HIDROLIKAHIDROLIKA(SIL 232)

Dr. Ir. Yuli Suharnoto, MSc.Dr  Ir  Erizal  MAgrDr. Ir. Erizal, MAgr.

Departemen Teknik Sipil dan LingkunganFakultas Teknolog PertanianInstitut Pertanian BogorInstitut Pertanian Bogor

MODUL 1  PRINSIP DASAR HIDROLIKAPRINSIP DASAR HIDROLIKA

1 1 PENDAHULUAN1.1.PENDAHULUANHidrolika adalah bagian dari hidromekanika

(hydro mechanics) yang berhubungan dengan gerak( y ) y g g g gair. Untuk mempelajari aliran saluran terbukamahasiswa harus menempuh mata kuliah kalkulusd k ik fl id l bih d ldan mekanika fluida lebih dulu.

Dengan bekal mata kuliah kalkulus danmekanika fluida mahasiswa akan mampu memehamimekanika fluida mahasiswa akan mampu memehamipenurunan persamaan-persamaan dasar danfenomena aliran yang pada prinsipnya merupakanfenomena aliran yang pada prinsipnya merupakanfungsi dari tempat (x,y,z) dan waktu (t).

HUKUM / PRINSIP DASARHUKUM / PRINSIP DASARHukum ketetapan massa, hukum ketetapan 

HUKUM / PRINSIP DASAR HUKUM / PRINSIP DASAR

energi dan hukum ketetapan momentum, yang akan dinyatakan dalam persamaan kontinuitas, 

i d tpersamaan energi dan persamaan momentum.

Penjelasan perbedaan prinsip antara aliran   saluran tertutup dan aliran saluran terbuka.

Jenis dan geometri saluran terbuka.

Agar mahasiswa memahami penggunaan atau

penerapan persamaan‐persamaan dasar yang telah

diturunkan maka di akhir bab ini mahasiswa diberi

tugas untuk mengerjakan soal‐soal yang  ada

hubungannya dengan bangunan‐bangunan airg y g g g

seperti bangunan air untuk irigasi dan/atau untuk

drainase. 

Pada setiap soal diberi petunjuk agar

mahasiswa dapat mengevaluasi sendiri apakahmahasiswa dapat mengevaluasi sendiri apakah pekerjaannya  

sudah benar.

Setelah membacaSetelah membaca modul ini, mahasiswa dapat memahamidapat memahami 

prinsip dasar hidrolikayang berhubunganyang berhubungan dengan fenomena 

aliran saluran terbukaaliran saluran terbuka.

JADWAL  KULIAHNo. Pokok Bahasan Sub-Pokok Bahasan Dosen1 Aliran Saluran Terbuka,

penggolongan dan sifat-sifatnya

1. Tipe Aliran2. Jenis saluran terbuka3. Geometri saluran

ERZ

Prinsip energy dan 1. Definisi Energi spesifik ERZ2 momentum 2. Aliran Subkritis, kritis dan superkritis

3. Aksesibilitas dan kontrol4. Aplikasi prinsip energi5. Definisi Momentum spesifik

hid lik6. Loncatan hidrolik3 Konsep terjadinya aliran

seragam1. Terbentuknya aliran seragam2. Persamaan Chezy dan Manning3. Estimasi koefisien kekasaran

ERZ

4 i li 1 d i l4 Komputasi aliran seragam 1. Hantaran dari suatu Penampang saluran2. Faktor penampang dan eksponen hidrolis3. Perhitungan kedalaman dan kecepatan normal4. Penetuan kemiringan normal dan kemiringan kritis

