ALIRAN MELALUI ALIRAN MELALUI SALURAN TERBUKASALURAN TERBUKA

1.1. KLASIFIKASI ALIRANKLASIFIKASI ALIRAN

2.2. DISTRIBUSI KECEPATANDISTRIBUSI KECEPATAN

3.3. ALIRAN SERAGAMALIRAN SERAGAM

4.4. PENAMPANG EKONOMISPENAMPANG EKONOMIS

5.5. ALIRAN TIDAK SERAGAMALIRAN TIDAK SERAGAM

6.6. ENERGI SPESIFIKENERGI SPESIFIK

7.7. LONCAT AIRLONCAT AIR

SALURAN TERBUKASALURAN TERBUKA

Saluran Terbuka adalah saluran dimana Saluran Terbuka adalah saluran dimana air mengalir dengan muka bebas, disetiap air mengalir dengan muka bebas, disetiap titik di sepanjang saluran tekanan di titik di sepanjang saluran tekanan di permukaan air adalah sama.permukaan air adalah sama.

y

1. KLASIFIKASI ALIRAN1. KLASIFIKASI ALIRAN

Pada umumnya tipe aliran melalui saluran Pada umumnya tipe aliran melalui saluran terbuka adalah turbulen, akibat kecepatan terbuka adalah turbulen, akibat kecepatan dan kekasaran dinding saluran yang relatif dan kekasaran dinding saluran yang relatif besar.besar.

Aliran melalui saluran terbuka dapat terjadi Aliran melalui saluran terbuka dapat terjadi tipe aliran seragam dan aliran tidak tipe aliran seragam dan aliran tidak seragamseragam

Selain itu aliran dapat dibedakan menjadi Selain itu aliran dapat dibedakan menjadi aliran sub kritis (mengali) dan super kritis aliran sub kritis (mengali) dan super kritis (meluncur)(meluncur)

y1

y2

Aliran Seragam, y1 = y2

y1

y2

Aliran tidak Seragam, y1 < y2

Aliran berubah beraturan Aliran berubah cepat

DISTRIBUSI KECEPATANDISTRIBUSI KECEPATAN

Dalam saluran terbuka distribusi Dalam saluran terbuka distribusi kecepatan dipengaruhi oleh beberapa kecepatan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :faktor yaitu : Bentuk saluranBentuk saluran Kekasaran dinding saluranKekasaran dinding saluran Debit aliranDebit aliran

Distribusi kecepatan tidak merata di setiap Distribusi kecepatan tidak merata di setiap titik pada tampang salurantitik pada tampang saluran

DISTRIBUSI KECEPATAN PADA DISTRIBUSI KECEPATAN PADA BEBERAPA BENTUK SALURANBEBERAPA BENTUK SALURAN

0,5

0,5

0,5

0,5

1,0

1,01,0

1,0

1,5

1,5

1,5

1,5

2,0

2,02,0

2,0

2,5

ALIRAN SERAGAMALIRAN SERAGAM

Zat cair mengalir melalui saluran terbuka Zat cair mengalir melalui saluran terbuka akan menimbulkan tegangan geser pada akan menimbulkan tegangan geser pada dinding saluran, selanjunya akan dinding saluran, selanjunya akan diimbangi oleh gaya berat yang bekerja diimbangi oleh gaya berat yang bekerja searah dengan arah aliran.searah dengan arah aliran.

Dalam aliran seragam komponen gaya Dalam aliran seragam komponen gaya berat dan arah aliran adalah seimbang berat dan arah aliran adalah seimbang dengan tahanan geser, dimana gaya dengan tahanan geser, dimana gaya geser tergantung kecepatan alirangeser tergantung kecepatan aliran

PENURUNAN RUMUS CHEZYPENURUNAN RUMUS CHEZY

P

AR

kCRICV

IatgaaP

A

kV

aALPLkV

aALLPTo

BeratGayaTahananGaya

aALBeratGaya

LPToTahananGaya

kVTo

;;

sin;sin

sin

sin..

..

sin.

...

2

2

2

V2/2g

TO v

L

aעAL

LuasA

P

RUMUS – RUMUS EMPIRIS RUMUS – RUMUS EMPIRIS DALAM SALURAN TERBUKADALAM SALURAN TERBUKA

ManningkekasaranKoefnIRn

V

Rn

C

ManningRumus

BazinkekasaranKoefB

R

BC

BazinRumus

..;1

;1

:

..;1

87

:

2/13/2

2/1

KOEFISIEN BAZINKOEFISIEN BAZIN

JENIS DINDINGJENIS DINDING

Dinding sangat halus (semen)Dinding sangat halus (semen)

Dinding halus (papan, batu, bata)Dinding halus (papan, batu, bata)

