pertemuan iv. hidrolika dan jenis aliran dalam saluran

HIDROLIKA DAN JENIS ALIRAN DALAM SALURAN

Heri Suprapto

Dasar-Dasar Aliran Fluida

Konsep penting dalam aliran fluida

1. Prinsip kekekalan massa (persamaan kontinuitas)

2. Prinsip Energi Kinetik (persamaan-persamaan aliran tertentu)

3. Prinsip Momentum (persamaan gaya-gaya dinamik fluida yang mengalir)

Gerakan Fluida Pengertian Debit

Adalah banyaknya fluida yang mengalir melalui penampang pipa atau saluran terbuka tiap detik.

Q = V x A

V : Kecepatan aliranA : Luas penampang pipa/saluran

Persamaan KontinuitasBanyaknya fluida yang mengalir tiap detik

pada tiap penampang adalah sama

1 23

Q1 = Q2 = Q3A1 V1 = A2 V2 = A3 V3

Persamaan Energi/Bernoulli Pada tiap saat dan tiap posisi yang ditinjau dari

suatu aliran didalam pipa tanpa gesekan yang tidak bergerak, akan mempunyai jumlah energi potensial, energi tekanan,dan energi kecepatan yang sama besarnya.

g

V

g

pz

g

V

g

pz

2.2.

222

2

2

111

Asumsi dalam persamaan Bernoulli

1. Kecepatan partikel fluida di setiap penampang adalah sama

2. Tidak ada gaya-gaya luar yang bekerja pada fluida selain gaya berat

3. Tidak terjadi kehilangan energi

Penggunaan Persamaan Bernoulli Venturimeter ( untuk mengukur

debit ) Orifece meter ( untuk mengukur

debit dalam pipa ) Tabung pitot ( mengukur

kecepatan arus dalam saluran terbuka dan tertutup )

Keseimbangan Energi

Aliran tertutup dan aliran terbuka

Perbedaan Aliran tertutup dan Aliran Terbuka

Prinsip Aliran Tertutup Fluida, setelah mengalir masuk ke dalam

pipa akan membentuk LAPIS BATAS dan tebalnya akan bertambah besar sepanjang pipa. Pada suatu titik sepanjang garis tengah pipa, lapisan akan bertemu dan membentuk daerah yang terbentuk penuh di mana kecepatannya tidak berubah setelah melintasi titik tersebut. Jarak dari ujung masuk pipa ke titik pertemuan lapis batas tsb dinamakan PANJANG KEMASUKAN.

Kehilangan Energi pada aliran tertutup

• Kehilangan energi akibat gesekan

• Kehilangan energi akibat perlambatan• Pelebaran • Penyempitan • Belokan• pearcabangan

ALIRAN SALURAN

TERBUKA

Prinsip Aliran Terbuka Aliran dengan permukaan bebas

Mengalir dibawah gaya gravitasi, dibawah tekanan udara atmosfir.

Mengalir karena adanya slope dasar

saluran  

Jenis-Jenis Aliran Berdasarkan waktu pemantauan

Aliran Tunak (Steady Flow) Aliran Taktunak (unsteady Flow)

 Berdasarkan ruang pemantauan Aliran Seragam (Uniform flow) Aliran Berubah (Varied flow)

Perilaku aliran saluran terbuka Ditentukan oleh pengaruh kekentalan dan

gravitasi sehubungan dengan gaya inersia aliran

Pengaruh kekentalan: Laminar : jika kekentalan sangat besar. Turblen : jika kekentalan relatif lemah. perlaihan

Inflow

1 2

A

A

3

Section AA

Change in Storage

Outflow

3a

3b

Geometri Saluran Prismatik : penampang melintangnya tidak

berubah dan kemiringan dasarnya tetap Tak-Prismatik : penampang melintangnya

berubah dan kemiringan dasar juga berubah

Distribusi kecepatan pada penampang saluran Dengan adanya suatu permukaan bebas

dan gesekan disepanjang dinding saluran, maka kecepatan dalam saluran tidak terbagi merata.

Kecepatan maksimum terjadi pada 0.05 s/d 0.25 dari permukaan.

Makin ke tepi makin dalam

Energi Spesifik dan aliran kritis

Energi spesifik dalam suatu penampang saluran adalah energi fluida setiap satuan berayt pada setiap penampang saluran

Aliran kritis adalah keadaan aliran dimana energi spesifiknya untuk suatu debit tertentu adalah minimum.

Pada keadaan kritis dari suatu aliran, tingi kecepatan sama dengan setengah dari kedalaman hidrolik.

Aliran Seragam

Prinsip Aliran Seragam Kedalaman aliran adalah konstan dalam

waktu dan ruang Gaya gravitasi yang ada di imbangi oleh

gaya friksi yang ada Aliran yang benar-benar seragam jarang

ditemukan dalam kenyataan dan ada beberapa aliran yang diasumsikan sebagai aliran seragam

Pembentukan aliran seragam Aliran air dalam saluran terbuka akan

mengalami hambatan saat mengalir ke hilir.

Hambatan akan dilawan oleh komponen gaya berat yang bekerja dalam arah geraknya.

Bila hambatan seimbang dengan gaya berat maka aliran yang terjadi adalah aliran seragam.

Kecepatan aliran seragam Kecepatan rata-rata aliran seragam

turbulen dalam saluran terbuka biasanya dinyatakan dengna rumus aliran seragam.

V = C Rx Sy

V : kecepatan rata-rata

R : Jari-jari hidrolik

S : Kemiringan energ

C : Faktor tahanan aliran

Rumus Chezy 1769 Insinyur Perancis Antoine Chezy

V : Kecepatan rata-rata R : Jari-jari hidrolik S : Kemirinan garis energi C : Faktor tahanan aliran Chezy

Penentuan Faktor hambatan Chezy Rumus Ganguillet-Kutter

Dari Swiss : 1869 Nilai C berhubungan dengan S, R dan

koef.kekasaran n Rumus Bazin

Dari Perancis : 1897 C adalah funsi R bukan S

Rumus Powel 1950 C adalah rumus logaritmis

Rumus Manning In 1889 Irish Engineer, Robert Manning presented

the formula:

2132 SRn

49.1v

Kecepatan rata-rataR : Jari-jari hidrolikS : Kemirinan garis energin : koefisien kekasaran

Koefisien kekasaran ManningType of Channel and Descriptioning Minimum Normal Maximum

Streams

Streams on plain

Clean, straight, full stage, no rifts or deep pools 0.025 0.03 0.033

Clean, winding, some pools, shoals, weeds & stones

0.033 0.045 0.05

Same as above, lower stages and more stones 0.045 0.05 0.06

Sluggish reaches, weedy, deep pools 0.05 0.07 0.07

Very weedy reaches, deep pools, or floodways 0.075 0.1 0.15

with heavy stand of timber and underbrush

Mountain streams, no vegetation in channel, banks steep, trees & brush along banks submerged at high stages

Bottom: gravels, cobbles, and few boulders 0.03 0.04 0.05

Bottom: cobbles with large boulders 0.04 0.05 0.07