dinamika fluida_pertemuan 6

8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6

1/42

ALIRAN SALURAN

TERBUKA

Mekanika Fluida


2/42

Pengertian

• Saluran terbuka: saluran di mana air

mengalir dengan muka air bebas


3/42

Prinsip Aliran Terbuka

• Aliran dengan !ermukaan bebas

•Mengalir diba"a# ga$a gra%itasi& diba"a#tekanan udara atm's(ir

• Mengalir karena adan$a sl'!e dasarsaluran


4/42

Saluran terbuka

Saluran tertutu!

Saluran tertutu! di atas saluran terbuka


5/42

)enis Saluran berdasar Pembuatann$a

Saluran alam *

natural +#annel

Saluran buatan *

arti(i+ial +#annel


6/42

Saluran Alam

, -e'metri saluran tidak teratur

, Material saluran ber%ariasi , kekasaran

beruba#.uba#

, Lebi# sulit mem!er'le# #asil $ang akuratdibandingkan dengan analisis aliran saluran

buatan

, Perlu !embatasan masala#& bila tidak analisismen/adi lebi# k'm!leks 0misal er'si dan

sedimen1


7/42

Saluran Buatan

, 2ibuat 'le# manusia

, 3'nt'#: Saluran irigasi& kanal& saluran

!elim!a#& sel'kan& g'r'ng.g'r'ng dll

, Umumn$a memiliki ge'metri saluran $angteta! 0tidak men$em!it*melebar1

, 2ibangun menggunakan bet'n& semen& besi

, Memiliki kekasaran $ang da!at ditentukan , Analisis saluran $ang tela# ditentukan

memberikan #asil $ang relati( akurat


8/42

Ke+e!atan Aliran

• Ke+e!atan aliran 041 meru!akan

!arameter $ang !enting dalam analisis

aliran atau !eran+angan saluran

• Ke+e!atan aliran akan menentukan /enis

aliran a!aka# termasuk aliran:

, Laminer& transisi atau turbulen

, Subkritis& kritis& atau su!erkritis


9/42

Pengukuran ke+e!atan aliran

• Menggunakan +urrent meter , Baling.baling $ang ber!utar karena adan$a aliran

, Menggunakan #ubungan antara ke+e!atan sudut danke+e!atan aliran

• Semakin ban$ak titik !engukuran semakin baik

• Untuk ke!erluan !raktis ke+e!atan rata.rata diukur , !ada 5&6 kali kedalaman dari muka air

, rerata ke+e!atan !ada 5&7 dan 5&8 kali kedalaman

, 5&8.5&9 ke+e!atan di !ermukaan 0biasa diambil 5&81

Ke+e!atan maksimum ter/adi !ada antara 5&;.5&9 kalikedalaman


10/42

Prinsip pengukuran dan hitungan debit suatu saluran


11/42

2istribusi ke+e!atan berdasar

kedalaman

Free sur(a+e (l'"


12/42

Distribusi kecepatan pada

penampang saluran

• 2engan adan$a suatu !ermukaan bebas

dan gesekan dise!an/ang dinding saluran&

maka ke+e!atan dalam saluran tidak

terbagi merata

• Ke+e!atan maksimum ter/adi !ada 55

s*d 57 dari !ermukaan

• Makin ke te!i makin dalam


13/42


14/42

Energi Spesifik dan aliran kritis

• Energi s!esi(ik dalam suatu !enam!ang

saluran adala# energi (luida setia! satuan

bera$t !ada setia! !enam!ang saluran

• Aliran kritis adala# keadaan aliran dimana

energi s!esi(ikn$a untuk suatu debit tertentu

adala# minimum

• Pada keadaan kritis dari suatu aliran& tingike+e!atan sama dengan setenga# dari

kedalaman #idr'lik


15/42

Geometri Saluran

• Prismatik : !enam!ang melintangn$a tidak

beruba# dan kemiringan dasarn$a teta!

