ALIRAN SALURAN TERBUKA
-
Upload
poppy-purnama -
Category
Documents
-
view
255 -
download
17
description
Transcript of ALIRAN SALURAN TERBUKA
![Page 1: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/1.jpg)
Agus Bambang Irawan, S.Si, M.Sc
ALIRAN SALURAN TERBUKA
![Page 2: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/2.jpg)
Aliran Air Terbagi
Aliran saluran terbuka (Open Channel Flow)
Aliran saluran tertutup (Pipe Flow)
Aliran saluran pada pori (Ground Water Flow)
![Page 3: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/3.jpg)
dengan z : elevasi (tinggi tempat);
: tinggi tekanan;
: tinggi kecepatan;
hf : kehilangan tenaga.
fhg
Vpz
g
Vpz
22
2
222
2
111
p
g
V
2
2
Persamaan Bernoulli
![Page 4: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/4.jpg)
Aliran saluran tertutup
![Page 5: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/5.jpg)
Aliran Saluran Terbuka
![Page 6: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/6.jpg)
Perbandiangan antara aliran pipa dengan aliran saluran terbuka
![Page 7: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/7.jpg)
Klasifikasi aliran berdasarkan bilangan Reynolds
• Bilangan Reynolds menyatakan perbandingan gaya kekentalan (viskositas) dengan gaya inersia.
• Jika gaya viskositas yang lebih dominan maka disebut aliran laminar, sedangkan jika yang dominan gaya inersia maka disebut aliran turbulen
• Re = bilangan Reynold ; v = kecepatan ; R = A/P = jari-jari hidrolik; A = luas penampang basah; P = keliling basah; 𝝊 = viskositas kinematik
![Page 8: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/8.jpg)
• Re < 500 aliran laminer
• 500 < Re < 12.500 aliran transmisi
• Re > 12.500 aliran turbulen
![Page 9: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/9.jpg)
Klasifikasi aliran berdasarkan kekritisannya
• Tingkat kekritisaan aliran dinyatakan dengan bilangan Froud, yaitu perbandingan antara gaya inersia dengan gaya grafitasi. v = kecepatan aliran ;
g = gravitasi; D= A/T = kedalaman hidrolik; A = luas penampang basahT = lebar puncak
• Aliran dikatakan kritis (F=1) jika kecepatan aliran sama dengan gelombang gravitasi dengan amplitudo rendah. Gelombang gravitasi bisa dibangkitkan dengan mengubah kedalaman
![Page 10: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/10.jpg)
Subkritis F < 1 aliran dengan kecepatan rendah (air mengalir)
Kritis F = 1 Superkritis F > 1 aliran dengan kecepatan
tinggi (air meluncur)
Aliran subkritis dikendalikan oleh halangan di hilir sementara aliran superkritis dipengaruhi pengendalian hulu aliran.
![Page 11: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/11.jpg)
Kombinasi Pengaruh Gaya Inersia, Grafitasi Dan Kekentalan Menyebabkan Kondisi Aliran Tertentu
• Laminar Subkritis (Subcritical Laminar) = F <1 dan Re < 500
• Laminar Superkritis (Supercritical Laminar) = F > 1 dan Re < 500
• Turbulen Subkritis (Subcritical Turbulen) = F<1 dan Re > 1000
• Turbulen Superkritis (Supercritical Turbulen)= F > 1 dan Re > 1000
![Page 12: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/12.jpg)
TIPE ALIRAN SALURAN TERBUKA
A. Aliran Tunak (Steady Flow)
Aliran tunak adalah aliran yang mempunyai kedalaman tetap untuk selang waktu tertentu.
• Aliran seragam (uniform flow) : bila kedalaman air sama untuk setiap penampang saluran. Contoh = saluran drainase
• Aliran tidak seragam ( non uniform flow / varied flow) : bila kedalaman air tidak sama untuk setiap penampang saluran. Contoh = aliran pada pintu air
![Page 13: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/13.jpg)
Aliran tidak seragam dibagi menjadi dua :
a) aliran berubah lambat laun
Aliran ini mempunyai ciri kedalaman berubah sesuai dengan perubahan waktu
b) aliran berubah tiba-tiba
Aliran berubah tiba-tiba terjadi ketika kedalaman air berubah tiba-tiab
![Page 14: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/14.jpg)
B. Aliran Taktunak (Unsteady Flow)Aliran tidak tunak adalah aliran yang mempunyai kedalaman aliran yang berubah tidak sesuai dengan waktu. Contoh : Banjir.
