ALIRAN TIDAK SERAGAM (non uniform flow)

ALIRAN TIDAK SERAGAM(non uniform flow)Ciri-ciri:Variable aliran seperti kedalaman , tampang basah ,kecepatan dan debit aliran tidak konstanBertujuan untuk mengetahui profil aliran di sepanjang saluran sungai JENIS-JENIS ALIRAN TIDAK SERAGAMAliran berubah beraturan (gradually varied flow ):Parameter hidraulish (kecepatan ,tampang basah) berubah secara progresif dari satu tampang ke tampang yang lainKecepatan aliran di sepanjang saluran dapat dipercepat atau diperlambat yang tergantung pada kondisi saluranContoh : aliran dalam sungaiAliran berubah cepat (rapidly varied flow)Parameter hidraulis berubah secara mendadak dan kadang_kadang juga tidak continyu (discontinu)Contoh : perubahan tampang mendadak (saluran irigasi)Loncat air TerjunanAliran melalui bangunan pelimpahPintu airCONTOH ALIRAN TIDAK SERAGAM

CONTOH ALIRAN TIDAK SERAGAM

CONTOH ALIRAN TIDAK SERAGAM

Energi SpesifikDi dalam saluran terbuka terdiri dari tiga bentuk energi :

Energi kinetikEnergi tekanan

Energi elevasi di atas garis referensi

Energi kinetik

energi kinetik dalam suatu saluran terbuka memiliki bentuk V2/ 2g, dengan v adalah kecepatan aliran pada suatu penampang. Apabila koefisien koreksi energi diperhitngkan maka energi kinetik mempunyai bentuk :V2/ 2g

Saluran terbuka mempunyai permukaan air bebas yang terbuka ke atmosfer, maka tekanan pada permukaan air adalah konstan P=0 (sebagai tekanan referensi). Kedalaman air pada suatu tampang saluran (y) biasanya digunakan untuk menunjukkan tingi tekanan , y=P/. tetapi apabila air mengalir melalui saluran yangberbentuk lengkungan, maka gaya sentrifugal yang terjadi karena masa air yang mengalir pada dasar lengkung tersebut dapat menyebabkan perbedaan tekanan yang cukup besar.energi tekananenergi tekananUntuk air yang mengalir di atasa kurva cembung , gaya sentrifugal bekerja dalam arah yang berlawanan dengan gaya gravitasi, dan energitekanan diberikan :

Untuk air yang mengalir di atasa kurva cekung, gaya sentrifugal bekerja searah dengan gaya gravitasi, dan energi tekanan diberikan:

energi elevasi di atas garis referensiElevasi dari tinggi energi aliran melalui saluran terbuka diukur terhadap garis referensi horizontal.jarak vertikal dari garis referensi ke dasar saluran biasanya diambil sebagai tinggienergi elevasi (potensi) pada suatu tampang.Tinggi energi total pada setiap tampang di saluran terbuka adalah :

Pengertian energi spesifik

Dari penjabaran tersebut maka dapat diambil kesimpulan bahwa; energi spesifik adalah jumlah dari energi tekanan dan energi kecepatan di suatu titik atau jumlah dari kedalaman air dan tinggi kecepatan yang diberikan oleh bentuk :

Hubungan energi sfesifik(ES) dan kedalaman (Y)Dari gambar tersebut menunjukan bahwa energi spesifik nemurun sampai pada titik C dan kemudian naik kembali. Kedalaman dan kecepatan pada titik ini disebut kedalaman kritis YC dan kecepatan kritik VC.

.