• Tak.Prismatik : !enam!ang melintangn$a

beruba# dan kemiringan dasar /uga

beruba#


16/42

H = kedalaman air adalah elevasi atau jarak vertikal dari permukaan air ke dasar saluran

B = Lebar saluran adalah lebar dasar saluran

m = z1 atau z2 , kemiringan tampang saluran / lereng adalah perbandingan antara horisontal dengan vertikal (1

!o = i = kemiringan dasar saluran adalah perbedaan

ketinggian dasar saluran huli dan hilir

5=*5;*>6 >6


17/42

"#"L"H luas penampang melintang dari penampangaliran saluran $ Penampang aliran dide%inisikan sebagai

bagian/porsi dari parameter penampang aliran &ang

bersentuhan (kontak dengan batas benda padat &aitu dasar

dan/atau dinding saluran$ 'otasi atau simbol &angdigunakan untuk luas penampang ini adalah A,dan satuann&a adalah satuan luas (m2, m2 dll$

" = (B ) B ) 2m$H /2 $ H

" = (2B ) 2m$H /2$ H = 2(B ) m$H /2$ H

" = (B ) m$H $ H

5=*5;*>6 Ir2armadi&MM >;

LUAS PENAMPAN- SALURANRUMUS


18/42

*eliling basah saluran adalah panjang bagiandalam saluran dimana air bersentuhan dengan

batas+batas saluran$

Batas tersebut adalah dasar dan dinding atau

lereng /tebing saluran

'otasi atau simbol &ang digunakan untuk keliling basah ini adalah P, dan satuann&a satuan panjang

5=*5;*>6 Ir2armadi&MM >8

KELILIN- BASA? SALURANRUMUS

P = (B ) 1 ) m2 ) 1 ) m2

P = (B ) 2 1 ) m2


19/42

ari+ jari hidrolis dari suatu penampang aliran bukan merupakan karakteristik &ang dapat

diukur langsung, tetapi sering sekali digunakandidalam perhitungan$

#e%inisi dari jari jari h&draulik adalah luas penampangdibagi dengan keliling basah, dan oleh karena

itu mempun&ai satuan panjang- notasi atau simbul &angdigunakan adalah R , dan satuann&a adalah satuan panjang

5=*5;*>6 Ir2armadi&MM >9

)ARI , )ARI ?I2R


20/42

*#"L"0"' H#.L! dari suatu penampangaliran adalah luas

penampang dibagilebar permukaan, danoleh karena itu0empun&ai satuan panjang

D=

A=

T

5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 75


21/42

A

3"*4. P'"0P"'5adalah perkalian dari luas

Z = A D

= AT

penampang aliran " dan

akar dari kedalamanh&draulik #$ !imbol atau

notasi &ang digunakan

adalah Z$

5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 7>


22/42

Bentuk penampang lingkaran biasan&a

digunakan pada perlintasan dengan jalan-saluran ini disebut gorong-gorong

(culvert )$



23/42

Bentuk penampang persegi empat atau

segitiga merupakan pen&ederhanaan dari bentuk trapesium &ang biasan&a digunakan

untuk saluran+saluran drainase &ang melalui

lahan+lahan &ang sempit$7


24/42

A B$ y

adalah suatu penampang saluran terbuka &ang

lebar sekali dimana berlaku pendekatan sebagai

saluran terbuka berpenampang persegi empat

dengan lebar &ang jauh lebih besar daripadakedalaman aliran B 66 &, dan keliling basah Pdisamakan dengan lebar saluran B$ #engan

demikian maka luas penampang " = B . & -

P = B sehingga 7

R = − =−−− P B

= y

5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 7=


25/42

#ebit aliran adalah volume air &ang mengalir

melalui suatu penampang tiap satuan 8aktu,!imbol/notasi &angdiguna an adalah Q$


S


26/42

*eepatan aliran (V) dari suatu penampang alirantidak sama diseluruh penampang aliran, tetapi

bervariasi menurut tempatn&a$

"pabila airan bersentuhan dengan batasn&a(didasar dan dinding saluran keepatan

alirann&a akan mengeil atau nol

Hal ini seringkali membuat kompleksn&a

analisis, oleh karena itu untuk keperluan

praktis biasan&a digunakan harga rata+rata

dari keepatan di suatu penampang aliran



27/42

*eepatan rata+rata ini dide%inisikan

sebagai debit aliran dibagi luas penampang

aliran, dan oleh karena itu satuann&a

adalah panjang per satuan 8aktu$

V = Q

A

#imana7

9 = *eepatan rata : rata aliran (%t/s atau m/s; = #ebit aliran (%t


28/42

5ambar

menunjukkan pembagian

keepatan

diarah vertikal

dengan

keepatanmaksimum di

$2 >permukaan air dan keepatan

nol pada dasar$


57

56

58

58


29/42

#alam aliran saluran terbuka panjang karakteristik

disamakan dengan kedalaman h&draulik #$

#engan demikian untuk aliran saluran terbukaangka 3roude adalah7

"pabila angka Fr =1 (aliran kritis), maka Persamaan diatas

menjadi7


gD

v

Fr =

gDv =


30/42

-e'metri Saluran

• Kedalaman 0$1 . depth

• Ketinggian di atas datum 01 . stage

• Luas !enam!ang A 0area , +r'ss se+ti'n area1

• Keliling basa# 0P1 , "etted !erimeter • Lebar !ermukaan 0B1 , sur(a+e !erimeter

