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 (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=VxA
V
A
: Kecepatan aliran
: Luas penampang pipa/saluran
Persamaan Kontinuitas
Banyaknya fluida yang mengalir tiap detik
pada tiap penampang adalah sama
1
2
Q1 = Q2 = Q3
A1 V1 = A2 V2 = A3 V3
3
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
2
2
p1
V1
p2
V
+
= z2 +
+
z1 +
r .g 2 g
r .g 2 g
Asumsi dalam persamaan
Bernoulli
1.
2.
3.
Kecepatan partikel fluida di
setiap penampang adalah sama
Tidak ada gaya-gaya luar yang
bekerja pada fluida selain gaya
berat
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
saluran
karena adanya slope dasar
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
3a
A
Change in Storage
3b
Outflow
1
A
2
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 Rx Sy




V
R
S
C
:
:
:
:
kecepatan rata-rata
Jari-jari hidrolik
Kemiringan energ
Faktor tahanan aliran
Rumus Chezy

1769 Insinyur Perancis Antoine Chezy
V
R
S
C

:
:
:
:
Kecepatan rata-rata
Jari-jari hidrolik
Kemirinan garis energi
Faktor tahanan aliran Chezy
Penentuan Faktor
hambatan Chezy

Rumus Ganguillet-Kutter



Rumus Bazin



Dari Swiss : 1869
Nilai C berhubungan dengan S, R dan
koef.kekasaran n
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:
1.49 2 3 1 2
v=
R S
n
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
0.05
0.07
0.07
0.075
0.1
0.15
Bottom: gravels, cobbles, and few boulders
0.03
0.04
0.05
Bottom: cobbles with large boulders
0.04
0.05
0.07
Sluggish reaches, weedy, deep pools
Very weedy reaches, deep pools, or floodways
with heavy stand of timber and underbrush
Mountain streams, no vegetation in channel, banks
steep, trees & brush along banks submerged at
high stages