(7) aliran dalam saluran terbuka.ppt
TRANSCRIPT
-
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)
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
3/29
Penampang Saluran Terbuka
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
5/29
Energi pada Saluran Terbuka
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
12/29
Nilai Koefisien Manning (n)
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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)
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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)?
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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?
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
16/29
Gambar Soal Latihan 2
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
17/29
Gambar Soal Latihan 3
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
18/29
Gambar Soal Latihan 4
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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)?
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
21/29
Gambar Soal Latihan 1
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
22/29
Gambar Soal Latihan 2
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
23/29
Gambar Soal Latihan 3
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
24/29
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
25/29
Elemen Hidraulik Penampang Lingkaran
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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?
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
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
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
28/29
Kecepatan juga akan bervariasi pada penampang horizontal
Kecepatan akan lebih besar di dekat pusat penampang dan akan
mengecil di dekat sisi saluran
-
8/10/2019 (7) Aliran dalam Saluran Terbuka.ppt
29/29
Penampang Saluran yang Efisien