangunan
yang dihasilkan dapat dipakai baik untuk mengukur maupun
mengatur debit
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER – PERENCANAAN HIDROLIS
Rumus debit untuk alat ukur Crump – de Gruyter adalah :
Q = C d b w 2 g (h1 − w)
dimana :
Q = debit m3/dt
Cd = koefisien debit (= 0,94)
b
= lebar bukaan, m
w
= bukan pintu, m (w ≤ 0,63 h1)
g
= percepatan gravitasi, m/dt2 (≈ 9,8)
h
= tinggi air diatas ambang, m
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER – KARAKTERISTIK ALAT
b ≥ Qmax / 1.56 h1 (3/2)
secara teori b minimum diperbolehkan sebesar 0.20 m, tetapi
untuk kemudahan pembuatannya di lapangan ditentukan b
minimum untuk alat ukur ini adalah 0.30 m.
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER – KARAKTERISTIK ALAT
SEBRIAN MIRDEKLIS BESELLY PUTRA
HIDROLIKA TERAPAN
Teknik Pengairan Universitas Brawijaya
Bangunan Ukur Debit
Cypoletti
Ambang lebar
Flume tenggorok panjang
BANGUNAN UKUR DEBIT
Agar pengelolaan air irigasi menjadi efektif, maka debit harus
diukur (dan diatur) pada hulu saluran primer, pada cabang saluran
dan pada bangunan sadap tersier.
BANGUNAN UKUR DEBIT
Rekomendasi penggunaan bangunan tertentu didasarkan pada faktor
penting antara lain :
Kecocokan bangunan untuk keperluan pengukuran debit
Ketelitian pengukuran di lapangan
Bangunan yang kokoh, sederhana dan ekonomis
Rumus debit sederhana dan teliti
Operasi dan pembacaan papan duga mudah
Pemeliharaan sederhana dan murah
Cocok dengan kondisi setempat dan dapat diterima oleh para petani.
BANGUNAN UKUR DEBIT
Ada parameter penentuan jenis bangunan ukur dan pokok
perencanaan.
(1)
MENGUKUR SAJA
BANGUNAN PENGUKUR DEBIT
ALAT UKUR
AMBANG
LEBAR
ALAT UKUR
CIPOLETTI
ALAT UKUR
PARSHALL
(3)
1,6
2%
0,1 h1
sampai
0,33 h1
1,5
5%
1,6
ALAT UKUR
ROMYN
MENGUKUR DAN MENGATUR
(2)
ALAT UKUR
CRUMP DE
GRUYTER
ORIFIS DENGAN
TINGGI ENERGI
TETAP
3%
h1 +
0,05 m
(4)
(5)
(6)
(7)
+
+ +
1
rendah
--
--
1
sedang
0,5 h1
sampai
0,2 h1
+
+ +
1
Sangat
mahal
KETERANGAN
Dianjurkan untuk
pengukur debit jika
muka air harus tetap
bebas
(1)= Eksponen U
dalam Q = K h 1U
Tidak dianjurkan
(2) = % kesalahan
dalam table debit
Tidak dianjurkan
(3) = Kehilangan
energy yang
diperlukan pada
h1
1,6
3 %
0,03 h1
+
+
1 atau 2
mahal
Dianjurkan jika U
harus 1,6
0,5
3 %
≤ h1 W
W=
bukaan
pintu
-+
-
2
sedang
Dianjurkan jika U
harus 0,5
-
- -
3
Paling
mahal
0,5
>7%
> 0,03
m
Tidak dianjurkan
(4) = Kemampuan
melewatkan
sedimen
(5) = Kemampuan
melewatkan
benda-benda
hanyut
(6)= Jumlah bacaan
papan duga pada
aliran moduler
(7) = Biaya
pembuatan
relative
+ + baik sekali
+ baik
- + memadai
ALAT UKUR
LONG
THROATED
FLUME
papan duga
b
saluran
ambang
bc
saluran hulu
p
leher
peralihan
penyempitan
peralihan
pelebaran
0,5 –
2,5
>2 %
> 0,03
m
+
+ +
1
sedang
Dianjurkan jika
tersedia cukup
untuk ruang
mendapatkan aliran
yang stabil sebelum
masuk flume
- tidak memadai
- - jelek
ALAT UKUR AMBANG LEBAR
Bangunan ukur ambang lebar dianjurkan karena bangunan ini
kokoh dan mudah dibuat. Karena bisa mempunyai berbagai
bentuk mercu, bangunan ini mudah disesuaikan dengan tipe
saluran apa saja.