ERZ

5 P S l k 1 S l h i ERZ5 Perencanaan Saluran untukAliran Seragam

1. Saluran tahan eorsi2. Saluran peka erosi3. Saluran berumput

ERZ

6 Teori dan Analisis Aliran TakS

1. Asumsi dasar2 P di i li k

ERZSeragam 2. Persamaan dinamis aliran tak seragam

7 Karakteristik dan KlasifikasiAliran Tak Seragam

1. Ciri-ciri profil aliran2. Penggolongan penampang aliran3. Analisa Profil aliran

ERZ

JADWAL KULIAHJADWAL  KULIAH

No Pokok Bahasan Sub Pokok Bahasan DosenNo. Pokok Bahasan Sub-Pokok Bahasan Dosen10 Metode Perhitungan Aliran Tak

Seragam1. Metode integrasi grafis2. Metode Integrasi Langsung3. Metode Tahapan Langsung4 M t d t h t d

YSH

4. Metode tahapan standar

11 Aliran Tak Mantab berubahbertahap

Kontinuitas aliran tak mantabPersamaan dinamis aliran tak mantabPerambatan gelombang

YSH

Perambatan gelombang

12 Aliran Tak-Mantab berubah Tiba-tiba

1. Aliran seragam bertahap2. Perpindahan loncatan hidrolis3. Hempasan positif4 H ti

YSH

4. Hempasan negative

13 Konsep Aliran dalam Pipa 1. Resistensi dalam aliran pipa bulat2. Resistensi dalam aliran pipa tak bulat

YSH

14 Analisa aliran dalam jaringan pipa Loop method YSH14 Analisa aliran dalam jaringan pipa Loop methodNode Method

YSH

PENILAIAN & PUSTAKAPENILAIAN & PUSTAKA• UTS : 30 %

Praktikum : 30 %• Praktikum : 30 %• Ujian Akhir : 40 %

• Chow, Ven-te (1959) : Open Channel Hydraulicsy

• Henderson, F.M. (1966) : Open Channel Flow• Vennard, John K. dan R.L. Street (195) : , ( )

Elementary Fluid Mechanics• Bakhmeteff, B.A. (1938) : Hydraulics of Open y p

Channel

HYDROSTATICS

HYDROMECHANICS HYDRODYNAMICSMECHANICS

HYDROLICS

FLUID MECHANICS

AEROSTATICS

AERO MECHANICS

AEROSTATICS

THEOROTICALAERODYNAMICSMECHANICS AERODYNAMICS

EXPERIMENTALAERODYNAMICSAERODYNAMICS

Ditinjau dari mekanika aliran, terdapat dua macam aliran yaitu aliran saluran tertutup dan aliran saluran terbuka. Dua macam aliran tersebut dalam banyak hal mempunyai kesamaan tetapi berbeda dalam satu ketentuan penting. Perbedaan tersebut adalah pada keberadaan permukaan bebas; aliran saluran terbuka mempunyai permukaan bebas, sedang aliran saluran tertutup tidak mempunyai permukaan bebas karena air mengisi seluruh penampang saluran. 

Dengan demikian aliran saluran terbukamempunyai permukaan yang berhubunganmempunyai permukaan yang berhubungandengan atmosfer, sedang aliran saluran tertutuptidak mempunyai hubungan langsung dengantidak mempunyai hubungan langsung dengantekanan atmosfer.

Di dalam modul ini yang dibahas adalah aliranDi dalam modul ini yang dibahas adalah aliransaluran terbuka (open channel flow ) yangsangat erat hubungannya dengan teknik sipilsangat erat hubungannya dengan teknik sipil.

G i d l h iGaris arus adalah garismenerus (continous) yang lurusatau melengkung di dalamcairan dimana garis singgungg gg g

pada setiap titiknyamenunjukkan arah kecepatanmenunjukkan arah kecepatangerak partikel cairan pada garis

arus tersebutarus tersebut. 

Contoh garis arus adalah seperti pada Gb.1.1 dibawah ini:

y S

VVy

y S

Vx

x

G b 1 1 Sk t d fi i i iGambar 1.1. Sket definisi garis arus

Pipa arus adalah sekumpulan garis‐garis arus yang diawali suatu lengkung tertutup dan diakhiri suatu lengkung tertutup.