Dinding batu pecahDinding batu pecah

Dinding tanah sangat teraturDinding tanah sangat teratur

Saluran tanah dengan kondisi biasaSaluran tanah dengan kondisi biasa

Saluran dinding batu belah tebing Saluran dinding batu belah tebing rumputrumput

0,060,06

0,160,16

0,460,46

0,850,85

1,301,30

1,751,75

B

KOEFISIEN MANNINGKOEFISIEN MANNINGBAHANBAHAN nn

Besi tuang dilapisBesi tuang dilapis

KacaKaca

Saluran betonSaluran beton

Bata dilapis mortarBata dilapis mortar

Pasangan batu disemenPasangan batu disemen

Saluran tanah bersihSaluran tanah bersih

Saluran tanahSaluran tanah

Saluran dasar batu dan tebing rumputSaluran dasar batu dan tebing rumput

Saluran pada galian batu padasSaluran pada galian batu padas

0,0140,014

0,0100,010

0,0130,013

0,0150,015

0,0250,025

0,0220,022

0,0300,030

0,0400,040

0,0400,040

KOEFISIENKOEFISIEN MANNINGMANNINGA. Gorong-gorong Tertutup Terisi SebagaianA. Gorong-gorong Tertutup Terisi Sebagaian

1. Gorong-gorong, lurus dan bebas kikisan1. Gorong-gorong, lurus dan bebas kikisan

2. Gorong-gorong dengan lengkungan, sambungan dan sedikit kikisan2. Gorong-gorong dengan lengkungan, sambungan dan sedikit kikisan

3. Beton dipoles3. Beton dipoles

4. Saluran pembuang dengan bak kontrol, mulut 4. Saluran pembuang dengan bak kontrol, mulut pemasukan dan lain-lain, lurus pemasukan dan lain-lain, lurus

B. Saluran, dilapis atau dipolesB. Saluran, dilapis atau dipoles

a. Semen a. Semen

1. Acian1. Acian

2.Adukan2.Adukan

b. Beton b. Beton

1. Dipoles dengan sendok kayu1. Dipoles dengan sendok kayu

2. Dipoles sedikit2. Dipoles sedikit

3. Dipoles3. Dipoles

4. Tidak dipoles4. Tidak dipoles

5. Adukan semprot, penampang rata5. Adukan semprot, penampang rata

6. Adukan semprot, penampang bergelombang6. Adukan semprot, penampang bergelombang

7. Pada galian batu yang teratur7. Pada galian batu yang teratur

8. Pada galian batu yang tak teratur8. Pada galian batu yang tak teratur

c. Bata c. Bata

1. Diglasir1. Diglasir

2. Dalam adukan semen2. Dalam adukan semen

d. Pasangan batud. Pasangan batu

1. Batu pecah disemen1. Batu pecah disemen

2. Batu kosong2. Batu kosong

Nilai kekasaran Manning, nNilai kekasaran Manning, n

0,0110,011

0,0130,013

0,0120,012

0,0150,015

0,0110,011

0,0130,013

0,0130,013

0,0150,015

0,0170,017

0,0170,017

0,0190,019

0,0220,022

0,0200,020

0,0270,027

0,0130,013

0,0150,015

0,0250,025

0,032 0,032

PARAMETER HIDROLIS DALAM PARAMETER HIDROLIS DALAM SALURAN TERBUKASALURAN TERBUKA

Saluran SegiempatSaluran Segiempat

Saluran TrapesiumSaluran Trapesium

y

B

1. Luas Penampang Basah, A = B * y

2. Keliling Basah,P = B + 2y

3. Jari-jari Hidrolis, R = A / P

B + 2my

1m

B

y

1. Luas Penampang Basah,

A = 0,5 y(B + (B+2my)

2. Keliling Basah,

P = B + 2{y(1+m2)1/2}

3. Jari-jari Hidrolis, R = A / P

KECEPATAN ALIRAN YANG DIIJINKAN KECEPATAN ALIRAN YANG DIIJINKAN BERDASARKAN JENIS MATERIALBERDASARKAN JENIS MATERIAL

Jenis BahanJenis Bahan Kecepatan Aliran yang Kecepatan Aliran yang diijinkan , Vijin (m/dt)diijinkan , Vijin (m/dt)

Pasir HalusPasir Halus

Lempung KepasiranLempung Kepasiran

Lanau AluvialLanau Aluvial

Lempung KokohLempung Kokoh

Lempung PadatLempung Padat

Kerikil KasarKerikil Kasar

Batu-batu besarBatu-batu besar

Pasangan batuPasangan batu

BetonBeton

Beton bertulangBeton bertulang

0,450,45

0,500,50

0,700,70

0,750,75

1,101,10

1,201,20

1,501,50

1,501,50

1,501,50

1,501,50

LATIHANLATIHAN

1.1. Saluran segiempat mempunyai lebar 2 m Saluran segiempat mempunyai lebar 2 m dan kedalam air 1,5 m, jika kemiringan dan kedalam air 1,5 m, jika kemiringan saluran, I = 0,1%, tentukan kecepatan saluran, I = 0,1%, tentukan kecepatan yang terjadi (C.Chezy = 40)yang terjadi (C.Chezy = 40)

