Memahami Perhitungan pada Aliran Seragam Saluran Terbuka

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Kualifikasi Aliran Seragam

Aliran seragam memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

a. Kedalaman, luas basah, kecepatan dan debit pada

setiap penampang pada bagian saluran yang lurus

adalah konstan;

b. Garis enenrgimuka air dan dasar saluran saling

sejajarberarti kemiringannya sama.

Aliran memiliki kecepatan konstan pada setiap titik di

penampang saluran di dalam bagian saluran yang lurus.

Dengan kata lain distribusi kecepatan dipenampang

saluran tidak berubah dibagian sungai yang lurus..

suatu pola distribusi kecepatan yang stabil dapat

dicapai bila telah dikembangkan secara penuh atau

disebiut dengan lapisan batas.

Aliran seragam dianggap sebagai suatu aliran tunak

(steady flow) karena aliran seragam taktunak dalam

praktek tidak pernah ada. Pada sungai alam, aliran

seragam tunak bahkan jarang terjadi, sebab karena

sungai dan alur air dalam keadaan asli jarang terdapat

dalam keadaan aliran seragam secara mutlak, untu

perhitungan aliran disungai sering dipakai anggapan

bahwa aliran dalam keadaan seragam.

Aliran seragam tidak dapat terjadi dalam keadaan

kecepatan yang sangat tinggi yang biasanya disebut

ultra cepat (ultrarapid). Sebab itu bila aliran seragam

mencapai kecepatan tinggi tertentu akan menjadi sangat

taktunak. Kecepatan aliran yang lebih tinggi kadang-

kadang menyerap udara dan menjadi taktunak.

2.2 Pembentukan Aliran Seragam

Bila air mengalir dalam saluran terbuka, air akan

mengalami hambatan saat mengalir ke hilir. Hambatan ini

biasanya dilawan oleh komponen gaya berat yang bekerja

dalam air dalam arah geraknya. Aliran seragam akan

terjadi bila hambatan ini seimbang dengan gaya berat.

Besarnya tahanan bila faktor-faktor fisik laindari

daerah saluran tidak berubah, tergantung pada kecepatan

aliran. Bila air memasuki saluran secara perlahan,

kecepatan akan mengecil dan oleh karena itu h\

ambatannya juga akan mengecil, dan hambatan tersebut

akan lebih kecil dari gaya berat sehingga terjadi

aliran percepatan dibagian yang lurus disebelah hulu.

Kecepatan dan hambatan akan meningkatkan lambat laun

sampai terjadi keseimbangan antara hambatan dengan

gaya-gaya berat. Pada keadaan ini dan selanjutnya

aliran menjadi seragam. Bagian lurus di hulu yang

diperlukan untuk membentuk aliran seragam dikenal

dengan zona peralihan 9transitory zone). Dalam zona ini

aliran dipercepat dan berubah. Bila saluran lebih

pendek dari pada panjang peralihan yang diperlukan

untuk kondisi yang ditetapkan, maka tidak dapat terjadi

aliran seragam. Pada bagian hilir saluran, hambatan

mungkin akan terjadi lebih kecil dari gaya berat,

sehingga aliran menjadi tidak seragam lagi atau

berubah.

Pada pemukaan subkritis permukaan air di zona peralihan

tampak bergelombang. Aliran dibagian tengah saluran

bersifat seragam namun kedua ujungnya bersifat berubah.

Pada kemiringan kritis permukaan air dari aliran kritis

ini tidak stabil. Dibagian tengan dapat terjadi

gelombangtetapi kedalaman rat-ratanya konstandan aliran

dapat dianggap seragam. Pada kemiringan subkritis

permukaan air beralih dari keadaan subkritis menjadi

superkritis setelah melalui terjunan hidrolik lambat

laun. Dihilir zona peralihan aliran mendekati seragam.

Keadaan aliran seragam disebut kedalaman normal (normal

depth) panjang zona peralihan tergantung pada debit dan

keadaan fisik saluran, seperti keadaan tempat

pemasukan, bentuk kemiringan dan kekasarannya.

Berdasarkan titik tolak hidrodinamis panjang zona

peraliahan tidak boleh kurang dari panjang yang

diperlukan untuk membentuk lapisan batas seutuhnya

dengn persyaratan tertentu.

