SALURAN TERBUKA DAN SIFAT-SIFATNYA

MEKANIKA FLUIDA

Pengertian

• Saluran terbuka: saluran di mana air mengalir dengan muka air bebas.

Klasifikasi saluran terbuka berdasarkan asal-usul

Saluran alam (natural channel)contoh : sungai-sungai kecil di daerah hulu (pegunungan) hingga sungai besar di muara

Klasifikasi saluran terbuka berdasarkan asal-usul

Saluran buatan (artificial channel)contoh : saluran drainase tepi jalan, saluan irigasi untuk mengairi persawahan, saluran pembuangan, saluran untuk membawa air ke pembangkit listrik tenaga air, saluran untuk supply air minum, saluran banjir.

Jenis-Jenis Aliran

• Berdasarkan waktu pemantauan– Aliran Tunak (Steady Flow) – Aliran Taktunak (unsteady Flow)

• Berdasarkan ruang pemantauan – Aliran Seragam (Uniform flow) – Aliran Berubah (Varied flow)

Perilaku aliran saluran terbuka

• Ditentukan oleh pengaruh kekentalan dan gravitasi sehubungan dengan gaya inersia aliran

• Pengaruh kekentalan:– Laminar : jika kekentalan sangat besar. – Turblen : jika kekentalan relatif lemah.– perlaihan

Geometri SaluranSaluran prismatik (prismatic channel)Yaitu saluran yang bentuk penampang melintang dan kemiringan dasarnya tetap.Contoh : saluran drainase, saluran irigasi

Saluran non prismatik (non prismatic channel)Yaitu saluran yang bentuk penampang melintang dan kemiringan dasarnya berubah-ubah.Contoh : sungai

Geometri Saluran• Kedalaman (y) - depth• Ketinggian di atas datum (z) - stage• Luas penampang A (area – cross section area)• Keliling basah (P) – wetted perimeter• Lebar permukaan (B) – surface perimeter• Jari-jari hidrolis – (A/P) – rasio luas terhadap keliling

basah• Rata-rata kedalaman hidrolis (D) – rasio luas terhadap

lebar permukaan• Kemiringan saluran (So)

Distribusi kecepatan pada penampang saluran

• Dengan adanya suatu permukaan bebas dan gesekan disepanjang dinding saluran, maka kecepatan dalam saluran tidak terbagi merata.

• Kecepatan maksimum terjadi pada 0.05 s/d 0.25 dari permukaan.

• Makin ke tepi makin dalam

17

0.2

0.6

0.8

0.85

Energi Spesifik dan aliran kritis

• Energi spesifik dalam suatu penampang saluran adalah energi fluida setiap satuan berayt pada setiap penampang saluran

• Aliran kritis adalah keadaan aliran dimana energi spesifiknya untuk suatu debit tertentu adalah minimum.

• Pada keadaan kritis dari suatu aliran, tingi kecepatan sama dengan setengah dari kedalaman hidrolik.

Prinsip Aliran Seragam

• Kedalaman aliran adalah konstan dalam waktu dan ruang

• Gaya gravitasi yang ada di imbangi oleh gaya friksi yang ada

• Aliran yang benar-benar seragam jarang ditemukan dalam kenyataan dan ada beberapa aliran yang diasumsikan sebagai aliran seragam

Pembentukan aliran seragam

• Aliran air dalam saluran terbuka akan mengalami hambatan saat mengalir ke hilir.

• Hambatan akan dilawan oleh komponen gaya berat yang bekerja dalam arah geraknya.

• Bila hambatan seimbang dengan gaya berat maka aliran yang terjadi adalah aliran seragam.