Gambar 1.2. Sket definisi pipa arus

adalah aliran yang terdiri dari banyak pipa arus yang mempunyai batas tetap seperti pada Gb.1.3.y g p y p p p

G b 1 3 K l iGambar 1.3. Kumpulan pipa arus di antara batas tetap

Apabila ρ1 adalah kerapatan cairan rata‐ratap ρ1 ppada penampang 1 dan ρ2 adalah kerapatancairan rata‐rata pada penampang 2, makabesarnya massa per satuan waktu di duabesarnya massa per‐satuan waktu di duapenampang tersebut adalah :

AVm ρ= 1111 ..dan

AVm ρ=( 1.1)

2222 .. AVmdanρ=

( )

2222

Dimana:m  = jumlah massa cairan per‐satuan

waktu (slug atau kg)V  =  kecepatan rata‐rata penampang

(ft/s atau m/s)A  =  luas penampang (ft2 atau m2)ρ = kerapatan cairan (slug atau slug/ft2ρ   kerapatan cairan (slug atau slug/ft

atau kg/m3)indeks 1 dan 2 menunjukkan harga‐hargaindeks 1 dan 2 menunjukkan harga hargatersebut pada penampang 1 dan padapenampang 2.

Seperti yang harus diketahui airSeperti yang harus diketahui, airmengalir dari hulu ke hilir (kecuali ada gayayang menyebabkan aliran ke arah sebaliknya)yang menyebabkan aliran ke arah sebaliknya)sampai mencapai suatu elevasi permukaan airtertentu misalnya:tertentu, misalnya:

• permukaan air di danau 

atau

• permukaan air di laut

Tendensi/kecenderungan ini ditunjukkan olehTendensi/kecenderungan ini ditunjukkan olehaliran di saluran alam yaitu sungai.

Perjalanan air dapat juga ditambaholeh bangunan‐bangunan yang dibuat olehmanusia, seperti :

saluran irigasipipa

gorong ‐ gorong (culvert), dansaluran buatan yang lain atau kanal (canal). 

Walaupun pada umumnya

perencanaan saluran ditujukan untuk

karakteristik saluran buatan, 

k hid liknamun konsep hidrauliknya

d t j dit kdapat juga diterapkan

sama baiknya pada saluran alamsama baiknya pada saluran alam.

Apabila saluran terbuka terhadapatmosfer, seperti sungai, kanal, gorong‐gorong,maka alirannya disebut aliran saluran terbuka(open channel flow) atau aliran permukaanbebas (free surface flow)bebas (free surface flow).

Apabila aliran mempunyai penampangpenuh seperti aliran melalui suatu pipa, disebutaliran saluran tertutup atau aliran penuh (fullaliran saluran tertutup atau aliran penuh (fullflow).

Luas penampang (Luas penampang (areaarea))Lebar Permukaan (Lebar Permukaan (top widthtop width))Lebar Permukaan (Lebar Permukaan (top widthtop width))

Keliling Basah (Keliling Basah (Wetted ParimeterWetted Parimeter) dan) danJariJari--jari Hydraulik (jari Hydraulik (Hydraulic RadiusHydraulic Radius))..

Yang dimaksud dengan penampang saluran

j y (j y ( yy ))

Yang dimaksud dengan penampang saluran(channel cross section) adalah penampang yangdiambil tegak lurus arah aliran, sedang penampangg , g p p gyang diambil vertical disebut penampang vertikal(vertical section).

Dengan demikian apabila dasar saluranDengan demikian apabila dasar saluranterletak horizontal maka penampang saluranakan sama dengan penampang vertikalakan sama dengan penampang vertikal.