2.3 Menyatakan Kecepatan Aliran Seragam

Kecepatan rata-rata aliran seragam turbulen dalam

saluran terbuka biasanya dinyatakn dalam perkiraan yang

dikenal dengan rumus aliran seragam (Iuniform flow

formula). Untuk keperluan praktis, aliran dalam saluran

akan dapat dianggap seragam dalam keadaan normal, yaitu

bila tidak terjadi banjir atau aliran berubah yang

jelas tampak akibat ketidakteraturan saluran. Dalam

penerapan rumus aliran seragam untuk saluran alam,

dapat dipahami bahwa hasilnya sangat kasar karena

keadaan aliran lebih banyak ntergantung pada faktro-

faktor yang tak diketahui secara tepat daripada yang

akan terdapat dalam saluran buatan umumnya.

Suatu pendekatan lain untuk menentukan kecepatan

disaluran alam telah dicoba ole toebes. Dalam

pemdekatan ini ditetapkan analisa hubungn berganda

terhadap faktor-faktor yang jelas mempengaruhi.

[kecepatan dalam suatu saluran aluvial: luas basah,

kecepatan maksimum dipermukaan, keliling bsah,

kedalaman maksimum, kemiringan muka air, koefisien

kekasaran dan temperatur airr. Cara ini memungkinkan

untuk mengevaluasi pengaruh masing-masing variabel

terhadap besarnya kecepatan. Bila dilakukan evaluasi

semacam ini, kecepatan pada kondisi tertentu bagi

variabel-variabel sama dengan jumlah aljabar dari

tingkat pengaruh setiap variabel tersebut terhadap

kecepatannya. Namun hal ini hanya berlaku bagi aliran

didalam daerah geografis dimana anlisa ini dibuat, jadi

pemakainnya tidak bersifat umum.

2.4 Rumus Chezy

Rumus aliran seragam pertama dbuat pada 1769 oleh

ilmuwan prancis bernama Antoine Chezy yaitu:

V = C √RSDimana V adalah kecepatan rata-rata, C adalah faktor c

dari Chezy atau faktor tahan aliran, R adalah jari-jari

hidrolik dan S adalah kemiringan garis energi. Berikut

merupakan bentuk grafik dari penurunan rumus Chezy

untuk aliran seragam pada saluran terbuka:

Sumber: Hidrolika Saluran Terbuka, 1997

2.5 Penurunan Rumus Chezy

A. Rumus Gangguillet-Kutter


Dimana V adalah kecepatan rata-rata, C adalah faktor C


hidrolik dan S adalah kemiringan garis energi serta n

adalah koefisien kekasaran. Rumus ini telah dibuat

tabel dan grafik untuk mempermudah pemakaiannya,

sehingga rumus ini jarang dipakai di biro-biro teknik.

B. Rumus Bazin


Dimana C adalah faktor C dari Chezy atau faktor tahan

aliran, R adalah jari-jari hidrolik dan m adalah

koefisien kekasaran yang oleh bazin diberikan nilai

sebagai berikut:


C. Rumus Powell

Berikut merupakan nilai-nilai percobaan untuk € Powell:


2.6 Rumus Manning

Rumus yang dikemukakan Robert Manning tahun 1889 ini

dikenal dengan:

V = 1,49n R2/3 S1/2

Dimana V adalah kecepatan rata-rata, C adalah faktor C


hidrolik dan S adalah kemiringan garis energi serta n

adalah koefisien kekasaran Manning.

2.7 Penentuan Koefisien Kekasaran Manning

Untuk sekedar tuntutan bagi penentuan yang wajar

mengenai koefisien kekasaran akan dibahas 4 pendekatan

umum:

1. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi nilai n

dan hal ini memerlukan suatu penegetahuan dasar

menegenai persoalannya dan kadar perkiraannya;

2. Mencocokkan tabel dari nilai-nilai n untuk

berbagai tipe saluran;

3. Memeriksa dan dan memahami sifat beberapa saluran

yang koefisien kekasarannya telah diketahui;

4. Menentukan nilai n dengan cara analitis

berdasarkan distribusi kecepatan teoritis pada

penampang saluran dan data pengukuran kecepatanmaupun

pengukuran kekasaran.

2.8 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kekasaran Manning

1. Kekasaran Permukaan

Secara umum butiran halus pada permukaan memiliki

nilai n (koefisien keksasaran) yang rendah, sedangkan

butiran kasar memilki nilai n (koefisien keksasaran)

yang tinggi.