2.2. Saluran trapesium lebar dasar 2 meter Saluran trapesium lebar dasar 2 meter dan kemiringan talud, 1: m, (m = 1) dan kemiringan talud, 1: m, (m = 1) kedalaman air 1,2 m. Tentukan kedalaman air 1,2 m. Tentukan kecepatannya jika I = 0,12% dan Koef n kecepatannya jika I = 0,12% dan Koef n = 0,015= 0,015

PENAMPANG EKONOMISPENAMPANG EKONOMIS

Dari penurunan rumus kecepatan diperoleh rumus Dari penurunan rumus kecepatan diperoleh rumus debit (Manning) sbb :debit (Manning) sbb :

Debit (Q) akan maksimum jika jari-jari hidrolis (R) Debit (Q) akan maksimum jika jari-jari hidrolis (R) maksimum dengan syarat A, n dan I konstan, kondisi maksimum dengan syarat A, n dan I konstan, kondisi dapat disebut saluran dengan penapang ekonomis.dapat disebut saluran dengan penapang ekonomis.

Untuk memperoleh R maksimum maka keliling Untuk memperoleh R maksimum maka keliling basah (P) harus minimum. basah (P) harus minimum.

P

ARIR

nAQ ;1 2/13/2

SALURAN TRAPESIUM SALURAN TRAPESIUM EKONOMISEKONOMIS

1

mB

y

22

2

2

12

)2()1(

)3........(12

)(

)2......(..........12

)1....(..........).........(

myy

myAP

myB

myBy

P

AR

myBP

myByA

T = B+2my

Nilai P akan Nilai P akan minimum jika minimum jika dP/dy = 0, dan dP/dy = 0, dan nilai m konstan, nilai m konstan, sehingga :sehingga :

2214

12(

12212

212(

;12

122

0122

012)(

)4()1(

)4..(..........120

)12(

2

2

22

2

2

2

2

22

22

2

y

mymy

mymyyR

mymymy

mymymyy

P

AR

makamyT

mymyB

mymyB

mmy

myBy

mmy

A

mymyy

A

dy

d

dy

dP

SALURAN SEGI EMPAT SALURAN SEGI EMPAT EKONOMISEKONOMIS

yB

By

P

AR

yy

AyBP

ByA

2

22

yByB

y

A

dy

dP

202

022

B

y

Qmaks dicapai jika Rmaks, sehingga P harus minimum :

Sehingga segiempat ekonomis didapat :

2

4

2 2

yR

yP

yA

LatihanLatihan

1.1. Turunkan rumus penampang ekonomis Turunkan rumus penampang ekonomis untuk saluran bentuk segitiga dan untuk saluran bentuk segitiga dan setengah lingkaransetengah lingkaran

2.2. Saluran segiempat menerima debit Saluran segiempat menerima debit sebesar 5 msebesar 5 m33/dt, kemiringan sal. I = /dt, kemiringan sal. I = 0,2%. Tentukan dimensi sal yang 0,2%. Tentukan dimensi sal yang ekonomis, jika koef. N = 0,022ekonomis, jika koef. N = 0,022

ENERGI SPESIFIKENERGI SPESIFIK

Energi yang terdapat pada satu satuan Energi yang terdapat pada satu satuan berat air yang mengalir terdiri dari tiga berat air yang mengalir terdiri dari tiga bentuk yaitu energi kinetik (vbentuk yaitu energi kinetik (v22/2g), energi /2g), energi tekanan (y) dan energi elevasi (z) diatas tekanan (y) dan energi elevasi (z) diatas garis referensi.garis referensi.

z

y

V2/2g

Datum

Energi Total pada setiap tampang saluran Energi Total pada setiap tampang saluran terbuka adalah:terbuka adalah:

H = z + y + vH = z + y + v22/2g/2g Energi Spesifik adalah energi yang diukur Energi Spesifik adalah energi yang diukur

dari dasar pada setiap tampang saluran dari dasar pada setiap tampang saluran terbuka, jumlah energi tekanan dan energi terbuka, jumlah energi tekanan dan energi kinetik (kecepatan) adalah :kinetik (kecepatan) adalah :

Es = y + vEs = y + v22/2g/2g Kurva Energi spesifik menunjukkan hub Kurva Energi spesifik menunjukkan hub

antara nilai Es dan kedalaman (y) saluran antara nilai Es dan kedalaman (y) saluran terbukaterbuka

