(7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt

8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt

1/29

Aliran dalam saluran terbuka melalaui permukaan bebas Fluida tidak dalam tekanan hanya disebabkan beratnya dan

tekanan atmosfir

Pada umumnya aliran pada saluran terbuka terjadi secara

alamiah seperti creeks dan sungai dimana bentukpenampangnya tidak beraturan

Aliran pada saluran terbuka biasanya merupakan saluran

buatan seperti flumes dan kanal

Saluran sering bentuk penampangnya lebih beraturan sepertipersegi empat, trapesium, dan segitiga

Aliran saluran terbuka juga sering terjadi berpenampang

lingkaran tepi aliran tidak penuh (sistem sewer dimana aliran

dirancang tidak penuh)


2/29

Aliran dalam saluran terbuka dicirikan oleh permukaan cairan

yang kontak dengan atmosfir

Aliran dalam saluran terbuka tidak dalam tekanan dan hanya

berdasarkan berat fluida dan tekanan atmosfir serta alirandihasilkan dari proses gravitasi

Aliran dalam saluran terbuka dimana aliran bergerak ke arah

bawah

Pada kenyataannya, laju aliran aktual merupakan fungsi darikemiringan saluran

Analisis aliran pada saluran terbuka merupakan kegiatan yang

kompleks


3/29

Penampang Saluran Terbuka


4/29

Energi Dalam Aliran Saluran Terbuka

Gambar di bawah menunjukkan elemen fluida didalam

saluran terbuka Energi kinetik dalam aliran pada suatu titik adalah v2/2g

(energi kinetik dikalikan dengan koefisien yang

tergantung pada distribusi kecepatan)

Head kecepatan adalah head yang disebabkan olehkecepatan rata-rata dan diasumsi sama dengan satu

Jika energi tekanan ditentukan berdasarkan referensi

dasar saluran, maka head tekanan sama dengan

kedalaman aliran (d)

Energi elevasi (z) berdasarkan referensi pada datum pada

dasar saluran


5/29

Energi pada Saluran Terbuka


6/29

Energi Total (H) pada setiap bagian dalam saluran terbuka dapatdituliskan sebagai berikut :

aris H dalam bagian saluran terbuka dikenal sebagai garis grade energi(energy grade line)

Permukaan aliran dikenal sebagai garis grade hidraulik (hydraulic

grade line

Pada kasus aliran seragam (kecepatan rata-rata dan luas penampangfluida konstan) dan aliran mantap (laju aliran konstan), maka garisgrade energi, garis grade hidraulik dan dasar saluran semuanyaparalel (kemiringan sama)

Penurunan garis grade energi (hL) merupakan kehilangan head dalambagian (segmen)

Untuk aliran seragam, rasio hL/L adalah kehilangan head yangdigambarkan oleh kemiringan garis grade energi

zdgvH 2

2


7/29

Persamaan Aliran Saluran Terbuka

Persamaan umum untuk permasalahan aliran pada saluranterbuka adalah

Dimana :

v = kecepatan aliran

C = koefisien kekasaran

R = jari-jari hidraulik

S = kemiringan garis grade energi

x = nilai empiris yang ditentukan secara empiris

y = nilai empiris yang ditentukan secara empiris

yxsRCv


8/29

Persamaan Chezy dapat digunakan untuk masalah aliran pada

saluran terbuka sebagai berikut :

Penggunaan persamaan di atas cukup komplikasi karena sulit

untuk mengevaluasi C yaitu koefisien kakasaran (Chezy)

Ganguilet dan Kutter, Manning dan Bazin telah melihat korelasi

koefisien Chezy dengan kekasaran, bentuk, dan atau

kemiringan saluran terbuka dan Manning lebih populer

Berdasarkan data eksperimental, Manning mengembangkan

persamaan aliran pada saluran terbuka sebagai berikut :

sRCv


9/29

Dimana :

v = kecapatan aliran (ft/s)

n = koefisien kekasaran ManningR = jari-jari hidraulik (ft)

S = kemiringan garis grade energi (kehilangan head per satuan

panjang saluran (ft/ft)

21

32486,1 sR

nv


10/29

Persamaan aliran fluida dalam saluran terbuka dalam satuan

Internasional adalah sebagai berikut :

Korelasi Persamaan Manning dengan Koefisien Chezy (C) adalah

sebagai berikut :

21

320,1sR

nv

)(0,1

)(486,1

61

61

nalInternasiosatuansistemRn

C

InggrissatuansistemRn

C


11/29

Dalam persamaan Manning, koefisien kekasaran Manning

tergantung pada jenis material dari saluran

Berbagai jenis koefisien Maanning dapat dilihat pada Tabel di

bawah Persamaan Manning sangat cocok pada kondisi aliran seragam

(kecepatan rata-rata aliran dan luas penampang saluran adalah

konstan)

Kedalaman ditentukan dari persamaan Manning dikenalsebagai kedalaman normal (dn) atau normal depth


12/29

Nilai Koefisien Manning (n)


13/29

Aliran Seragam Dalam Saluran Terbuka Pada

Penampang Tidak Lingkaran

Masalah aliran seragam dalam saluran terbukauntuk penampang tidak lingkaran dapat

digunakan persamaan Manning

Nilai koefisien kekasaran Manning diperolehdari tabel di atas atau sumber lain berdasarkan

pada jenis materialnya

Jari-jari hidraulik (R) ditentukan denganmembagi luas penampang (A) dengan wetted

perimeter (pw)


14/29

Soal Latihan

1. Air mengalir pada saluran terbuka berbentuk persegi empat

dari coran dengan lebar 12,0 m dan kedalaman 2,5 m.Kemiringan saluran adalah 0,0028. Tentukan kecepatan dan

laju aliran air?

