Mekanika Fluida II. Alat-alat ukur pada Saluran Terbuka

Mekanika Fluida II Alat-alat ukur pada Saluran Terbuka

1

Tipe Alat Ukur berdasar Metode

1.Contracted Water head Methods (Notch) – Rectangular – V-notch – Cipoletti 2.End Depth Methods (Terjunan) – Rectangular – Triangular – Circular 3.Gravity Chute – Flow Diversion Methods (Flumes) – Parshall (upper atau submerge) – Trapezoidal – U-shape Mekanika Fluida II - TL ITB

2

Metode Notch

Prinsip Dasar Pengukuran: Notch akan memberikan efek kontraksi pada aliran fluida sehingga kecepatan fluida akan terkonsentrasi pada titik tertentu dan dapat diukur untuk mewakili besaran debit yang melaluinya.

Mekanika Fluida II - TL ITB

3

Rectangular (Tipe Weir) Bentuknya terjunan dengan plat yang tipis.  Dapat dibagi lagi menjadi 3 kategori aliran:  Suppressed → Tidak terjadi kontraksi (b=B)  Partially Suppressed  Fully Suppressed → Terjadi kontraksi (B-b=4h ) max Besarnya kontraksi akan mempengaruhi coeffisien of discharge. 

Q=Cd

2  2gb Kb h Kh 3

3 2

Kb : koef. efek viskositas (ditentukan berdasarkan grafik terkait fungsi Koefisien Discharge (Cd). Kh : koef. efek tegangan permukaan, untuk air Kh = 0.001 m. Mekanika Fluida II - TL ITB

4

Penentuan koefisien Cd dan Kb


5

Batasan aplikasi (1) 2 Q=Cd  2g b Kbh Kh 3

• • • • • • •

3 2

h diukur di awal saluran pada jarak > 4-5 hmax sebelum weir weir sangat tipis sehingga tidak mempengaruhi pola aliran entrance. Muka air setelah weir < tinggi P. h > 0.03 m b dan B masing2 lebih dari 15 cm 0 < b/B ≤ 1 and 0 < h/P ≤ 2.5 Jika b < B, maka B – b ≥ 20 cm Mekanika Fluida II - TL ITB

6

Solusi Analitik Lain (Weir) Persamaan Francis Q=1.84b−0.1.n.h h

3 2

n : jumlah kontraksi h : head di atas weir

Persamaan Bazin Q=m.b.h 2 m= Cd 3

3 2

 2g 0.003 m=0.405 h

Cd : koef. discharge h : head di atas weir b : lebar dasar weir


7

Triangular (V-notch weir)  



Bentuknya terjunan dengan plat yang tipis. Prinsip dasarnya sama dengan rectangular hanya perubahan bentuk opening ditunukan agar pengukuran dapat lebih teliti dibandingkan dengan rectangular. Besarnya kontraksi akan mempengaruhi coeffisien of discharge yg besar.

5

 Q=4.28.Cd.tan   hk  2 2

Cd : Koefisien Discharge k : Koefisien koreksi head θ : Sudut dalam v-notch


8

Penentuan nilai k dan Cd

−6

2

−8

k =0.0144902648−0.00033955535 3.29819003x10  −1.06215442x10  −6

Cd =0.607165052−0.000874466963 6.10393334.10 

3

2


9

Batasan aplikasi (2)  Q=4.28.Cd.tan  hk  2

• • • • •

5 2

h diukur di awal saluran pada jarak > 4-5 hmax sebelum weir weir sangat tipis sehingga tidak mempengaruhi pola aliran entrance. Sudut notch (θ) direkomendasikan 600. Muka air setelah weir < tinggi P. h > 0.03 m


10

Cipoletti (Tipe Weir)  



Bentuknya terjunan dengan plat yang tipis. Didesain untuk mendapatkan kondisi kontraksi penuh, yang menyebabkan koefisien discharge tidak lagi sebagai fungsi b dan P (seperti rectangular). Bentuk slope yang tajam (4:1) akan mendapatkan hasil pengukuran yang lebih akurat dibandingkan rectangular.

Satuan SI

Satuan British

Q=3.367.L.h

3 2

Q=1.85.L.h

3 2


11

Batasan aplikasi (3) Q=3.367.L.h

• • • • •

3 2

h diukur di awal saluran pada jarak > 4-5 hmax sebelum weir weir sangat tipis sehingga tidak mempengaruhi pola aliran entrance. Muka air setelah weir < tinggi P. h > 0.03 m P > 2 hmax


12

Metode End-depth

Prinsip Dasar Pengukuran: Terjunan akan memberikan efek kecepatan terminal yang dapat diukur untuk mewakili besaran debit yang melaluinya.


