2.1. Aliran Saluran Terbuka 2.1.1.Rumus Aliran dan...

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Aliran Saluran Terbuka

2.1.1.Rumus Aliran dan Kriteria Hidrolis

a.Rumus Aliran

Untuk perencanaan ruas, aliran saluran dianggap sebagai aliran tetap, dan

untuk itu diterapkan rumus Strickler.

V = K R 2/3 I ½ ………………………………………(2.1)

R = A …………………………………………….........(2.2)

P

A = ( b + m h ) h …………………………………(2.3)

P = ( b + 2 h 1 + m2 )………………………(2.4)

Q = v x A …………………………………………….(2.5)

b = n x h ………………………………………………….(2.6)

Dimana :

Q = debit saluran (m3/dtk), v = kecepatan aliran (m/dtk), A= potongan melintang

aliran (m2), r = jari – jari hidrolis (m), p = keliling basah (m), b = lebar dasar (m), h =

tinggi air (m), I = kemiringan energi (kemiringan saluran), K= koefisien kekasaran

Stickler (m1/3

/dtk), m = kemiringan talut (1 vertikal : m horizontal)

Parameter potongan melintang saluran dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1. Parameter potongan melintang

Rumus aliran di atas juga dikenal sebagai rumus Manning. Koefisien kekasaran

Manning (“n”) mempunyai harga bilangan 1 dibagi dengan k.

b. Koefisien Kekasaran Strickler

Koefisien kekasaran bergantung kepada faktor – faktor berikut :

- Kekasaran permukaan saluran

- Ketidakteraturan permukaan saluran

- Trase

- Vegetasi (tetumbuhan), dan

- Sedimen

Bentuk dan besar/ kecilnya partikel di permukaan saluran merupakan ukuran

kekasaran. Akan tetapi, untuk saluran tanah ini hanya merupakan bagian kecil

saja dari kekasaran total.

Pada saluran irigasi, ketidak teraturan permukaan yang menyebabkan per-

ubahan dalam keliling basah dan potongan melintang mempunyai pengaruh yang

lebih penting pada koefisien kekasaran saluran daripada kekasaran permukaan.

Perubahan-perubahan mendadak pada permukaan saluran akan mem-

h

w

b

MAN

P

m

1

m

1


perbesar koefisien kekasaran. Perubahan-perubaban ini dapat disebabkan oleh

penyelesaian konstruksi saluran yang jelek atau karena erosi pada talut saluran.

Terjadinya riak-riak di dasar saluran akibat interaksi aliran di perbatasannya juga

berpengaruh terhadap kekasaran saluran.

Pengaruh vegetasi terhadap resistensi sudah jelas panjang dan kerapatan

vegetasi adalah faktor-faktor yang menentukan. Akan tetapi tinggi air dan

kecepatan aliran sangat membatasi pertumbuhan vegetasi. Vegetasi diandaikan

minimal untuk harga-harga k yang dipilih dan dipakai dalam perencanaan

saluran.

Pengaruh trase saluran terhadap koefisien kekasaran dapat diabaikan,

karena dalam perencanaan saluran tanpa pasangan akan dipakai tikungan berjari-

jari besar.

Pengaruh faktor-faktor di atas terhadap koefisien kekasaran saluran akan

bervariasi menurut ukuran saluran. Ketidak teraturan pada permukaan akan

menyebabkan perubahan kecil di daerah potongan melintang di saluran yang

besar daripada di saluran kecil.

Apakah harga-harga itu akan merupakan harga harga fisik yang sebe-

narnya selama kegiatan operasi, hal ini sangat tergantung pada kondisi

pemeliharaan saluran.

Penghalusan permukaan saluran dan menjaga agar saluran bebas dari

vegetasi lewat pemeliharaan rutin akan sangat berpengaruh pada koefisien

kekasaran dan kapasitas debit saluran.

Koefisien-koefisien kekasaran untuk perencanaan saluran irigasi

disajikan pada Tabel 2.1


Tabel 2.1. Harga – harga kekasaran koefisien Strickler (k) untuk saluran –

saluran irigasi tanah

Debit rencana

m3/dt

K

m1/3/dt

Q > 10

5 < Q < 10

1 < Q < 5

Q < 1 dan saluran tersier

45

42,5

40

35

Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986

2.1.2. Potongan Melintang saluran

a. Geometri

Untuk mengalirkan air dengan penampang basah sekecil mungkin, potongan

melintang yang berbentuk setengah lingkaran adalah yang terbaik.