2. Tetumbuhan

Tetumbuhan dapat digolongkan kedalam jenis kekasaran

permukaan, tetapi juga dapat memeperkecil kapasitas

saluran dan mengahambat aliran. Efeknya terutama

tergantung tinggi, kerapatan, distribusi dan jenis

tetumbuhan, dan hal ini sangat penting dalam

perancangan saluran pembuangan yang kecil.

3. Ketidakteraturan Saluran

Ketidakteraturan saluran baik itu slauran alami

maupun saluran buatan menandakan kekasaran sebagai

tambahan dari yang ditimbulkan oleh kekasaran

permukaan dan faktor-faktor lainnya.

4. Trase Saluran

Kelengkungan yang landai dengan garis tengah yang

besar engakibatkan nilai kekasaran permukaan yang

relatif rendah, sedangkan kelengkungan yang tajam

dengan belokan-belokan yang patah akan memperbesar

nilai koefisien kekasaran.

5. Pengendapan dan Penggerusan

Pengendapan dapat mengubah saluran yang tidak

beraturan menjadi beraturan dan memperkecil nilai n

(kekasaran permukaaan), sedangkan penggerusan dapat

berakibat sebaliknyadan mememperbesar n. namun sifat

utama dari penegendapan dapat dilihat dari sifat

alamiahnya.

6. Hambatan

Adanya balok sekat pilar jembatan dan sejenisnya

akan cenderung memperbesar n. besarnya kenaikan ini

tergantung pada sifat alamiah hambatn, ukuran,

bentuknya dan banyaknya penyebabnya.

7. Ukuran dan Bentuk Saluran

Belum ada bukti nyata bahwa ukuran dan bentuk saluran

menjadi faktor penting yang mempengaruhi nilai n.

Perbesaran jari-jari hidrolik dapat memperbesar

maupun memperkecil n, tergantung pada keadaan

saluran.

8. Taraf Air Dan Debit

Nilai n pada saluran umumnya berkurang jika taraf air

dan debitnya bertambah. Bila air rendah,

ketidakteraturan dasar saluran akan menonjol dan

efeknya kelihatan. Namun nilai n dapat pula

diperbesar pada taraf air tinggi bila dinding saluran

kasar berumput.

9. Perubahan Musiman

Akibat pertumbuhan musiman dari tanaman-tanaman air,

rumput, willow dan semak-semak di saluran atau

tebing, nilai n dapat bertambah pada musim semi dan

berkurang pada musim dingin.perubahan musiman ini

dapat menimbulkan perubahan faktor-faktor lainnya.

10. Endapan Melayang dan Endapan Kasar

Bahan-bahan yang melayang dari endapan kasar, baik

yang bergerak maupun tidak bergerakakan menyerap

energi, menyebabkan keholangan tinggi energi atau

memperbesar kekasaran saluran.

2.9 Tabel Koefisien Manning

Tabel dibawah ini merupakan daftar nilai n untuk

saluran berbagai jenis, yaitu:


2.10 Penggambaran Saluran dengan Berbagai Kekasaran

Cara penentuan koefisien kekasaran yang dilakukan oleh

U.S. Geological Survey yaitu dengan menentukan beberapa

kekasaran sungai di Amerika yaitu dengan cara

pengukuran luas penampang, lebar, dalam, kecepatan

rata-rata, kemiringan dan perhitungan koefisien

kekasaran.

DAFTAR PUSTAKA

Chow, Ven Te. 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta:Erlangga.

MAKALAH MEKANIKA FLUIDA II

“MEMAHAMI PERHITUNGAN PADA SALURAN SERAGAM”

OLEH : KELOMPOK I

ANGGOTA : DITA SOPHY (0910941006)

MIRA (1310941026)

DILA YURIANTI (1310942003)

DOSEN : VERA SURTIA, PhD.

JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK-UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2015

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kondisi aliran dalam saluran terbuka yang rumit

berdasarkan kenyataan bahwa kedudukan permukaan yang

bebas cendrung berubah sesuai waktu dan ruang, dan juga

bahwa kedalaman aliran, debit, kemiringan dasar saluran

dan permukaan bebas adalah tergantung satu sama lain.

Kondisi fisik saluran terbuka jauh lebih bervariasi

dibandingkan dengan pipa.

Aliran memiliki kecepatan konstan pada setiap titik di

penampang saluran di dalam bagian saluran yang lurus.