Saluran buatan biasanya direncanakandengan penampang beraturan menurut bentukdengan penampang beraturan menurut bentukgeometri yang biasa digunakan,

Bentuk penampang trapesium adalah bentukyang biasa digunakan untuk

saluran‐saluran irigasiatau

saluran‐saluran drainasekarena menyerupai bentuk saluran alam,y p ,dimana kemiringan tebingnya menyesuaikandengan sudut lereng alam dari tanah yangdigunakan untuk saluran tersebut.

Bentuk penampang persegi empat atau segitigamerupakan penyederhanaan dari bentuktrapesium yang biasanya digunakan untuksaluran‐saluran drainase yang melalui lahan‐lahan yang sempit.

Bentuk penampang lingkaran biasanyadigunakan pada perlintasan dengan jalan;digunakan pada perlintasan dengan jalan;saluran ini disebut gorong‐gorong (culvert).

Elemen geometri penampang memanjang saluranElemen geometri penampang memanjang saluranterbuka dapat dilihat pada Gb.1.4 berikut ini:

dy

DatumθDatumPenampang melintang

Gambar 1.4 Penampang memanjang dan penampang melintang aliran sal ran terb kadan penampang melintang aliran saluran terbuka

dengan notasi d adalah kedalaman daripenampang aliran, sedang kedalaman y adalahpenampang aliran, sedang kedalaman y adalahkedalaman vertikal (lihat Gb.1.4), dalam halsudut kemiringan dasar saluran sama dengan θsudut kemiringan dasar saluran sama dengan θmaka :

θcosatau

yd =( 1.2)

θcosdy =

( )

θcos

adalahadalah elevasielevasi atauatau jarakjarak vertikalvertikal daridari permukaanpermukaanair air didi atasatas suatusuatu datum (datum (bidangbidang persamaanpersamaan).).

adalahadalah lebarlebar penampangpenampang saluransaluran padapada permukaanpermukaanbebasbebas ((lihatlihat GbGb..11..55)).. NotasiNotasi atauatau simbolsimbol yangyangdigunakandigunakan untukuntuk lebarlebar permukaanpermukaan adalahadalah T,T, dandansatuannyasatuannya adalahadalah satuansatuan panjangpanjang..

mengacumengacu padapada luasluas penampangpenampang melintangmelintang daridarialiranaliran didi dalamdalam saluransaluran NotasiNotasi atauatau simbolsimbolaliranaliran didi dalamdalam saluransaluran.. NotasiNotasi atauatau simbolsimbolyangyang digunakandigunakan untukuntuk luasluas penampangpenampang iniiniadalahadalah A,A, dandan satuannyasatuannya adalahadalah satuansatuan luasluas..

suatusuatu penampangpenampang aliranaliran didefinisikandidefinisikan sebagaisebagaibagian/porsibagian/porsi daridari parameterparameter penampangpenampang aliranaliranbagian/porsibagian/porsi daridari parameterparameter penampangpenampang aliranaliranyangyang bersentuhanbersentuhan (kontak)(kontak) dengandengan batasbatas bendabendapadatpadat yaituyaitu dasardasar dan/ataudan/atau dindingdinding saluransaluran..pp yy gg

Dalam hal aliran di dalam saluran terbuka

b b d l h d dbatas tersebut adalah dasar dan 

dinding/tebing saluran seperti yang tampak 

pada Gb. 1.4 di bawah ini. 

Notasi atau simbol yang digunakan untuk 

k lili b h i i d l h dkeliling basah ini adalah P, dan satuannya 

adalah satuan panjang.

T

Keliling basah

Luas penampang

gB

G b 1 5 P t L b P k (T)Gambar 1.5. Parameter Lebar Permukaan (T), Lebar Dasar (B), Luas Penampang dan

Keliling basah suatu aliranKeliling basah suatu aliran

dari suatu penampang aliran bukan merupakan karakteristik yang dapat diukur langsung, tetapi seringkarakteristik yang dapat diukur langsung, tetapi sering sekali digunakan didalam perhitungan. Definisi dari jari jari hydraulik adalah luas penampang dibagi keliling 

basah, dan oleh karena itu mempunyai satuan panjang; notasi atau simbul yang digunakan adalah R, dan 

t d l h t jsatuannya adalah satuan panjang. 