Hubungan tunggal antara muka air hulu dan debit
mempermudah pembacaan debit secara langsung dari papan
duga, tanpa memerlukan tabel debit.
ALAT UKUR AMBANG LEBAR
Alat ukur ambang lebar dengan mulut
pemasukan yang dibulatkan
Alat ukur ambang lebar dengan pemasukan bermuka
datar dan peralihan penyempitan
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – PERENCANAAN HIDROLIS
Persamaan debit untuk alat ukur ambang lebar dengan bagian
pengontrol segi empat adalah:
Q = C d Cv 2 / 3 2 / 3g b h
1.50
c 1
Q =
debit m3/dt
Cd =
koefisien debit
Cd adalah 0,93 + 0,10 H1/L, for 0,1 < H1/L < 1,0
H1 adalah tinggi energi hulu, m
L adalah panjang mercu, m
Cv = Koefisien kecepatan datang
g = percepatan gravitasi, m/dt2 (≈ 9,8)
bc = lebar mercu, m
h1 = kedalaman air hulu terhadap ambang
bangunan ukur, m
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – PERENCANAAN HIDROLIS
Harga koefisien
kecepatan
datang
dapat dicari dari Gambar di samping,
yang memberikan harga – harga Cv
untuk
berbagai
pengontrol.
bentuk
bagian
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – BENTUK TRAPESIUM
Q = Cd {bcyc + mc2} {2g (H1 – yc)0,5
Dimana :
bc = lebar mercu pada bagian pengontrol, m
yc = kedalaman air pada bagian pengontrol, m
m = kemiringan samping pada bagian pengontrol (1 : m)
ALAT UKUR AMBANG LEBAR – ILUSTRASI NOTASI
ALAT UKUR CIPOLETTI
Alat ukur Cipoletti merupakan
penyempurnaan alat ukur
ambang tajam yang dikontraksi
sepenuhnya. Alat ukur Cipoletti
memiliki potongan pengontrol
trapesium, mercunya horisontal
dan sisi-sisinya miring ke
samping dengan kemiringan 1
vertikal banding ¼ horisontal
ALAT UKUR CIPOLETTI-PERENCANAAN HIDROLIS
Persamaan debit untuk alat ukur Cipoletti adalah
di mana:
Q = debit, m3/dt
Cd = koefisien debit (» 0,63)
Cv = koefisien kecepatan datang
g= koefisien gravitasi m/dt2 (» 9,8)
b
= lebar mercu, m
h1 = tinggi energi hulu, m
Q = Cd Cv 2/3 2 g b h
1, 5
1
ALAT UKUR CIPOLETTI – KARAKTERISTIK BANGUNAN
1.
Bangunan ini sederhana dan mudah dibuat.
2.
Biaya pelaksanaannya tidak mahal.
3.
Jika papan duka diberi skala liter, para petani pemakai air dapat mencek persediaan air mereka.
4.
Sedimentasi terjadi di hulu bangunan, yang dapat mengganggu berfungsinya alat ukur; benda-benda
yang hanyut tidak bisa lewat dengan mudah, ini daat menyebabkan kerusakan dan mengganggu
ketelitian pengukuran debit.
5.
Pengukuran debit tidak mungkin dilakukan jika muka air hilir naik di atas elevasi ambang bangunan
ukur tersebut.
6.
Kehilangan tinggi energi besar sekali dan khususnya di daerah-daerah datar, di mana kehilangan tinggi
energi yang tersedia kecil sekali, alat ukur tipe ini tidak dapat digunakan.
ALAT UKUR CIPOLETTI – PENGGUNAAN
Alat ukur Cipoletti yang dikombinasi dengan pintu sorong sering
dipakai sebagai bangunan sedap tersier.
Karena jarak antara pintu dan bangunan ukur jauh, eksploitasi
pintu menjadi rumit.
Oleh sebab itu, lebih dianjurkan untuk memakai bangunan
kombinasi.
Pemakaian alat ukur ini tidak lagi dianjurkan, kecuali di lingkungan
laboratorium.
ALAT UKUR PARSHALL
Alat ukur parshall adalah alat ukur yang sudah diuji secara
laboratoris untuk mengukur aliran dalam saluran terbuka.