Usaha untuk mendapatkan bentuk yang ideal dari segi hidrolis dengan saluran

tanah berbentuk trapesium, akan cenderung menghasilkan potongan melintang yang

terlalu dalam atau sempit. Hanya pada saluran dengan debit rencana sampai dengan

0,5 m3/dt saja yang potongan melintangnya dapat mendekati bentuk setengah

lingkaran. Saluran dengan debit rencana yang tinggi pada umumnya lebar dan

dangkal dengan perbandingan b/h (n) sampai 10 atau lebih.

Harga n yang tinggi untuk debit-debit yang lebih besar adalah perlu, sebab jika

tidak, kecepatan rencana akan melebihi batas kecepatan maksimum yang diizinkan.

Lebih-lebih lagi, saluran yang lebih lebar mempunyai variasi muka air sedikit saja

dengan debit yang berubah-ubah, dan ini mempermudah pembagian air. Pada saluran

yang lebar, efek erosi atau pengikisan talut saluran tidak terlalu berakibat serius

terhadap kapasitas debit. Dan karena ketinggian air yang terbatas, kestabilan talut

dapat diperoleh tanpa memerlukan bahu (berm) tambahan.


Kerugian utama dari saluran yang lebar dan dangkal adalah persyaratan pembebasan

tanah dan penggaliannya lebih tinggi, dan dengan demikian biaya pelaksanaannya

secara umum lebih mahal.

Karakteristik saluran yang dipakai disajikan dalam Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Karakteristik saluran yang dipakai

Debit

Kemiringan

talut

Perbandingan

b/h

Faktor

kekasaran k

m3/dt 1:m n

0.15-0.30 1.0 1.0 35

0.30-0.50 1.0 1.0-1.2 35

0.50-0.75 1.0 1.2-1.3 35

0.75-1.00 1.0 1.3-1.5 35

1.00-1.50 1.0 1.5-1.8 40

1.50-3.00 1.5 1.8-2.3 40

3.00-4.50 1.5 2.3-2.7 40

4.50-5.00 1.5 2.7-2.9 40

5.00-6.00 1.5 2.9-3.1 42.5

6.00-7.50 1.5 3.1-3.5 42.5

7.50-9.00 1.5 3.5-3.7 42.5

9.00-10.00 1.5 3.7-3.9 42.5

10.00-11.00 2.0 3.9-4.2 45

11.00-15.00 2.0 4.2-4.9 45

15.00-25.00 2.0 4.9-6.5 45

25.00-40.00 2.0 6.5-9.0 45


Sumber:Standar Perencanaan Irigasi, 1986

b.Kemiringan Saluran

Untuk menekan biaya pembebasan tanah dan penggalian, talut saluran di-

rencana securam mungkin. Bahan tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan

akan menentukan kemiringan maksimum untuk talut yang stabil.

Harga – harga kemiringan minimum untuk saluran tanah yang dibuat dengan

bahan – bahan kohesif yang dipadatkan dengan baik diberikan pada Tabel2.3.

Tabel 2.3. Kemiringan minimum talut untuk berbagai bahan tanah

Bahan tanah Simbol Kisaran

kemiringan

Batu

Gambut kenyal

Lempung kenyal, geluh ),

Tanah lus

Lempung pasiran, tanah pasiran kohesif

Pasir lanauan

Gambar lunak

Pt

CL, CH, MH

SC, SM

SM

Pt

< 0,25

1 – 2

1 – 2

1,5 – 2,5

2 – 3

3 – 4


Kemiringan talut mnimum untuk saluran timbunan disajikan Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Kemiringan talut mnimum untuk saluran timbunan yang dipadatkan

dengan baik.

Kedalaman air + tinggi jagaan

D (m)

Kemiringan minimum talut

D ≤ 1,0

1,0 < D ≤ 2,0

D> 2,0

1 : 1

1 : 1,5

1 : 2



Talut yang lebih landai daripada yang telah disebutkan dalam tabel di atas

harus dipakai apabila diperkirakan akan terjadi rembesan ke dalam saluran.

Untuk tanggul yang tingginya lebih dari 3 m lebar bahu (berm) tanggul

harus dibuat sekurang-kurangnya 1 m (setiap 3 m). Bahu tanggul harus dibuat

setinggi muka air rencana di saluran. Untuk kemirinan luar, bahu tanggul (jika

perlu) harus terletak di tengah-tengah antara bagian atas dan pangkal tanggul.

c. Lengkung Saluran

Lengkung yang diizinkan untuk saluran tanah bergantung kepada:

- Ukuran dan kapasitas saluran

- Jenis tanah

- Kecepatan aliran.