Untuk kondisi aliran yang spesifik, jari‐jarihydraulik sering kali dapat dihubungkany g p glangsung dengan parameter geometrik darisaluran.

Misalnya jari jari hydraulik dari suatu aliranMisalnya, jari‐jari hydraulik dari suatu aliranpenuh di dalam pipa (penampang lingkarandengan diameter D) dapat dihitung besarnyadengan diameter D) dapat dihitung besarnyajari‐jari hydraulik sebagai berikut:

AR =( 1.3)P

Rw

=

44. 2 D

DDRlingkaran ==

π

Dimana:Dimana:4.Dlingkaran π

Dimana:Dimana:R R = Jari= Jari--jari hydraulik (ft/m)jari hydraulik (ft/m)AA = Luas penampang (ft2 atau m2)= Luas penampang (ft2 atau m2)A A Luas penampang (ft2 atau m2) Luas penampang (ft2 atau m2)Pw Pw = Keliling basah (ft atau m)= Keliling basah (ft atau m)DD = Diameter pipa (ft atau m)= Diameter pipa (ft atau m)D D Diameter pipa (ft atau m) Diameter pipa (ft atau m)

dari suatu penampangaliran adalah luas

dib i l bADpenampang dibagi lebar

permukaan, dan olehkarena itu mempunyai

TD = ( 1.4)

karena itu mempunyaisatuan panjang. Simbulatau notasi yangdi k d l h Ddigunakan adalah D.

adalah perkalian dari luaspenampang aliran A danDAZ =akar dari kedalamanhydraulik D. Simbol atau

i di kAA=

(1.5)notasi yang digunakanadalah Z.

TA

adalahadalah perkalianperkalian daridariluasluas penampangpenampang aliranaliranp p gp p gA A dandan pangkatpangkat 2/3 2/3 daridarijarijari‐‐jarijari hydraulikhydraulik ::jarijari jarijari hydraulikhydraulik : : 

ARAR2/32/3

PersamaanPersamaan // rumusrumus elemenelemen geometrigeometri daridariberbagaiberbagai bentukbentuk penampangpenampang aliranaliran dapatdapatdilih tdilih t dd t blt bl 11 11dilihatdilihat padapada tabletable 11..11..

Tabel 1.1. Unsur-unsur geometris penampang saluran

adalah suatu penampang saluran terbuka yang lebarp p g y gsekali dimana berlaku pendekatan sebagai saluranterbuka berpenampang persegi empat dengan lebaryang jauh lebih besar daripada kedalaman aliran B >> yyang jauh lebih besar daripada kedalaman aliran B >> y,dan keliling basah P disamakan dengan lebar saluran B.Dengan demikian maka luas penampang A = B . y; P =g p p g yB sehingga :

By

BB

PAR y ===

BP

C Debit aliran (discharge)

Debit aliran adalah

C.  Debit aliran (discharge)

volume air yangmengalir melalui suatupenampang tiappenampang tiapsatuan waktu,simbol/notasi yang

ApabilaApabila hukumhukumketetapanketetapan massamassadit kdit k t kt k lilidigunakan adalah Q. diterapkanditerapkan untukuntuk aliranalirandiantaradiantara duadua penampangpenampangsepertiseperti padapada GbGb 11 33 dandansepertiseperti padapada GbGb..11..33 dandandengandengan menggunakanmenggunakanPersPers..11..11..

maka didapat persamaan sebagai berikut:

m1 = ρ1 A1V1 = m2 =  ρ2 A2V2

untuk kerapatan tetap ρ1 = ρ2 sehinggauntuk kerapatan tetap ρ1 = ρ2, sehingga persamaan tersebut menjadi :

A1V1 = A2V2 = Q (1.6)

Persamaan (1.6) tersebut di atas disebut ( )persamaan kontinuitas. 