Bangunan itu terdiri dari sebuah peralihan penyempitan dengan
lantai yang datar, leher dengan lantai miring ke bawah, dan
peralihan pelebaran dengan lantai miring ke atas
ALAT UKUR PARSHALL
karena lereng-lereng lantai yang tidak konvensional ini, aliran tidak
diukur dan diatur di dalam leher, melainkan didekat ujung lantai
datar peralihan penyempitan.
Dengan adanya lengkung garis aliran tiga-dimensi pada bagian
pengontrol ini, belum ada teori hidrolika untuk menerangkan
aliran melalui alat ukur Parshall: Tabel debit hanya dapat diperoleh
lewat pengujian di laboratorium.
ALAT UKUR PARSHALL
ALAT UKUR PARSHALL – TABLE DEBIT
ALAT UKUR PARSHALL – TABLE DEBIT
ALAT UKUR PARSHALL – TABLE DEBIT
ALAT UKUR PARSHALL – KARAKTERISTIK BANGUNAN
Alat ukur Parshall merupakan bangunan pengukur yang teliti dan andal serta memiliki
kelebihan-kelebihan berikut :
1. Mampu mengukur debit dengan kehilangan tinggi energi yang relatif kecil,
2. Mampu mengukur berbagai besaran debit aliran bebas, dengan air hilir yang relatif
dalam dengan satu alat ukur kedalaman air,
3. Pada dasarnya bangunan ini dapat bebas dengan sendirinya dari benda-benda yang
hanyut, karena bentuk geometrinya dan kecepatan air pada bagian leher,
4. Tak mudah diubah-ubah oleh petani untuk mendapatkan air diluar jatah,
5. Tidak terpengaruh oleh kecepatan datang, yang dikontrol secara otomatis jika flum
dibuat sesuai dengan dimensi standar serta hanya dipakai bila aliran masuk seragam,
tersebar merata dan bebas turbulensi.
ALAT UKUR PARSHALL - KELEMAHAN
1. Biaya pelaksanaannya lebih mahal dibanding alat ukur lainnya,
2. Tak dapat dikombinasi dengan baik dengan bangunan sadap karena aliran masuk harus
seragam dan permukaan air relatip tenang,
3. Agar dapat berfungsi dengan memuaskan, alat ukur ini harus dibuat dengan teliti dan
seksama. Bila alat ukur/flum tidak dibuat dengan dimensi yang tepat, maka tabel
debitnya tidak ada.
4. Terutama untuk alat ukur kecil, diperlukan kehilangan tinggi energi yang besar untuk
pengukuran aliran moduler. Walaupun sudah ada kalibrasi tenggelam, tapi tidak
dianjurkan untuk merencana alat ukur Parshall aliran nonmoduler karena diperlukan
banyak waktu untuk menangani dua tinggi energi/head, dan pengukuran menjadi tidak
teliti.
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER
Alat ukur Crump – de Gruyter yang dapat diatur adalah long
throated flume yang dipasangi pintu sorong vertikal yang searah
aliran (streamline). Pintu ini merupakan modifikasi/penyempurnaan
modul proporsi yang dapat disetel (adjustable proportional
module), yang diperkenalkan oleh Crump pada tahun 1922. De
Gruyter (1926) menyempurnakan trase flum tersebut dan
mengganti “blok – atap” (roof block) seperti yang direncanakan
oleh Crump dengan pintu sorong yang dapat disetel. Bangunan
yang dihasilkan dapat dipakai baik untuk mengukur maupun
mengatur debit
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER – PERENCANAAN HIDROLIS
Rumus debit untuk alat ukur Crump – de Gruyter adalah :
Q = C d b w 2 g (h1 − w)
dimana :
Q = debit m3/dt
Cd = koefisien debit (= 0,94)
b
= lebar bukaan, m
w
= bukan pintu, m (w ≤ 0,63 h1)
g
= percepatan gravitasi, m/dt2 (≈ 9,8)
h
= tinggi air diatas ambang, m
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER – KARAKTERISTIK ALAT
b ≥ Qmax / 1.56 h1 (3/2)
secara teori b minimum diperbolehkan sebesar 0.20 m, tetapi
untuk kemudahan pembuatannya di lapangan ditentukan b
minimum untuk alat ukur ini adalah 0.30 m.
ALAT UKUR CRUMP DE GRUYTER – KARAKTERISTIK ALAT