Jari-jari minimum lengkung seperti yang diukur pada as harus diambil

sekurang-kurangnya 8 kali lebar atas pada lebar permukaan air rencana.

Jika lengkung saluran diberi pasangan, maka jari-jari minimumnya dapat

dikurangi. Pasangan semacam ini sebaiknya dipertimbangkan apabila jari – jari

lengkung saluran tanpa pasangan terlalu besar untuk keadaan topografi setempat.

Panjang pasangan harus dibuat paling sedikit 4 kali kedalaman air pada tikungan

saluran.

Jari-jari minimum untuk lengkung saluran yang diberi pasangan harus seperti

berikut

- 3 kali lebar permukaan air untuk saluran-saluran kecil (< 0,6 m3/dt), dan

sampai dengan

- 7 kali lebar permukaan air untuk saluran-saluran yang besar

(> 10 m3/dt).


d. Tinggi Jagaan

Tinggi jagaan berguna untuk :

- Menaikkan muka air di atas tinggi muka air maksimum

- Mencegah kerusakan tanggu saluran

Meningginya muka air sampai di atas tinggi yang telah direncana bisa

disebabkan oleh penutupan pintu secara tiba-tiba disebelah hilir, variasi ini akan

bertambah dengan membesarnya debit. Meningginya muka air dapat pula

diakibatkan oleh pengaliran air buangan ke dalam saluran.

Tinggi jagaan minimum yang diberikan pada saluran primer dan sekunder

dikaitkan dengan debit rencana saluran seperti yang diperlihatkan dalam Tabel

2.5.

Tabel 2.5. Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah


e. Lebar Tanggul

Untuk tujuan – tujuan eksploitasi, pemeliharaan dan inspeksi akan diper-

lukkan tanggul di sepanjang saluran dengan lebar minimum seperti yang disajikan

pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6. Lebar Minimum Tanggul

Q (m3/ dt) Tinggi Jagaan (m)

< 0,5

0,5 – 1,5

1,5 – 5,0

5,0 – 10,0

10,0 – 15,0

> 15,0

0,40

0,50

0,60

0,75

0,85

1,00


debit rencana

(m3/dt)

tanpa jalan Inspeksi

(m)

dengan jalan inspeksi

(m)

Q ≤ 1

1 < Q < 5

5 < Q ≤ 10

10 < Q ≤ 15

Q > 15

1,00

1,50

2,00

3,50

3,50

3,00

5,00

5,00

5,00

5,00


Jalan inspeksi terletak ditepi saluran di sisi yang diairi agar bangunan sadap

dapat dicapai secara langsung dan usaha penyadapan liar makin sulit dilakukan. Lebar

jalan inspeksi dengan perkerasan adalah 5,0 m atau lebih, dengan lebar perkerasan

sekurang-kurangnya 3,0 meter.

2.2. Aliran dalam Pipa.

2.2.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida.

Penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang memungkinkan

untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran sehingga pengukuran

kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam menganalisa suatu aliran fluida.

Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terhadap waktu yang

dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untuk bergerak sepanjang jarak yang telah

ditentukan. Besarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol pada

dinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah-tengah pipa. Kecepatan biasanya

sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalam masalah aliran

fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah pada penampang aliran.

Bentuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnya menunjukkan

kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yang disebutkan.Profil

kecepatan aliran fluida pada saluran tertutup disajikan Gambar 2.2.


Gambar 2.2. Profil kecepatan aliran fluida pada saluran tertutup.

Profil kecepatan aliran fluida pada saluran terbuka disajikan dalam Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Profil kecepatan aliran fluida pada saluran terbuka.

Besarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir dalam suatu

pipa. Jumlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai volume, berat atau massa

fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran volume

(m3/s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa (kg/s). Kapasitas aliran (Q) untuk

fluida yang incompressible yaitu :

Q = A . v………………………………………....... (2.7)

Dimana :

Q = laju aliran volume (m3/s), A = luas penampang aliran (m2), v = kecepatan aliran

fluida (m/s),

Laju aliran berat fluida (W) dirumuskan sebagai :

W = γ. A . v………………………………………. (2.8)

Dimana :


W = laju aliran berat fluida (N/s), γ= berat jenis fluida (N/m3)

Laju aliran fluida massa (M) dinyatakan sebagai :

M = ρ. A . v ……………………………………………… (2.9)

Dimana :

M = laju aliran massa fluida (kg/s), ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