1) Aliran seragam tidak tunak (unsteady uniform flow)
Aliran saluran terbuka dimana aliran mempunyai permukaan yang fluktuatif sepanjang waktu dan tetap sejajar dengan dasar saluran. Aliran ini jarang dijumpai dalam praktek.
![Page 15: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/15.jpg)
2) Aliran berubah tidak tunak ( Unsteady varied flow)Aliran saluran terbuka dimana kedalaman aliran berubah sepanjang waktu dan ruang.
a) aliran tidak tunak berubah lambat laun
Kedalaman air berubah sepanjang waktu dan ruang dengan perubahan kedalaman secara lambat laun
b) aliran tidak tunak berubah tiba-tiba
Kedalaman air berubah sepanjang waktu dan ruang dengan perubahan kedalaman secara tiba-tiba
![Page 16: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/16.jpg)
Kombinasi Aliran di Saluran Terbuka
![Page 17: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/17.jpg)
Beberapa Contoh tipe Aliran
• Steady Uniform FlowSaluran drainase, irigasiSaluran dengan debit, kecepatan dan kedalaman tetapAliran pada saluran di percobaan laboratorium
• Steady Non Uniform FlowAliran setelah keluar dari pintu airAliran yang mengalami pembendunganAliran yang mengalami penurunan hidrolikAliran yang mengalami loncatan hidrolik
![Page 18: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/18.jpg)
• Unsteady Uniform Flow Aliran pada saluran di percobaan
laboratorium (jarang terjadi)
• Unsteady Non Uniform Flow Aliran pada saat banjir sungai Aliran gelombang tegak berjalan Aliran gelombang dari muara ke hulu
![Page 19: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/19.jpg)
Saluran Terbuka
1. Artificial Channel / Saluran Buatan
2. Natural Channel / Saluran Alami
![Page 20: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/20.jpg)
Artificial Channel/Saluran Buatan
Dibuat oleh manusia Contoh: Saluran irigasi, kanal, saluran pelimpah,
kali, selokan, gorong-gorong dll Umumnya memiliki geometri saluran yang tetap
(tidak menyempit/melebar) Dibangun menggunakan beton, semen, besi Memiliki kekasaran yang dapat ditentukan Analisis saluran yang telah ditentukan
memberikan hasil yang relatif akurat
![Page 21: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/21.jpg)
Natural Channel/Saluran Alami
Geometri saluran tidak teratur Material saluran bervariasi – kekasaran
berubah-ubah Lebih sulit memperoleh hasil yang akurat
dibandingkan dengan analisis aliran saluran buatan.
Perlu pembatasan masalah, bila tidak analisis menjadi lebih kompleks (misal erosi dan sedimen)
![Page 22: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/22.jpg)
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 (T) – 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)
![Page 23: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/23.jpg)
Gambar. Penampang melintang dan memanjang pada saluran terbuka
Z
![Page 24: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/24.jpg)
Kedalaman Aliran
• Kedalaman aliran dengan notasi d adalah kedalaman dari penampang aliran
• Kedalaman y adalah kedalaman vertikal
![Page 25: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/25.jpg)
• Duga (Stage) z adalah elevasi atau jarak vertikal dari permukaan air di atas suatu datum (bidang persamaan)
• Lebar permukaan (Top Width) T adalah lebar penampang saluran pada permukaan bebas.
• Luas Penampang (Area) A adalah luas penampang melintang aliran pada saluran terbuka
• Keliling basah (wetted perimeter) P adalah panjang bagian atau porsi dari parameter penampang aliran yang bersentuhan (kontak) dengan batas benda padat baik dasar maupun dinding saluran
![Page 26: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/26.jpg)
Gambar. Parameter Lebar permukaan T, Lebar dasar B, luas penampang dan keliling basah suatu aliran
![Page 27: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/27.jpg)
• Jari-jari hydrolik (Hydraulic Radius) R adalah perbandingan luas penampang dibagi keliling basah.
![Page 28: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/28.jpg)
• Kedalaman hydrolik (hydroulic depth) D adalah perbandingan luas penampang dibagi lebar permukaan
• Faktor penampang untuk perhitungan aliran kritis (section factor for critical flow computation) Z adalah perkalian luas penampang A dengan akar dari kedalaman hydrolik D
![Page 29: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/29.jpg)
• Faktor penampang untuk perhitungan aliran seragam (section factor for uniform flow computation) Z adalah perkalian dari luas penampang dan pangkat 2/3 dari jari-jari hydrolik
• Z =
![Page 30: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/30.jpg)
Penampang Saluran Sangat Lebar
• adalah adalah suatu penampang saluran terbuka yang lebar sekali dimana pendekatan sebagai saluran terbuka berpenampang persegi empat
• Dengan lebar yang jauh lebih besar daripada kedalaman aliran B >> y, dan keliling basah P disamakan dengan lebar saluran B.