D.  Kecepatan (velocity)

Kecepatan aliran (V) dari suatu penampang aliran tidak sama diseluruh penampang aliran, tetapi

bervariasi menurut tempatnya.

Apabila cairan bersentuhan dengan batasnya (didasar dan dinding saluran) kecepatan

alirannya adalah nolalirannya adalah nol

Hal ini seringkali membuat kompleksnya g p yanalisis, oleh karena itu untuk keperluan

praktis biasanya digunakan harga rata-rata dari kecepatan di suatu penampang aliran

Kecepatan rata‐rata ini didefinisikan sebagaidebit aliran dibagi luas penampang aliran, danoleh karena itu satuannya adalah panjang persatuan waktu.

AQV = (1.7)(1.7)A

Dimana:V = Kecepatan rata – rata aliran (ft/s atau m/s)Q = Debit aliran (ft3/s atau m3/s )A = Luas penampang aliran (ft2 atau m2)A = Luas penampang aliran (ft2 atau m2)

Gambar 1 6 menunjukkan pembagianGambar 1.6.

Pembagian kecepatan

Gambar 1.6 menunjukkan pembagiankecepatan diarah vertical dengankecepatan maksimum di permukaan airPembagian kecepatan

(velocity distribution) di arah vertikal

kecepatan maksimum di permukaan airdan kecepatan nol pada dasar.

arah vertikal

Misalnya kecepatan aliran di suatu titik adalahd k li d l h V kv dan kecepatan rata rata aliran adalah V maka

debit aliran adalah :

∫==A

dAvAVQ .. (1.8)(1.8)∫AQ

Kecepatan rata-rata dapat ditentukan dari

( )( )

Kecepatan rata-rata dapat ditentukan dariPers.(1.8) tersebut diatas

A

dAvV A∫=

.(1.9)(1.9)

A

E. Kriteria aliran

Aliran tetap (steady flow) merupakan salaht j i li k t “t t ” j kksatu jenis aliran; kata “tetap” menunjukkan

bahwa di seluruh analisis aliran diambil asumsibahwa debit alirannya tetap Apabila aliranbahwa debit alirannya tetap. Apabila aliranmelalui saluran prismatis maka kecepatan aliranV juga tetap, atau kecepatan aliran tidakV juga tetap, atau kecepatan aliran tidakberubah menurut waktu.

⎞⎛ ∂V⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ =

∂∂ 0

tV

b lik bil k t lisebaliknya apabila kecepatan aliranberubah menurut waktu, aliran disebut alirantid k t t ( t d fl )tidak tetap (unsteady flow)

⎟⎞

⎜⎛ ∂ 0V

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ≠

∂0

t

Aliran seragam (uniform flow) merupakan jenisAliran seragam (uniform flow) merupakan jenisaliran yang lain; kata “seragam” menunjukkanbahwa kecepatan aliran disepanjang saluranbahwa kecepatan aliran disepanjang saluranadalah tetap, dalam hal kecepatan aliran tidaktergantung pada tempat atau tidak berubahtergantung pada tempat atau tidak berubahmenurut tempatnya.

⎞⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ =

∂∂ 0

sV

⎠⎝ ∂s

sebaliknya apabila kecepatan berubahk li di b li id kmenurut tempat maka aliran disebut aliran tidak

seragam (nonuniform flow).

⎟⎞

⎜⎛ ∂V

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ≠

∂∂ 0

sV

Aliran seragan dan tetap disebut aliran bberaturan

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ =

∂=

∂ 00 VdanV⎟⎠

⎜⎝ ∂∂ st

Aliran tidak seragam dapat dibagi menjadi :o aliran berubah lambat launo aliran berubah lambat laun

(gradually varied flow)o aliran berubah dengan cepato aliran berubah dengan cepat

(rapidly varied flow)

Aliran disebut berubah lambat launapabila perubahan kecepatan terjadi secaraapabila perubahan kecepatan terjadi secaralambat laun dalam jarak yang panjang,sedangkan aliran disebut berubah denganapabila perubahan terjadi pada jarak yangpendek.