Apabila kedalaman aliran lebih besar daripada kedalaman kritik maka kecepatan aliran akan lebih kecil daripada kecepatan kritik pristiwa aliran ini disebut aliran subkritis (mengalir). Apabila kedalaman aliran lebih kecil daripada kedalaman kritik maka kecepatan aliran akan lebih besar daripada kecepatan kritik pristiwa aliran ini disebut aliran superkritis (meluncur).Oleh karena kedalaman kritik terjadi pada energi spesifik minimum, maka komdisi Y= YC dapat ditentukan dengan mendiferensialkan energi spesifik dan menyamakan dengan 0

Diferensial terhadap Y untuk debit Q konstan:

dengan dA/dy=T, T merupakan lebar muka air dari tampang saluran , sehingga:

untuk nilai ES minimum, maka d/dy=0 sehingga:

atau

Parameter penting aliran melalui saliran terbuka adalah kedalaman hidraulis yang didefinisikan sebagai D=A/T. Untuk tampang melintang segi empat, kedalaman hidraulis adalah sam dengan kedalaman aliran, sehingga persamaan di atas menjadi:

atau .4.19

Perbandingan antara kecepatan rerata aliran V dan cepat rambat gelombang di air dengan kedalaman hidraulis D dan dikenal dengan bilangan Froude Fr.

Apabila Fr=1,kecepatan rambat gelombang dan kecepatan aliran adalah sama,maka pada keadaan ini aliran adalah kriris.Apabila Fr1 kecepatan aliran lebih besar dari cepat rambat gelombang, maka kondisi aliran ini dinamakan superkritis (meluncur)dari persamaan 4.19 dapat ditulis untuk kondisi untuk aliran kriris: Q2/g=DA2

Untuk saluran segi empat , D=y dan A=By, sehingga; Q2/g=y3B2Oleh karena bentuk diatas diturunkan dari kondisi aliran kritis , maka dapat diperoleh kedalaman kritis YC :

dengan q adalah debit aliran tiap satu satuan lebar saluran.Kecepatan kritik diperoleh:

Untuk saluran trapesium, A=(B+my)yT=B+2myMaka persamaan untuk aliran kritis menjadi:

atau

DEBIT MAKSIMUM (Qmax)Debit maksimum untuk energi spesifik kontan,dapat ditulis dalam bentuk:

Diperoleh dengan mendiferensiasikan Q terhadap y dan kemudian disamakan dengan nol.

Yang akhirnya didapat :

Substitisikan persamaan tersebut ke dalam persamaan 4.24 , akan didapat:

Sehingga energi spesifikkontan akan terjadi debit maksimum pada kedalaman kritik , atau

Konbinasi dari persamaan 4.24 dan 4.25 untuk mengeliminasi akan memperoleh bentuk :

Hubungan antara kedalaman air dan debit aliranGambar tersebut menunjukan bahwa untuk suatu debit Q akan terdapat dua kedalaman Y1 dan Y2 yang mempunyai energi spesifik yang sama. Apabila debit betambah, maka kedua kedalaman tersebut akan saling mendekati untuk menuju suatu nilai kedalaman kritik YC dimana debit adalah maksimum

Kemiringan kritik dasar saluran (IC)Merupakan dasar saluran yang diperlukan untuk menghasilkan aliran seragam di dalam saluran pada kedalaman kritik.Kecepatan aliran pada kedalaman kritik diberikan oleh persamaan :

Pada kondisi tersebut R=Rc dan I= ICsehingga rumus manning menjadi :

Untuk saluran lebar, RC=YC=DC sehingga:

Apabila aliran seragam terjadi pada saluran dengan I0IC maka aliran disebut superkritik dan kemirigan dasar disebut curam.

Contoh soal 10Saluran berbentuk segiempat dengan lebar dasar 5m mengalirkan air dengan debit 7,5 m3/d .hitunglah energi spesifik apabila kedalaman aliran adalah 2 m.Penyelesaian :Diketahui: B=5m, Q= 7,5 m3/drumus: sehingga, Luastampang aliran :A=By=52= 10 m2Kecepatan aliran:V=Q/A= 7,5 m3/d 10 m2 =0,75 m/d dan energi spesifik yang didapat adalah :

jadi energi spesifik yang didapat adalah 2,0287 m