• Dengan demikian maka luas penampang A = B.y ; P = B sehingga :
![Page 31: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/31.jpg)
Gambar. Parameter potongan melintang
![Page 32: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/32.jpg)
Persamaan untuk saluran persegipanjang, trapezoidal, dan lingkaran
X=1/m,
![Page 33: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/33.jpg)
![Page 34: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/34.jpg)
Distribusi Kecepatan Bergantung banyak faktor antara lain
Bentuk saluran Kekasaran dinding saluran Debit aliran
Kecepatan minimum terjadi di dekat dinding batas, membesar dengan jarak menuju permukaan
Pada saluran dengan lebar 5-10 kali kedalaman, distribusi kecepatan disekitar bagian tengah saluran adalah sama.
Dalam praktek saluran dianggap sangat lebar bila lebar > 10 x kedalaman
2,52,0
1.0
2,52,0
1.02,52,0
1.0
![Page 35: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/35.jpg)
Distribusi kecepatan berdasar kedalaman
Free surface flow One dimensional model
![Page 36: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/36.jpg)
Persamaan Kecepatan Pada Aliran Seragam
Dengan
V = kecepatan
C = faktor hambatan
R = jari-jari hidrolik
i = kemiringan / gradien garis energi = h / L
R. Chezy mengembangkan rumus empiris kecepatan aliran diatas menjadi
![Page 37: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/37.jpg)
Menentukan nilai C (koefisien Chezy)
a. Kutter (1869)
Dengan
N = Koefisien kekasaran Kutter
R = radius hidrolik
S = kemiringan
![Page 38: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/38.jpg)
b. Bazin (1897)
Dengan
m = Koefisien kekasaran Bazin
R = radius hidrolik •
![Page 39: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/39.jpg)
Persamaan Kecepatan Darcy-Weisbach
dengan 𝝀 = faktor gesekan
g = percepatan grafitasi = 9,81
R = radius hidrolik
S = kemiringan
![Page 40: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/40.jpg)
Persamaan Kecepatan Manning-Gaukler-Strickler (MGS)
Dengan
kst = 1/n = Koefisien kekasaran Strickler
n = koefisien kekasaran manning
R = radius hidrolik
S = kemiringan
Rumus MSG adalah rumus yang paling banyak dipakai dalam saluran aliran terbuka
![Page 41: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/41.jpg)
Kekasaran Manning dipengaruhi=
• Kekasaran permukaan dasar dan dinding saluran
• Tumbuh-tumbuhan• Ketidak-teraturan bentuk penampang• Alignment dari saluran• Sedimentasi dan erosi• Penyempitan (adanya pilar-pilar jembatan)• Bentuk dan ukuran saluran• Elevasi permukaan air dan debit aliran
![Page 42: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/42.jpg)
Debit Aliran
Q = A.VDengan
Q = debit aliran
A = luas penampang
V = kecepatan
![Page 43: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/43.jpg)
• Apabila angka n ( kekasaran Manning ) tetap atau tidak bergantung pada variasi kedalaman, maka dapat dibuat kurva hubungan antara Q dan Q0 serta V dan V0.
• Harga–harga tersebut merupakan harga
perbandingan antara debit Q dan kecepatan V untuk suatu kedalaman aliran y terhadap debit awal Q0 dan kecepatan awal V0 dari kondisi aliran penuh.
![Page 44: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/45.jpg)
Latihan:
Suatu trapesium terbuka berpenampang Trapesium , mempunyai lebar dasar B = 6 m; Kemiringan tebing 1 : z = 1 : 2. Kemiringan longitudinal Ib = 0,0016
Dan faktor kekasaran Manning n = 0,025.
Tentukan kedalaman normal dengan cara aljabar apabila Q = 11 m3/det
![Page 46: ALIRAN SALURAN TERBUKA](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012304/55cf9a6f550346d033a1b441/html5/thumbnails/46.jpg)
Pengukuran Kecepatan Aliran• Menggunakan current meter
– Baling-baling yang berputar karena adanya aliran– Menggunakan hubungan antara kecepatan sudut
dan kecepatan aliran• Semakin banyak titik pengukuran semakin
baik• Untuk keperluan praktis kecepatan rata-rata
diukur – pada 0,6 kali kedalaman dari muka air– rerata kecepatan pada 0,2 dan 0,8 kali kedalaman– 0,8-0,95 kecepatan di permukaan (biasa diambil
0,85)– Kecepatan maksimum terjadi pada antara 0,75-
0,95 kali kedalaman