2. Air mengalir pada saluran terbuka yang berbentuk trapesium

simetri dan channel lined dengan aspal (Lihat Gambar).Pnenurunan vertikal dasar saluran sebesar 0,1 ft untuk setiap

panjang 100 ft. Tentukan kecepatan dan laju aliran air

tersebut?

3. Air mengalir pada laju aliran 30 m3

/s pada saluran terbuka cor.Tentukan penurunan vertikal dasar saluran per kilometer

panjang (Lihat Gambar)?


15/29

4. Air mengalir pada saluran terbuka yang berbentuk segitiga yang

terbuat dari ssteel channel (Lihat Gambar) pada kecepatan 2,9

ft/s dan kemiringan saluran 0,0015. tentukan kedalaman

aliran?5. Dari tim observasi pada suatu sungai diperoleh data bahwa

penampang dasar sungai berbentuk tidak beraturan. Dari data

tersebut diperoleh data luas penampang, wetted perimeter,

dan kemiringan permukaan air adalah berturut-turut 2.960 m2

,341 m, dan 0,00076. Dan dari data juga diperoleh dasar saluran

berupa earth with grass and weeds. Para ahli bersama-sama

menghitung laju aliran. Tentukan berapa besar laju aliran yang

terjadi tersebut?

6. Aliran suatu saluran berbentuk persegi panjang berbahan cor

dengan lebar 50 ft dan laju aliran 800 ft3/s. Kemiringan saluran

sebesar 0,00025. Tentukan kedalaman aliran?


16/29

Gambar Soal Latihan 2


17/29



18/29



19/29

Aliran Seragam pada Saluran Terbuka

untuk Penampang Lingkaran

Persoalan dalam aliran seragam untuk saluran terbukaberbentuk lingkaran penyelesaiannya sama dengan bentuk non

lingkaran

Perbedaan utama adalah lebih sulit menentukan jari-jari

hidraulik penampang lingkaran tersebut


20/29

Soal Latihan

1. Air mengalir dalam pipa logam jenis corrugated berdiameter

500 mm dimana aliran setengah penuh (half-full) dengankemiringan 0,0050 (Lihat Gambar). Tentukan laju aliran untuk

kondisi tersebut?

2. Air mengalir dalam pipa baja cor dengan diameter 24 in dan

kemiringan 1/400 dengan kedalaman 5,6 in (Lihat Gambar).Tentukan laju aliran untuk kondisi tersebut?

3. Air mengalir dalam pipa cor dengan diameter 500 mm dan

kemiringan 1/500 dan laju aliran 0,040 m3/s. Tentukan

kedalaman aliran (Lihat Gambar)?


21/29



22/29



23/29



24/29


25/29

Elemen Hidraulik Penampang Lingkaran


26/29

Soal Latihan

1. Air mengalir dalam pipa cast iron berdiameter 24 in dengan

kemiringan 1/400 dan kedalaman 5,6 in. Tentukan laju alirandengan menggunakan metode grafis?

2. Air mengalir melalui concrete storm sewer pipe berdiameter 30

in dan laju aliran 9,0 ft3/s dan kecepatan minimum 2,5 ft/s.

Tentukan kemiringan dan kedalaman air?3. Air mengalir melalui pipa cor dengan kemiringan 0,0075 dan

kecepatan 0,76 m/s serta kedalaman aliran sama dengan 1/10

dari diameternya. Tentukan diameter pipa?


27/29

Distribusi Kecepatan pada Aliran Terbuka

Kecepatan pada saluran terbuka umumnya lebih bervariasi

Kecepatan akan menuju nol pada dasar saluran dan akanmaksimum di permukaan

Pada kenyataannya kecepatan aktual pada penampang vertikal

di bawah permukaan sama dengan 6/10 dari total kedalaman

atau mendekati kecepatan rata-rata penampang Pendekatan terbaik kecepatan rata-rata pada penampang

vertikal dapat diperoleh dengan merata-ratakan kecepatan

aktual pada kedalaman di bawah permukaan sama dengan 2/10

dan 8/10 dari total kedalaman Kecepatan rata-rata penampang secara kasar sama dengan 90 %

dari kecepatan permukaan


28/29

Kecepatan juga akan bervariasi pada penampang horizontal

Kecepatan akan lebih besar di dekat pusat penampang dan akan

mengecil di dekat sisi saluran


29/29

Penampang Saluran yang Efisien

(7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt

Documents

Transcript of (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt