Upload
marfizal
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
1/42
ALIRAN SALURAN
TERBUKA
Mekanika Fluida
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
2/42
Pengertian
• Saluran terbuka: saluran di mana air
mengalir dengan muka air bebas
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
4/42
Saluran terbuka
Saluran tertutu!
Saluran tertutu! di atas saluran terbuka
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
5/42
)enis Saluran berdasar Pembuatann$a
Saluran alam *
natural +#annel
Saluran buatan *
arti(i+ial +#annel
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
6/42
Saluran Alam
, -e'metri saluran tidak teratur
, Material saluran ber%ariasi , kekasaran
beruba#.uba#
, Lebi# sulit mem!er'le# #asil $ang akuratdibandingkan dengan analisis aliran saluran
buatan
, Perlu !embatasan masala#& bila tidak analisismen/adi lebi# k'm!leks 0misal er'si dan
sedimen1
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
7/42
Saluran Buatan
, 2ibuat 'le# manusia
, 3'nt'#: Saluran irigasi& kanal& saluran
!elim!a#& sel'kan& g'r'ng.g'r'ng dll
, Umumn$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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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$ak titik !engukuran semakin baik
• Untuk ke!erluan !raktis ke+e!atan rata.rata diukur , !ada 5&6 kali kedalaman dari muka air
, rerata ke+e!atan !ada 5&7 dan 5&8 kali kedalaman
, 5&8.5&9 ke+e!atan di !ermukaan 0biasa diambil 5&81
Ke+e!atan maksimum ter/adi !ada antara 5&;.5&9 kalikedalaman
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
10/42
Prinsip pengukuran dan hitungan debit suatu saluran
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
11/42
2istribusi ke+e!atan berdasar
kedalaman
Free sur(a+e (l'"
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
12/42
Distribusi kecepatan pada
penampang saluran
• 2engan adan$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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
13/42
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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#
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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>
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
22/42
Bentuk penampang lingkaran biasan&a
digunakan pada perlintasan dengan jalan-saluran ini disebut gorong-gorong
(culvert )$
5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 77
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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$7
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
24/42
A B$ 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=
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
25/42
#ebit aliran adalah volume air &ang mengalir
melalui suatu penampang tiap satuan 8aktu,!imbol/notasi &angdiguna an adalah Q$
5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 7
S
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 76
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
28/42
5ambar
menunjukkan pembagian
keepatan
diarah vertikal
dengan
keepatanmaksimum di
$2 >permukaan air dan keepatan
nol pada dasar$
5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 78
57
56
58
58
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
5=*5;*>6 Ir2armadi&MM 79
gD
v
Fr =
gDv =
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
30/42
-e'metri Saluran
• Kedalaman 0$1 . depth
• Ketinggian di atas datum 01 . stage
• Luas !enam!ang A 0area , +r'ss se+ti'n area1
• Keliling basa# 0P1 , "etted !erimeter • Lebar !ermukaan 0B1 , sur(a+e !erimeter
• )ari./ari #idr'lis , 0A*P1 , rasi' luas ter#ada! kelilingbasa#
• Rata.rata kedalaman #idr'lis 021 , rasi' luaster#ada! lebar !ermukaan
• Kemiringan saluran 0S'1
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
31/42
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
32/42
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
33/42
Aliran Seragam
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
34/42
Prinsip Aliran Seragam
• Kedalaman aliran adala# k'nstan dalam
"aktu dan ruang
• -a$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 $ang diasumsikan
sebagai aliran seragam
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
35/42
Pembentukan aliran seragam
• Aliran air dalam saluran terbuka akan
mengalami #ambatan saat mengalir ke #ilir
• ?ambatan akan dila"an 'le# k'm!'nen
ga$a berat $ang beker/a dalam ara#
gerakn$a
• Bila #ambatan seimbang dengan ga$a
berat maka aliran $ang ter/adi adala# aliranseragam
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
36/42
Kecepatan aliran seragam
• Ke+e!atan rata.rata aliran seragam turbulen
dalam saluran terbuka biasan$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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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$
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
39/42
Rumus "anning
• In >889 Iris# Engineer& R'bert Manning !resented t#e
('rmula:
21
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
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 $oulders 0.0# 0.05 0.0'
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
41/42
3'nt'#
>& m >& m >& m
&5 m &5 m &5 m
>&
>
?itungla# /ari./ari #idraulik dari saluran dengan tam!ang
lintang berikut ini:
8/18/2019 Dinamika Fluida_pertemuan 6
42/42
Pen$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