Dengan kata lain distribusi kecepatan dipenampang

saluran tidak berubah dibagian sungai yang lurus..

suatu pola distribusi kecepatan yang stabil dapat

dicapai bila telah dikembangkan secara penuh atau

disebiut dengan lapisan batas. Aliran seragam dianggap

sebagai suatu aliran tunak (steady flow) karena aliran

seragam taktunak dalam praktek tidak pernah ada. Untuk

merancang dan membuat suatu aliran seragam pada saluran

terbuka yang dikehendaki seorang calon Sarjana Teknik

Lingkungan perlu untuk memahami perhitungan pada

saluran seragam.

1.2 Rumusan Masalah

Dalam makalah kali ini akan dijelaskan masalah sebagai

berikut:

1. Apa saja kualifikasi aliran seragam?

2. Bagaimana Pembentukkan aliran seragam?

3. Apa itu Kecepatan aliran seragam?

4. Bagaimana cara penentuan faktor hambatan Chezy?

5. Bagaimana dengan Koefisien kekasaran Meanning?

1.3 Tujuan

Tujuan penulisan makalah ini adalah agar dapat memahami

perhitungan pada saluran seragam.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

1. Rumus aliran seragam pertama dbuat pada 1769 oleh

ilmuwan prancis bernama Antoine Chezy yaitu: V = C

√RS;

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekasaran manning

adalah kekasaran permukaan, tetumbuhan,

ketidakteraturan saluran, trase saluran,

pengendapan dan penggerusan, hambatan, ukuran dan

bentuk saluran, taraf air dan debit, perubahan

musiman, endapan melayang dan endapan kasar.

LATIHAN PERHITUNGAN ALIRAN SERAGAM

Saluran penampang segi empat yang efisien dengan

kemiringan dasar 0,0008 dan kekasaran Manning n = 0,015

mengalirkan debit 17 m3/det.

a. Tentukan dimensi saluran dan jenis aliran seragam

tersebut.

b. Gambarkan kurva energi spesifik.

c. Pada suatu titik saluran disempitkan, tentukan

lebar maksimum agar terjadi aliran kritis.

JAWABAN:

a. Dimensi saluran.

Saluran penampang segiempat efisien B = 2y0 ;

A = B x y0 = 2 y02

P = B + 2 y0

= 4 y0

R=AP

=2y

02

4y0=0,5y0

Aliran seragam rumus Manning

Q=A×v=2y02

×1n.R

23 .S

0

12

17=2y02

×10,015 (0,5.y0)

23 .(0,0008 )

12

17=2,375.y0

83

y0=(172,375 )38 →y0=2,09 m

B=2.y0=4,18 m

Jadi dimensi saluran: lebar B = 4,18 m dan

kedalaman aliran y0 = 2,09 m

Kecepatan aliran: v=

QA

=174,18×2,09

=1,95 m/det

Bilangan Froude:

Fr=v

√gy=

1,95√9,81×2,09

=0,43 <1 →aliransubkritis

c. Gambar kurva energi spesifik

Debit per satuan lebar: q=

QB

=174,18

=4,07 m3/det/m'

Kedalaman kritis: ycr=

3√q2g =3√(4,07)2

9,81=1,19 m

Energi spesifik :E=y+

V22g

Selanjutnya untuk menggambarkan kurva energi spesifik,

perhitungan ditabelkan dengan mengambil harga kedalaman

aliran sebagai berikut:y V V2/2g E

(m) (m) (m)

0

0,4

10,17

5 5,277 5,677

0,6 6,783 2,345 2,945

0,8 5,088 1,319 2,119

1 4,070 0,844 1,844

1,19 3,420 0,596 1,786

1,4 2,907 0,431 1,831

1,6 2,544 0,330 1,930

1,8 2,261 0,261 2,061

2 2,035 0,211 2,211

4 1,018 0,053 4,053

5 0,814 0,034 5,034

0 1 2 3 4 5 60

1

2

3

4

5

6

E (m)

y (m

)

c. Penampang 1 dan 2 adalah bagian hulu dan bagian

penyempitan saluran.

Penampang 1:

V12

2g=(1,95)2

2×9,81 =0,194 m

E1=y1+V12

2g=2,09+0,194=2,284 m

Penampang 2: aliran kritis

E2cr=32×y2cr=E1=2,284 m

ycr2=23

×2,284=1,523 m

ycr2=3√q2g =

3√q29,81 =1,523 m

q=√(1,523)3×9,81=5,887 m3/det/m

B=Qq

=175,887

=2,89 m

Lebar saluran maksimum adalah 2,89 m untuk menyebabkan

aliran kritis.

Memahami Perhitungan pada Aliran Seragam Saluran Terbuka

Documents