Untuk saluran prismatis jenis alirantersebut diatas juga dapat dinyatakan dalanperubahan kedalaman aliran seperti ditunjukkand l b i b ik tdalam persamaan‐persamaan sebagai berikut :

0:,0: ≠∂∂

=∂∂ hTetapTidakAliranhTetapAliran

0:,0: ≠∂∂

=∂∂

∂∂hamTidakSeragAliranhSeragamAliran

ss

∂∂ tg

tg

Contoh dari perubahan kedalaman airContoh dari perubahan kedalaman airdisepanjang aliran dapat dilihat pada Gb.1.7dibawah inidibawah ini.

(a)

Air balik (backwater)

Laut

(b)

(c) Laut

Gambar 1 7 Perubahan kedalaman airGambar 1.7. Perubahan kedalaman air (a. aliran seragam; b. aliran berubah lambat

laun; c. aliran berubah dengan cepat) disepanjang aliran

F. Sifat Aliran (Aliran Laminer, Aliran( ,

Turbulen, dan Angka Reynold)

Aliran lamineradalah suatu tipe SebaliknyaSebaliknya aliranaliranadalah suatu tipealiran yangditunjukkan oleh

Sebaliknya Sebaliknya aliran aliran turbulenturbulen tidak tidak

mempunyai garismempunyai garis--gerak partikel‐partikel cairan

t i i

mempunyai garismempunyai garisgaris arus yang garis arus yang

halus dan sejajarhalus dan sejajarmenurut garis‐garisarusnya yang halusdan sejajar

halus dan sejajar halus dan sejajar sama sekali sama sekali

dan sejajar.

Karakteristik aliran turbulenKarakteristik aliran turbulenditunjukkan oleh terbentuknya pusaran‐pusarandalam aliran, yang menghasilkan percampuran, y g g p pterus menerus antara partikel partikel cairan diseluruh penampang aliran.

Perhatikan bahwa pusaran‐pusaranmenghasilkan variasi arah maupun besarnyakecepatan. Perhatikan juga bahwa pusaran‐pusaran pada suatu waktu memberi kontribusid k t d i tik l dik t h ipada kecepatan dari partikel yang diketahui

dalam arah aliran , dan pada waktu yang lainmengurangi darinyamengurangi darinya.

Hasilnya adalah bahwa pembagian kecepatanyang diambil pada waktu yang berbeda‐beda tampakberbeda satu sama lain, dan pembagian kecepatantersebut akan tampak lebih kasar daripada pembagiantersebut akan tampak lebih kasar daripada pembagiankecepatan dari suatu aliran laminer

Hal ini dapat diinterpertasikan bahwaperubahan kecepatan dalam aliran turbulen akandi ti b k b i li tid k t tdipertimbangkan sebagai aliran tidak tetap(unstedy). Namun demikian, apabila kecepatanrata-rata pada sembarang titik yang diketahui dirata-rata pada sembarang titik yang diketahui didalam aliran adalah tetap (constant), maka alirandiasumsikan sebagai aliran tetap.g p

Untuk membedakan aliran apakah turbulenl i d k id katau laminer, terdapat suatu angka tidak

bersatuan yang disebut Angka Reynold(R ld N b ) A k i i dihit d(Reynolds Number). Angka ini dihitung denganpersamaan sebagai berikut:

ϑRVRe

4= ( 1.10)

ϑDimana:Re = Angka Reynold (tanpa satuan)Re Angka Reynold (tanpa satuan) V = Kecepatan rata-rata (ft/s atau m/s)R = Jari-jari hydraulik (ft atau m)ϑ = Viskositas kinematis tersedia dalam tabel sifat sifatϑ = Viskositas kinematis, tersedia dalam tabel sifat-sifat

cairan (ft2/s atau m2/s)