Kecepatan Aliran TerbukaRumus Chezy (1769)

Seorang insinyur Prancis yang bernama Antoine Chezy pada tahun 1769 merumuskan

oRSCV dimana :V = kecepatan rata-rata (m/detik),So = kemiringan dasar saluran, C = faktor tahanan aliran yang disebut koefisien Chezy

Bazin

Pada tahun 1897, seorang ahli hidraulika Prancis, H. Bazin merumuskan suatu persamaan untuk menghitung koefisien Chezy C sebagai fungsi jari-jari hidraulis, R, dan koefisien kekasaran, , harganya tergantung dari jenis bahan dinding saluran, sebagai berikut:

R1

87C

Ganguillet dan Kuetter

Pada tahun 1869, dua insinyur Swiss, Ganguillet dan Kuetter mengumumkan rumus yang menyatakan besarnya nilai C sebagai fungsi kemiringan, S, jari-jari hidraulik, R, dan koefisien kekasaran, m, dalam bentuk sebagai berikut:

SRm

mSC00155,0231

100155,023

Koefisien m dalam rumus ini terkenal dengan sebutan nilai m dari Kuetter

Rumus Chezy

• 1769 Insinyur Perancis Antoine Chezy

V : Kecepatan rata-rata R : Jari-jari hidrolik S : Kemirinan garis energi C : Faktor tahanan aliran Chezy

Rumus ManningSeorang insinyur Irlandia bernama Robert Manning (1889) mengemukakan sebuah rumus yang akhirnya diperbaiki menjadi rumus yang sangat terkenal sebagai:

2132 SRn49.1v

Kecepatan rata-rataR : Jari-jari hidrolikS : Kemirinan garis energin : koefisien kekasaran

koefisien Chezy dan koefisien Manning sebagai: nR

C61

Koefisien kekasaran Manning

No. Tipe saluran dan jenis bahanHarga n

Minimum

Maksimum

1. BetonGorong-gorong lurus dan bebas dari kotoranGorong-gorong dengan lengkungan dan sedikit kotoran/gangguanBeton dipolesSaluran pembuang dengan bak kontrol

0,0100,0110,0110,013

0,0110,0130,0120,015

0,0130,0140,0140,017

2. Tanah, lurus dan seragamBersih baruBersih telah melapuk BerkerikilBerumput pendek, sedikit tanaman pengganggu

0,0160,0180,0220,022

0,0180,0220,0250,027

0,0200,0250,0300,033

3. Saluran alamBersih lurusBersih, berkelok-kelokBanyak tanaman penggangguDataran banjir berumput pendek – tinggiSaluran di belukar

0,0250,0330,0500,0250,035

0,0300,0400,0700,0300,050

0,0330,0450,08

0,0350,07

Contoh

1,5 m 1,5 m 1,5 m

5,0 m 3,0 m 3,0 m

1,5

1

Hitunglah jari-jari hidraulik dari saluran dengan tampang lintang berikut ini:

Penyelesaian

a) Luas tampang A = b h = 5,0 x 1,5 = 7,5 m2 Keliling basah P = b + 2h = 5,0 + 2 x 1,5 =8 m Jari-jari hidraulik R =

b) Luas tampang A = [B+(B+2mh)]0,5h = [3+(3+2x1,5x1,5)]0,5x1,5

= (5+1x1)1 = 6 m2 Keliling basah : P = B + 2h = 5,0 + 2x1= 7,8284 m Jari-jari hidraulis : R = = 0,7664 m

85,7

PA

8284,70,6

PA

Aliran seragam subkritis mempunyai kedalaman 5 m mengalir pada saluran persegi dengan lebar 10 m. Angka kekasaran Manning, n = 0,015 dan kemiringan dasar saluran 1/1000. Hitunglah debit aliran

Contoh

5 m

10 m

04/28/23 30

Contoh soal1. Disainlah suatu saluran penampang segi-4 yang efisien jika

saluran tsb mengangkut debit 1,1 m3/s dg nilai kekasaran badan sal 0,011 dan kemiringan badan sal 0,002.

Q = (b.h).1/n. R2/3. I1/2 pers manning

h untuk penampang segi-4 yg efisienb=2h & R=h/2

b jadi Q =1,1= 2h2/0,011. (h/2)2/3.(0,002)1/2

h8/3=0,215 h = 0,562 m dan b=2h b = 1,124 m

Contoh

Solusi