2.2.2 Energi dan Head

Energi biasanya didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja

merupakan hasil pemanfaatan tenaga yang dimiliki secara langsung pada suatu jarak

tertentu. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N.m (Joule). Setiap fluida yang

sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah aliran fluida

yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial, energi kinetik dan

energi tekanan. Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki fluida dengan

tempat jatuhnya. Energi potensial (Ep) dirumuskan sebagai :

Ep = W . z …………………………………………………. (2.10)

Dimana :

W = berat fluida (N), z = beda ketinggian (m)

Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh

kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik dirumuskan sebagai :

Ek = mv2 ………………………………………………. (2.11)

Dimana :

m = massa fluida (kg) v = kecepatan aliran fluida (m/s2)


Energi tekanan disebut juga dengan energi aliran adalah jumlah kerja yang

dibutuhkan untuk memeksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu dan

berlawanan dengan tekanan fluida. Besarnya energi tekanan (Ef) dirumuskan sebagai

:

Ef = p . A . L………………………………….......... (2.12)

Dimana :

p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m2), A = luas penampang aliran (m2), L =

panjang pipa (m)

Besarnya energi tekanan dapat juga dirumuskan sebagai berikut :

Ef = ………………………………………………..(2.13)

Dimana :

= berat jenis fluida (N/m3)

Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas,

dirumuskan sebagai :

E = Wz + + …………………………………(2.13)

Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H)

dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan dengan W (

berat fluida), dirumuskan sebagai :

H = z + ………………………………………(2.14)


2.2.3 Persamaan Bernoulli

Hukum kekekalan energi menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat

dimusnahkan namun dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain. Energi yang

ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai head pada suatu

titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi pada titik lain sepanjang aliran

fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang

diambil dari fluida.

Konsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang disebut dengan persamaan

Bernoulli, yaitu :

Z1 + + = Z2 + + …………………………………(2.13)

Dimana :

p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2, v1 dan v2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan

2, z1 dan z2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2, γ= berat jenis fluida, g =

percepatan gravitasi = 9,8 (m/s2)

Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua

titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi

diantara dua titik. Jika head losses tidak diperhitungkan maka akan menjadi masalah

dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan “hl” maka

persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dimana menurut

[11] dirumuskan sebagai :

Z1 + + = Z2 + + + hf……………………………..(2.14)

Ilustrasi persamaan Bernoulli disajikan pada Gambar 2.4.


Gambar 2.4. Ilustrasi persamaan Bernoulli

Persamaan Bernouli dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan tipe

aliran, biasanya untuk fluida inkompressibel tanpa adanya penambahan panas atau

energi yang diambil dari fluida. Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk

menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk

menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin dan peralatan

lainnya.

2.2.4 Aliran Laminar dan Turbulen

Aliran fluida yang mengalir di dalam pipa dapat diklasifikasikan ke dalam dua tipe

aliran yaitu “laminar” dan “turbulen”. Aliran dikatakan laminar jika partikel-partikel

fluida yang bergerak mengikuti garis lurus yang sejajar pipa dan bergerak dengan

kecepatan sama. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti

lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-ratanya saja yang

mengikuti sumbu pipa. Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa koefisien gesekan

untuk pipa silindris merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re). Dalam


menganalisa aliran di dalam salurn tertutup, sangatlah penting untuk mengetahui tipe

aliran yang mengalir dalam pipa tersebut. Untuk itu harus dihitung besarnya bilangan

Reynold dengan mengetahui parameter-parameter yang diketahui besarnya. Besarnya

Reynold (Re) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Re = ………………………………………… (2.15)

Dimana

μ = Viskositas Dinamik (Pa.dtk), d = diameter dalam pipa (m), V = kecepatan aliran

fluida (m/dtk), ρ = Rapat massa (Kg/m3) Re = Reynold Number

aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan turbulen jika

bilangan Reynold lebih besar dari 4000. Jika bilangan Reynold terletak antara 2000 –

4000 maka disebut aliran transisi.

2.2.5 Kerugian Head (Head Losses)

a. Kerugian Head Mayor.

Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head.

Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau

perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). Kerugian head

akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus

berikut, yaitu :

1. Persamaan Darcy – Weisbach, yaitu :

Hf= ……………………………………….....(2.16)


Dimana :

hf = kerugian head karena gesekan (m), f = faktor gesekan d = diameter dalam pipa

(m), L = panjang pipa (m), v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/dtk), g =

percepatan gravitasi (m/ dtk2)

dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody.