M t h il b l hMenurut hasil percobaan oleh Reynold, apabila angka Reynold kurang daripada 2000 alirankurang daripada 2000, aliran biasanya merupakan aliran 

laminer. Apabila angka Reynoldlaminer. Apabila angka Reynold lebih besar daripada 4000, aliran 

biasanya adalah turbulen. ySedang antara 2000 dan 4000 aliran dapat laminer ataub l d f kturbulen tergantung pada faktor‐

faktor lain yang mempengaruhi.

G. Tipe Aliran (Aliran kritis, sub‐kritisp ( ,

dan super‐kritis, angka Froude)

Efek dari gaya gravitasi pada suatualiran ditunjukkan dalam perbandingan ataualiran ditunjukkan dalam perbandingan ataurasio antara gaya inersia dan gaya gravitasi.Rasio antara gaya‐gaya tersebut dinyatakanRasio antara gaya‐gaya tersebut dinyatakandalam angka Froude, yaitu :

VFR = ( 1 11)Lg

FR .( 1.11)

Dimana:

FR = angka Froude (tidak berdimensi/ tidak  mempunyai satuan)mempunyai satuan)

V = kecepatan rata‐rata aliran ( ft/s atau m/s )V     kecepatan rata rata aliran ( ft/s atau m/s )

L = panjang karakteristik (dalam ft atau m)L     panjang karakteristik (dalam ft atau m)

Dalam aliran saluran terbuka panjangk k i ik di k d k d lkarakteristik disamakan dengan kedalamanhydraulik D. Dengan demikian untuk aliranl t b k k F d d l hsaluran terbuka angka Froude adalah:

VF ( 1 12)DgFR .

= ( 1.12)

Apabila angka F sama dengan satu makaPers.1.10 menjadi:j

DgV .= ( 1.13)DgV . ( )

Dimana:

Dg .Adalah kecepatan rambatgelombang (celerity), darigelombang gravitasi yangterjadi dalam alirandangkal.

Dalam hal ini aliran disebut dalam kondisikritis, and aliran disebut aliran kritis (critical flow)., ( f )Apabila harga angka FR lebih kecil daripada satu atau

aliran disebut aliran sub‐kritis (subcriticalfl )

DgV .⟨flow).

D l k di i i i it iDalam kondisi ini gaya gravitasi memegangperan lebih besar; dalam hal ini kecepatan aliran lebihkecil daripada kecepatan rambat gelombang dan halp p g gini ditunjukkan dengan lairannya yang tenang.

Sebaliknya apabila harga FR lebih besardaripada satu atau aliran disebut AliranDgV ⟩daripada satu atau aliran disebut Aliransuper‐kritis (supercritical flow).

DgV .⟩

Dalam hal ini gaya‐gaya inersia menjadidominan, jadi aliran mempunyai kecepatan besar;kecepatan aliran lebih besar daripada kecepatanp p prambat gelombang yang ditandai dengan alirannyayang deras.

H Regime aliran (regimes of flow)H. Regime aliran (regimes of flow) 

Suatu kombinasi dari efek viskositas danGravitasi menghasilkan salah satu dari empat regimealiran, yang disebut:

subkritis‐laminer (subcritical‐laminer), apabila FR lebihkecil daripada satu dan Re berada dalam rentanglaminer;

superkritis‐laminer (supercritical‐laminer), apabila FRlebih besar daripada satu dan Re berada dalamprentang laminer;

k iti t b l t ( iti l t b l t) bilsuperkritis‐turbulent (supercritical‐turbulent), apabilaFR lebih besar daripada satu dan Re berada dalamrentang laminer;

subkritis‐turbulen (subcritical‐turbulent), apabila FRlebih kecil daripada satu dan Re berada dalamlebih kecil daripada satu dan Re berada dalamrentang turbulen.