KURVA ENERGI SPESIFIKKURVA ENERGI SPESIFIK

Ked

alam

an

Energi Spesifik

45O

Energi Kinetik

Energi

SpesifikSubkritis

Superkritis

yc V2/2g

y

yc

y

T

dy

dA

Kritis

Kedalaman Kritis terjadi pada kondisi energi spesifik minimum untuk debit yang ditinjau, y = yc, dapat ditentukan dengan

mendeferensialkan, dEs/dy = 0

KEDALAMAN KRITIS KEDALAMAN KRITIS SALURAN TERBUKASALURAN TERBUKA

3

2

3

2

2

2

2

2

1

;1

)1(

21

2

gA

TQ

dy

dEs

dy

dAT

dy

dA

gA

Q

dy

dEs

dy

dA

AdA

d

g

Q

dy

dEs

gA

QyEs

gD

V

gD

V

gD

V

gDA

Q

makaT

AD

gA

TQ

gA

TQ

2

22

2

2

3

2

3

2

1

,;

101

Deferensial terhadap y untuk debit Q konstan :

Untuk nilai Es minimum, maka dEs/dy =0, sehingga :

= Bilangan Froud (Fr)

Bilangan Froud (Fr) = 1 adalah kondisi aliran Bilangan Froud (Fr) = 1 adalah kondisi aliran kritis jika Fr > 1 kondisi aliran superkritis kritis jika Fr > 1 kondisi aliran superkritis (meluncur) dan Fr < 1 kondisi aliran subkritis (meluncur) dan Fr < 1 kondisi aliran subkritis (mengalir)(mengalir)

Untuk saluran segiempat D=y dan A=By, maka Untuk saluran segiempat D=y dan A=By, maka kedalaman kritisnya :kedalaman kritisnya :

Ac

QVc

gB

Qy

kritisByg

Q

DAg

Q

c

32

2

232

22

;

LatihanLatihan

Turunkan rumus kedalaman kritis untuk saluran Turunkan rumus kedalaman kritis untuk saluran berikut :berikut : Saluran segi empatSaluran segi empat Saluran segitiga dg talud 1:m; m=1Saluran segitiga dg talud 1:m; m=1 Saluran Trapesium dg talud 1:m; m=2Saluran Trapesium dg talud 1:m; m=2 Saluran setengah lingkaran Saluran setengah lingkaran

Saluran segiempat dg debit,Q=1,5 mSaluran segiempat dg debit,Q=1,5 m33/dt, /dt, kemiringan, I=0,1% dimensi saluran B=2y, kemiringan, I=0,1% dimensi saluran B=2y, tentukan dimensinya (B dan y) dan kedalaman tentukan dimensinya (B dan y) dan kedalaman kritisnya (yc)kritisnya (yc)

LONCAT AIRLONCAT AIR

Apabila tipe aliran disaluran terbuka Apabila tipe aliran disaluran terbuka berubah dari aliran superkritis menjadi berubah dari aliran superkritis menjadi subkritis maka akan terjadi loncat air.subkritis maka akan terjadi loncat air.

Keadaan loncat air dapat dijumpai pada Keadaan loncat air dapat dijumpai pada kaki bangunan pelimpahkaki bangunan pelimpah

y

ycyn

KEHILANGAN TENAGA PADA KEHILANGAN TENAGA PADA LONCAT AIR LONCAT AIR

Pada loncat air kecepatan berkurang Pada loncat air kecepatan berkurang secara mendadak dari Vsecara mendadak dari V11 berubah V berubah V22, ,

demikian juga kedalaman aliran dari ydemikian juga kedalaman aliran dari y1 1

menjadi ymenjadi y22

y1y2

F1

F2

v1v2 yc

Δ Es

Garis energi

RUMUS PERSAMAAN PADA RUMUS PERSAMAAN PADA LONCAT AIRLONCAT AIR

22

222

21

211

2

1

2

1

2

1

2

1

gyyF

gyyF

GAYA TEKANAN HIDROSTATIS BAGIAN II

GAYA TEKANAN HIDROSTATIS BAGIAN I

PERSAMAAN MOMENTUMPERSAMAAN MOMENTUM

)(2

))((

)(2

)11

(2

)(

)()(2

1

2

1

);(

1221

2

1212

1221

2

12

221

22

1212

22

21

12

yyygy

qyyyy

yyygy

q

yyg

qyy

y

q

y

qqVVqgygy

B

QqVVqF

KEDALAMAN LONCAT AIRKEDALAMAN LONCAT AIR

)2

4

1(

2

1(

2

/2

02

2)(

1

21

12

122

112

1

2

2122

21

2

12

gy

Vyy

gyqyyy

gy

qyyy

ygy

qyy

y2 diambil yang positif, sehingga :