Diagram Moody ditampilkan pada Gambar 2.5

Gambar 2.5 Diagram Moody


2.Persamaan Hazen-Wlliam, yaitu :

Besarnya tinggi kehilangan tekanan akibat adanya gesekan dapat dihitung dengan

persamaan :

H = 1,214 x 1010 …………………………….....(2.17)

Dimana :

H = Kehilangan tekanan (m), L = Panjang pipa (m), Q = Debit air

(liter/detik), D = Diameter dalam pipa (mm), CH = Koefisien kekasaran pipa.

b. Kerugian Head Minor.

Perubahan arah aliran dan sebaran kecepatannya memerlukan kehilangan

air ekstra. Kehilangan tinggi energi pada siku dan tikungan dapat dinyatakan

sebagai:

HB = Kbg

a

2

2v

……………………………………..(2.18)

Kb adalah koefisien kehilangan tinggi energi untuk siku dan tikungan

saluran tertutup.

Biasanya saluran pipa direncana dengan kurve horisontal yang cukup besar yang

dapat memperbaiki pembagian kecepatan pada tikungan dan mengurangi

kehilangan pada tikungan tersebut. Harga – harga Kb untuk siku disajikan pada

Tabel 2.7.


Tabel 2.7. Harga – harga Kb untuk siku.

Sudut

Derajat

5o 10

o 15

o 22,5

o 30

o 45

o 60

o 70

o 90

o

Profil

bulat

0,02

0,03

0,04

0,05

0,11

0,24

0,47

0,80

1,1

Profil

segi empat

0,02

0,04

0,05

0,06

0,14

0,3

0,6

1,0

1,4

Sumber: Standar Perencanaan Irigasi, 1986.

Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga

terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belekon, siku, sambungan, katup

dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses).

Untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa

kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.

2.2.6 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa.

Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida

dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan

Darcy dan Diagram Moddy. Pengguanaan rumus empiris juga dapat digunakan untuk

menyelesaikan permasalahan aliran.

1.Persamaan Manning dengan satuan Internasional yaitu:


V = R 2/3

I ½…………………………………....(2.20)

Dimana :

n = koefisien kekasaran pipa Manning, R= jari – jari hidrolis (m), I = garis

kemiringan energi (kemiringan hidrolis)

Persamaan Hazen – Williams umumnya digunakan untuk menghitung head

loss dalam pipa yang sangat panjang seperti jalur pipa penyedia air minum.

Persamaan ini tidak dapat digunakan untuk liquid lain selain air dan digunakan

khusus untuk aliran yang bersifat turbulen. Persamaan Darcy – Weisbach secara

teoritis tepat digunakan untuk semua rezim aliran dan semua jenis liquid. Persamaan

Manning biasanya digunakan untuk aliran saluran terbuka (open channel flow).

2.Persamaan Strickler dengan satuan Internasional yaitu

a.Rumus Aliran

V = k R 2/3

I 1/2

...........................................................................(2.21)

Dimana :

v = kecepatan aliran yang dipercepat didalam terowongan atau saluran terututup

(m2/dtk), R = jari – jari hidrolis(m), I= garis kemiringan energi (kemiringan hidrolis)

b. Koefisien kekasaran dan kecepatan maksimum

Koefisien kekasaran Strickler (k) dan kecepatan maksimum ditunjukkan pada

Tabel 2.6. Harga-harga yang diberikan di sini sudah cukup lama digunakan

konservatif; untuk konstruksi-konstruksi besar boleh diambil harga-harga yang

lebih tinggi tergantung pada metode pelaksanaannya.


Tabel 2.8. Harga – harga keepatan maksimum dan k (Strickler)

Bahan konstruksi vmaks

m/dt

K

m1/3

/dt

Pasangan batu

Beton

2

3

60

70


3.Persamaan Hazen-Wlliam

Berdasarkan rumus Hazen-William dapat dihitung besarnya debit yangdapatdialirkan,

kemiringan minimal untuk mengalirkan air dengan debit tertentu, kecepatan rencana

dan kehilangan tinggi tekan.

a. Besarnya kecepatan air yang mengalir melalui pipa dapat dihitung dengan

persamaan

V = 0,35464 CH D0,63

I 0,5

………………………………..(2.22)

Kemiringan hidraulik untuk dapat mengalirkan pipa dihitung dengan persamaan :

I = 10.666 CH -1.85 D -4.87 Q 1.85………………………….(2.23)

Dimana :

Q = Debit air (m3/detik), D = Diameter dalam pipa (m), I = Kemiringan hidraulik =

h/L, CH = Koefisien kekasaran pipa.


