pertemuan iv. hidrolika dan jenis aliran dalam saluran
DESCRIPTION
FLUIDATRANSCRIPT
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