• )ari./ari #idr'lis , 0A*P1 , rasi' luas ter#ada! kelilingbasa#

• Rata.rata kedalaman #idr'lis 021 , rasi' luaster#ada! lebar !ermukaan

• Kemiringan saluran 0S'1


31/42


32/42


33/42

Aliran Seragam


34/42

Prinsip Aliran Seragam

• Kedalaman aliran adala# k'nstan dalam

"aktu dan ruang

• -a$a gra%itasi $ang ada di imbangi 'le#

ga$a (riksi $ang ada

• Aliran $ang benar.benar seragam /arang

ditemukan dalam ken$ataan dan ada

bebera!a aliran $ang diasumsikan

sebagai aliran seragam


35/42

Pembentukan aliran seragam

• Aliran air dalam saluran terbuka akan

mengalami #ambatan saat mengalir ke #ilir

• ?ambatan akan dila"an 'le# k'm!'nen

ga$a berat $ang beker/a dalam ara#

gerakn$a

• Bila #ambatan seimbang dengan ga$a

berat maka aliran $ang ter/adi adala# aliranseragam


36/42

Kecepatan aliran seragam

• Ke+e!atan rata.rata aliran seragam turbulen

dalam saluran terbuka biasan$a din$atakan

dengna rumus aliran seragam

, 4 C 3 RD S$

,4 : ke+e!atan rata.rata

, R : )ari./ari #idr'lik

, S : Kemiringan energ

, 3 : Fakt'r ta#anan aliran


37/42

Rumus Chez

• >;69 Insin$ur Peran+is Ant'ine 3#e$

4 : Ke+e!atan rata.rata

R : )ari./ari #idr'lik

S : Kemirinan garis energi 3 : Fakt'r ta#anan aliran 3#e$


38/42

Penentuan !aktor hambatan

Chez

• Rumus -anguillet.Kutter , 2ari S"iss : >869

, Nilai 3 ber#ubungan dengan S& R dan

k'e(kekasaran n• Rumus Bain

, 2ari Peran+is : >89;

, 3 adala# (unsi R bukan S

• Rumus P'"el , >95

, 3 adala# rumus l'garitmis


39/42

Rumus "anning

• In >889 Iris# Engineer& R'bert Manning !resented t#e

('rmula:

21


40/42

Koefisien kekasaran "anning

Type of Channel and Descriptioning Minimum Normal Maximum

Streams

Streams on plain

Clean, straight, full stage, no rifts or deep pools 0.025 0.0 0.0

Clean, !inding, some pools, shoals, !eeds "

stones

0.0 0.0#5 0.05

Same as a$o%e, lo!er stages and more stones 0.0#5 0.05 0.0&

Sluggish reaches, !eedy, deep pools 0.05 0.0' 0.0'

(ery !eedy reaches, deep pools, or flood!ays 0.0'5 0.) 0.)5

!ith hea%y stand of tim$er and under$rush

Mountain streams, no %egetation in channel, $an*ssteep, trees " $rush along $an*s su$merged athigh stages

+ottom gra%els, co$$les, and fe! $oulders 0.0 0.0# 0.05

+ottom co$$les !ith large $oulders 0.0# 0.05 0.0'


41/42

3'nt'#

>& m >& m >& m

&5 m &5 m &5 m

>&

>

?itungla# /ari./ari #idraulik dari saluran dengan tam!ang

lintang berikut ini:


42/42

Pen$elesaian

a1 Luas tam!ang A C b h C &5 D >& C ;& m7 Keliling basa# P C b 7h C &5 7 D >& C8 m

)ari./ari #idraulik R C

b1 Luas tam!ang A C B0B7mh1G5&h

C 07D>&D>&1G5&D>&

C 0>D>1> C 6 m7

Keliling basa# : P C B 7h C &5 7D>C ;&878= m

)ari./ari #idraulis : R C C 5&;66= m

A

B,C=

P

A

A2A?,C

=,D=

P

A

dinamika fluida_pertemuan 6

Documents