Besarnya tinggi kehilangan tekanan akibat adanya gesekan dapat dihitung dengan

persamaan :

H = 1.214 x 1010 ……………………………………(2.24)

Dimana :

H = Kehilangan tekanan (m), L = Panjang pipa (m), Q = Debit air (liter/detik), Q =

Debit air (liter/detik), D =Diameter dalam pipa (mm), CH = Koefisien kekasaran

pipa.

CH merupakan nilai koefisien kekasaran pipa yang bergantung pada kondisi bahan.

Untuk pipa besi dilapisi semen nilai CH dapat diambil sebesar 150, sedangkan untuk

desain pipa yang menggunakan aksesoris pipa dianjurkan memakai CH sebesar 130.

Tabel 2.9. Koefisien Kekasaran Pipa (CH)

NNO

Jenis Pipa

(kondisi baru)

Harga Koefisien

Kekasaran Pipa (CH)

11 AC 130

12 Ductile, Cast Iron 120

33 GIP 140

34 PVC, DICL, MSCL 130



2.2.7 Kemiringan hidrolis

Biaya pembuatan terowongan agak mahal dan oleh karena itu, perlu

berhemat dalam membuat diameternya. Kemiringan hidrolis (kemiringan

terowongan dibuat curam jika tinggi energi yang tersedia cukup. Kecepatan

rencana yang dihasilkan tidak boleh melampaui kecepatan maksimum dan tidak

boleh di bawah kecepatan kritis dengan 0,75 kali kecepatan kritis sebagai harga

praktis.

Konstruksi galian terbuka memperkecil potongan melintang saluran ter-

tutup karena tanah harus dipindahkan. Bagaimanapun juga luas potongan

melintang yang kecil tetap lebih murah daripada yang besar.

2.2.8. Tinggi jagaan

Ditinjau dari segi hidrolika, tinggi jagaan sebuah terowongan 0,2 D dengan

ukuran minimum sekitar 0,5 m umumnya dapat diterima secara internasional. Ini

akan memberikan sekitar 10 % kapasitas cadangan yang dinilai terlalu rendah untuk

ketidakpastian perencanaan di Indonesia pada umumnya. Oleh karena itu dipakai

tinggi jagaan 0,25 D yang berarti menambah kapasitas cadangan sampai kurang lebih

15 persen dari debit rencana untuk terowongan bentuk tapal kuda.

Untuk saluran terhadap segi empat, tinggi jagaan akan diambil pada 0,2 H. H

adalah tinggi bagian dalam saluran.

Agar benda-benda terapung dapat melewati terowongan dan saluran tertutup,

maka tinggi minimum jagaannya diambil sama dengan tinggi jagaan saluran terbuka.

2.2.9. Perencanaan potongan melintang


Dimensi potongan melintang dan kehilangan tinggi energi (kemiringan

hidrolis I) dapat dievaluasi dengan menggunakan tabel-tabel ini setelah dipilih va dan

k seperti yang telah dibicarakan di atas.

Untuk potongan-potongan segi empat evaluasi kehilangan tinggi energi dan potongan

melintang dilakukan langsung dengan menggunakan rumus Strickler. Lebar potongan

melintang dibagi tinggi akan berkisar antara 1 dan 2.

2.2.10. Kehilangan total tinggi energi

Kehilangan total tinggi energi di terowongan atau saluran tertutup adalah :

H = Hmasuk + Hfr + HB + Hkeluar ......................(2.25)

Dimana :

Hmasuk, keluar = kehilangan tinggi energi masuk dan keluar, m

Hfr = kehilangan tinggi energi akibat gesekan di

sepanjang pipa, m

HB = kehilangan tinggi energi pada tikungan, m

Kehilangan tinggi energi masuk dan keluar dinyatakan dengan rumus

berikut :

Hmasuk : masuk

2

2g

a vv ....................................................(2.26)

Hkeluar : keluar

2

2g

a vv .....................................................(2.27)

Dimana :

Hmasuk, keluar= kehilangan tinggi energi masuk dan keluar, m


masuk, keluar = Koefisien kehilangan tinggi energi masuk

dan keluar

va = Kecepatan rata – rata yang dipercepat dalam

bangunan , m/dt

v =Kecepatan rata – rata di bagian hulu atau hilir, m/dtk

Luas potongan melintang basah dalam peralihan tertutup diambil sama

dengan luas potongan melintang saluran tertutup. Oleh karena itu kehilangan

tinggi energi di dalam saluran tertutup adalah sama dengan kehilangan akibat

gesekan bisa dalam saluran tertutup.

2.2.11. Bentuk potongan melintang

Apabila tekanan tanah dan air di luar kecil, maka pada umumnya kon-

struksi akan terdiri dari pasangan batu dengan atap dari beton bertulang. Untuk debit

rencana yang kecil dan luas-potongan melintang yang kecil pula, dapat

dipertimbangkan penggunaan pipa-pipa beton bulat.