13

Rectangular (End-depth)   

Didesain untuk mendapatkan aliran freefall Aliran tidak mengalami kontraksi Mudah dalam konstruksi

1 2

Q=Cd.g . b.h

3 2


14

Triangular (End-depth)    

Didesain untuk mendapatkan aliran freefall Aliran tidak mengalami kontraksi Mudah dalam konstruksi Dibandingkan rectangular, bentuk ini tidak terbentuk drop-off zone.



5

g h 2 a Q=   tan  2 0.795 2 a T =2htan   2 Mekanika Fluida II - TL ITB

15

Circular (End-depth)    

Didesain untuk mendapatkan aliran freefall Aliran tidak mengalami kontraksi Mudah dalam konstruksi Dibandingkan rectangular, bentuk ini tidak terbentuk drop-off zone.

5/2 g 0.5D  2 3/ 2 Q= [2arccos 1−−21−  2 − ]

42 − 2 1/ 4

T =2  h  D−h

=

h 0.378D


16

Metode Flume Prinsip Dasar Pengukuran: Flume memberikan efek gabungan kontraksi dan kecepatan terminal secara sekaligus namun dengan kehilangan tekanan yang lebih kecil yang dapat diukur untuk mewakili debit yang melaluinya.


17

Rectangular Flumes (1) Syarat umum keberlakuan: • 0b • Jika B=b, P>0 Hasil akurat (ISO 4359) • h≤2 m • 0.1 m ≤b≤B • F≤0.5 • h/b≤3 • (bh)/[B(P+h)]≤0.7 • h/L≤0.5 • h≥0.05 atau h≥0.05 L Mekanika Fluida II - TL ITB

18

Rectangular Flumes (2) Prosedur Analisis Rectangular Flumes (ISO 4359): 1. Hitung Cd 2. Hitung A 3. Hitung Cv (Numerik) 4. Hitung Q 5. Hitung v 6. Hitung F 3/ 2

syarat :

0.006L 0.003L Cd=1− 1−  b h

A= B Ph

2 bhCvCd 2/3 Cv −1=  A 33

2h Q=bCvCd  g   3

Q v= A

F=

3/2

v  gy

hbCd 0.93 A Mekanika Fluida II - TL ITB

19

Trapezoidal Flumes (1) Syarat umum keberlakuan: • 0
20

Trapezoidal Flumes (2) Prosedur Analisis (ISO 4359): 1. Hitung k 2. Hitung Cd 3. Hitung A dan T 4. Hitung Cs (asumsi H=h) 5. Hitung Cv 6. Hitung Q 7. Hitung v 8. Hitung F 2/3 9. Ulangi dengan H =hCv

k =  1m2 −m 3/2

0.006kL 0.003L Cd =1− 1−  b h A= Ph[ BM  Ph] T = B2M  Ph 2 bhCvCs A 33 3/2 2h Q=bCvCsCd  g   3 Q v= A T F =v gA

 Cv −1= 2/ 3



syarat :

hbCs 0.93 A


21

U-shape Flumes (1) Syarat umum keberlakuan: • 0

22

U-shape Flumes (2) 3/ 2

Prosedur Analisis (ISO 4359): 1. Hitung Cd 2. Hitung A dan T 3. Hitung Cu (asumsi H=h) 4. Hitung Cv 5. Hitung Q 6. Hitung v 7. Hitung F 8. Ulangi dengan H =hCv 2/3

0.006L 0.003L Cd =1− 1−  b h D−2 P h D =arccos  jika  Ph 2 D 2 D A= −sin cos  4 T = B2M Ph jika  Ph D2 2 D D A=  D  Ph−  8 2 T =D

 Cv 2/3−1= 3 2 3 bhCvCu A 

3/2

hdCu syarat : 0.93 A

2h Q=bCvCuCd  g   3 Q v= A

F =v



T gA


23

Parshall Flumes (1) Syarat umum keberlakuan: • 0

24

Parshall Flumes (2) Analisis Parshall Flume: • Baca grafik n • Hitung debit: Q=Ch


25

Submerge Parshall Flumes (1) Terjadi karena: Level muka air di hilir terlalu tinggi sehingga lompatan hidrolis tidak terlihat atau sangat kecil. Solusinya: Dilakukan koreksi terhadap perhitungan debit pada kondisi ideal. Q=Chn −Qe


26

Submerge Parshall Flumes (2) Jika b< 3.05 m Qe=0.07b

0.815

4.57−3.14 H / h h [   H /h] 1.8 1.8 0.305  −2.46 H /h

Jika b≥ 3.05 m Qe=Cs.Q3 Cs=0.3281b


27

Questions?


28

Mekanika Fluida II. Alat-alat ukur pada Saluran Terbuka

Recommend Documents