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 (persamaanpersamaan aliran tertentu) 3. Prinsip Momentum (persamaan gayagaya 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 A : Kecepatan aliran : Luas penampang pipa/saluran
Persamaan Kontinuitas Banyaknya fluida yang mengalir tiap detik pada tiap penampang adalah sama 1 2 3 Q1 = Q2 = Q3 A1 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. 2 p V p z + 1 + 1 = z + 2 + 1 r 2. g 2g r. g V 2 2 2g
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 3 A 3a Change in Storage 3b 1 A 2 Outflow Section AA
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 R x S y 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: v = 1.49 n 3 R 2 S 1 2 Kecepatan rata-rata R : Jari-jari hidrolik S : Kemirinan garis energi n : koefisien kekasaran
Koefisien kekasaran Manning Type 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