Jika tekanan di luar kuat maka pipa dari beton bertulang akan lebih cocok. Untuk

debit kecil dan potongan-potongan melintang yang kecil diperlukan pipa bentuk bulat

Kecepatan aliran yang tinggi dan luas potongan melintang yang besar mungkin

memerlukan bentuk segi empat untuk pertimbangan-pertimbangan pelaksanaan.

a. Lengkung

Jari – jari horisontal dibuat lebar, biasanya untuk membatasi panjang dan

penggalian yang diperlukan. Jari – jari minimum adalah 5 kali tinggi saluran.


b. Ukuran Minimum

Karena dipakai metode pelaksanaan galian terbuka, maka ukuran minimum

boleh diambil 1,0 m dan 0,70 m untuk saluran pendek.

2.3 Bak Distribusi (Reservoar).

Reservoar berasal dari bahasa Perancis (reservoa:) yang berarti tempat penampungan

(persediaan) air. Istilah ini tentunya sangat akrab di PDAM, baik itu ground reservoar

(di tanah) atau elevated reservoar (menara).

Reservoir atau danau buatan digunakan untuk tempat penyimpanan air. Reservoir

dapat dibuat di lembah sungai dengan membuat bendungan atau dengan menggali

tanah atau dengan cara konvensional seperti membuat tembok atau beton. Istilah

reservoir juga dapat digunakan untuk menggambarkan reservoir bawah tanah seperti

sumur minyak atau air (Wikipedia, 2011).

2.3.1 Tipe-tipe reservoir

a. Valley dammed reservoir

Pembuatan bendungan di sebuah lembah dengan mengandalkan topografi alami

sebagai wadah reservoir tersebut. Bendungan biasanya terletak di bagian yang sempit

sebuah hilir lembah. Membangun sebuah reservoir di lembah biasanya mengharuskan

pengalihan sungai selama masa pembangunan yang biasanya dilakukan melalui

terowongan atau saluran sementara. Di daerah yang berbukit, pembangunan reservoir

biasanya dilakukan dengan memperluas danau yang ada. Kadang-kadang di reservoir


seperti ini level ketinggian air yang baru melebihi batas ketinggian air pada salah satu

atau beberapa cabang sungai seperti pada Llyn Clywedog di Mid Wales. Pada kasus

seperti ini sisi bendungan tambahan diperlukan untuk mengisi reservoir.

b. Bank-side reservoir.

Ketika air diambil dari sebuah sungai dengan kualitas dan kuantitas yang berbeda-

beda, bank-side reservoir mungkin dibangun untuk menyimpan air yang dipompa atau

yang disedot dari sungai. Reservoir seperti ini biasanya dibangun perbagian dengan

menggali dan sebagian lagi dengan jembatan melingkar di atas permukaan air atau

tanggul dengan keliling melebihi 6 km. Lantai reservoir dan jembatan tadi harus

memiliki lapisan kedap air.

Air yang disimpan dengan reservoir jenis ini harus memiliki waktu selama beberapa

bulan agar proses biologis mampu untuk mengurangi banyak kontaminasi dan

membersihkan kekeruhan. Penggunaan bank-side reservoir juga membolehkan

pemisahan air selama jangka waktu tertentu ketika sungai terkena polusi atau ketika

kondisi arus sangat lemah pada musim kemarau. Contoh salah satu penggunaan bnak-

side reservoir ini adalah The London water supply system dengan air sungai yang

diambil dari sungai Thames dan sungai Lee.

c. Service reservoir

Service reservoir menyimpan air yang dapat diminum di dekat lokasi distribusi.

Banyak service reservoir dibangun sebagai water tower, seringkali sebagai bangunan

yang tinggi pada pilar beton dimana bentang darat yang relatif datar. Service reservoir

lainnya dibangun secara menyeluruh dibawah tanah, terkhusus di daerah gunung atau


http://en.wikipedia.org/wiki/Llyn_Clywedog

http://en.wikipedia.org/wiki/Mid_Wales

berbukit. Service reservoir memiliki beberapa fungsi termasuk memastikan tersedia

cukup air di sistem distribusi air dan menyediakan sistem rem hidrolik kapasitansi.

2.3.1 Kegunaan reservoir:

a.Penyimpanan air.

