HIDROLIKA DAN JENIS ALIRAN DALAM SALURAN
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 .g 2 g .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
Geometri Saluran
Kedalaman (y) - depth Ketinggian di atas datum (z) - stage Luas penampang A (area – cross section area) Keliling basah (P) – wetted perimeter Lebar permukaan (B) – surface perimeter Jari-jari hidrolis – (A/P) – rasio luas terhadap keliling basah Rata-rata kedalaman hidrolis (D) – rasio luas terhadap lebar permukaan Kemiringan saluran (So)
Persamaan untuk saluran persegipanjang, trapezoidal, dan lingkaran
X=1/m,
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
Distribusi kecepatan berdasar kedelaman
Free surface flow
One dimensional mode
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 Sy
V : kecepatan rata-rata
R : Jari-jari hidrolik S : Kemiringan energ C : 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
SOAL 1
PEMBAHASAN
SOAL 2 CONTOH SOAL Air mengalir melalui pipa 1 dengan diameter 15 cm yang kemudian bercabang menjadi pipa 2 dan 3, yang masing – masing berdiameter 10 dan 5 cm. kecepatan dipipa 2 adalah 0.5 kali kecepatan pipa 1. Hitung debit aliran apabila kecepatan maksimum pipa 3 tidak boleh lebih dari 3 m/d
PEMBAHASAN