Banyak bendungan sungai digunakan untuk menyediakan kebutuhan air mentah yang

diolah menjadi air minum. Reservoir tidak sesederhana menyimpan air sampai air

tersebut dibutuhkan tetapi juga merupakan bagian dari proses pengolahan air. Waktu

di mana air disimpan sebelum dilepaskan dikenal sebagai retention time. Ini

merupakan sebuah rancangan agar partikel dan lumpur dapat keluar dan juga

merupakan waktu yang baik untuk pengolahan air sacara biologis oleh bakteri, alga,

atau zooplankton yang secara alami tinggal si air tersebut.

b. Hydroelectricity

Sebuah reservoir membangkitkan hydroelectricity seperti turbin yang terhubung pada

pipa yang menahan air dengan diameter yang besar. Pembangkit tersebut dibuat

didasar bendungan atau di tempat yang jauh. Beberapa pembangit hydroelectricity

menggunakan pompa yang dapat diisi ulang yang mana reservoir level tinggi diisi

dengan air menggunakan pompa listrik, ketika permintaan listrik rendah kemudian air

yang disimpan digunakan untuk pembangkit listrik dengan melepaskan air yang

disimpan ke dalam reservoir level yang lebih rendah. Ini desebut dengan pump-

storage.

c. Mengontrol anak sungai

Reservoir dapat digunakan dengan banyak cara untuk mengatur bagaimana arus air di

bafgian hilir.


http://en.wikipedia.org/wiki/Water_supply

Mengontrol anak sungai dapat bermanfaat untuk menyediakan air di daerah hilir,

irigasi, mengontrol banjir, dan sebagai kanal

d. Menjaga keseimbangan aliran/arus

Reservoir dapat digunakan untuk menjaga keseimbangan arus dengan sistem

pengaturan yang tinggi, mengambil air ketika arus tinggi dan melepaskannya kembali

ketika arus rendah. Hal ini dapat dilakukan dengan tidak menggunakan pompa tapi

dengan menggunakan pintu air yang dapat disesuaikan.

e. Rekreasi

Air yang tersedia pada banyak reservoir biasanya memperbolehkan beberapa

kegiatan rekreasi seperti memancaing, berlayar, atau kegiatan lainnya. Beberapa

aturan ditetapkan untuk keamanan publik dan melindungi kualitas air atau ekologi di

daerah sekitar. Banyak reservoir dilengkapi dengan pemandangan dan tempat

rekreasi.

Reservoar merupakan elemen yang sangat penting dalam sebuah sistem penyaluran

air. Ada beberapa fungsi reservoar dalam sebuah sistem penyaluran air, antara lain :

-Sebagai water storage transit (tempat penyimpanan air sementara) Untuk menambah

aliran air (flow).

- Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban pemakaian

peak-hour, average dan minimum demand.

-Fire storage, tempat penampungan air cadangan untuk keperluan pemadaman

kebakaran.


2.4 Dasar Perencanaan Pompa

Dalam perancangan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat

yang lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, yaitu

2.4.1 Kapasitas

Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu.

Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan

fungsi pompa yang direncanakan.

2.4.2 Head pompa

Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh

jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang

sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu :

a. Head potensial

Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi suatu

kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan oleh posisinya

atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air.

b. Head kecepatan

Head kecepatan atau head kinetik yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung

fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan persamaan.


c. Head tekanan

Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan

dengan

Head total dari pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas

dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (head mayor dan head

minor).

2.4.3 Sifat zat cair

Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa.

Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar.

2.4.4 Unit penggerak pompa

Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan

dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan

merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit

kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor

bakar, motor listrik dan turbin uap.

Dalam pemilihan jenis pompa yang digunakan untuk mendistribusikan fluida kerja

ini, perlu dipertimbangkan faktor teknis dan ekonomisnya. Pompa yang digunakan

dalam perencanaan ini adalah jenis pompa sentrifugal dengan pertimbangan :


• Kapasitas pompa besar.

• Aliran fluida yang dipompakan kontinu.

• Konstruksi kecil dan sederhana sehingga mudah dalam pemeliharaan dan dapat

digabungkan dengan unit penggerak pompa sebagai satu kesatuan.

• Dapat beroperasi pada putaran tinggi dan dikopel langsung dengan motor

penggerak.

• Getaran yang terjadi pada saat pengoperasiannya relative kecil.

• Untuk melayani kebutuhan yang sama, harga awal dan perawatan lebih murah

dibanding jenis lain.

• Head pompa yang sesuai dengan yang dibutuhkan.


2.1. Aliran Saluran Terbuka 2.1.1.Rumus Aliran dan...

Documents

Transcript of 2.1. Aliran Saluran Terbuka 2.1.1.Rumus Aliran dan...