JOB 1

ALIRAN PADA SALURAN TERBUKA PADA SALURAN LICIN DAN KASAR

A. Aliran Permanen Seragam Pada Saluran Licin dan Kasar1. Tujuan

a. Mendemonstrasikan aliran permanen seragam pada saluran licin dan kasarb. Menentukan koefisien kekasaran chezy untuk masing – masing saluran tersebut

2. Dasar Teori

Aliran seragam adalah aliran yang mempunyai kecepatan konstan terhadap jarak, garis aliran lurus dan sejajar, dan distribusi tekanan adalah hidrostatis. Untuk aliran permanen berarti pula bahwa kecepatan adalah konstan terhadap waktu. Dengan kata lain, percepatan sama dengan nol, dan gaya-gaya yang bekerja pada pias air adalah dalam kondisi seimbang. Kemiringan dasar saluran So, permukaan air, Sw, dan gradien energi, Sf, adalah sama.

Memperhatikan Gambar 10-1 dan berdasarkan Hukum Kekekalan Energi atau yang dikenal dengan Hukum Bernoulli, maka :

z1+p1

γ+

v12

2 g=z2+

p2

γ+

v22

2 g+h f

( 5-1)

dimana:

p1=γh1Cosθp2=γh2Cos θ

sehingga

z1+h1Cos θ+v1

2

2 g=z2+h2Cos θ+

v22

2 g+hf

( 5-2 )

Untuk kebanyakan saluran alamiah harga sangat kecil, sehingga yCos = h, sehingga persamaan (10-2) menjadi:

z1+h1+v1

2

2 g=z2+h2+

v22

2g+h f

( 5-3 )

dan kemiringan dasar saluran, muka air, dan gradien energi berturut-turut adalah:

So=Sinθ =(z1− z2 )

ΔL ( 5-4 )

Sw=(z1+h1)−(z2+h2)

ΔL ( 5-5 )

S f=hf

ΔL

(z1+h1+v1

2

2g )−(z2+h2+v2

2

2 g )ΔL ( 5-6 )

Garis energi

Permukaan air

Dasar saluran

Garis referensi

g2

v21

g2

v22

hf

h2

h1

z1 z2

v1 v

2So

Sf

Sw

L

A

0,5

0,51,0

1,0

1,5

1,52,0

2,0

Saluran segitigaSaluran setengah lingkrana

0,5

1,0

1,52,0

Saluran trapesium

Gambar Pias Aliran Tetap Seragam

Aliran permanen seragam adalah konsep ideal dimana sebenarnya jarang ditemukan di alam, dan bahkan di Laboratorium sekalipun. Penampang saluran alami biasanya berbentuk tidak teratur sehingga untuk debit aliran yang tetap tidak di dapati garis muka air yang sejajar dengan garis dasar saluran. Untuk pemakaian praktis, jika alirannya permanen dan perubahan lebar, kedalaman air, dan arah saluran adalah kecil, maka aliran dapat dianggap seragam.

1.1. Distribusi Kecepatan

Kecepatan aliran dalam saluran biasanya sangat bervariasi dari satu titik ke titik lainnya. Hal ini disebabkan adanya tegangan geser di dasar dan dinding saluran dan keberadaan permukaan bebas. Gambar 10-2 memperlihatkan tipikal distribusi kecepatan pada beberapa tipe potongan melintang saluran.

Kecepatan aliran mempunyai tiga komponen arah menurut koordinat kartesius. Namun, komponen arah vertikal dan lateral biasanya kecil dan dapat diabaikan. Sehingga, hanya kecepatan aliran yang searah dengan arah aliran yang diperhitungkan. Komponen kecepatan ini bervariasi terhadap kedalaman dari permukaan air. Tipikal variasi kecepatan terhadap kedalaman air diperlihatkan dalam Gambar 10-3.

0,5

1,01,52,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Gambar Distribusi kecepatan pada berbagai bentuk potongan melintang saluran (Chow, 1959).

Gambar 5-1. Pola distribusi kecepatan sebagai fungsi kedalaman.

Tegangan Geser dan Distribusi Kecepatan

Tegangan geser adalah tegangan internal fluida yang melawan deformasi/perubahan bentuk. Tegangan geser ada hanya pada fluida yang bergerak. Tegangan ini merupakan tegangan tangensial, berbeda dengan tekanan yang merupakan tegangan normal.

Pada umumnya, tipe aliran melalui saluran terbuka adalah torbulen karena kecepatan aliran dengan kekasaran dinding relatif besar. Aliran melalui saluran terbuka tersebut ( uniform ) apabila berbagai variabel aliran seperti kedalaman tampang basah, kecepatan dan debit pada setiap tampang disepanjang aliran adalah konstan. Pada aliran seragam, garis

energi, garis muka air dan dasar saluran adalah sejajar sehingga kemiringan tiga garis tersebut adalah sama. Kedalaman air pada aliran seragam disebut dengan kedalaman normal.

Aliran tersebut tidak seragam atau berubah apabila variabel aliran seperti kedalaman tampang basah kecepatan disepanjang saluran tidak konstan. Apabila aliran terjadi pada jarak tiang panjang maka disebut aliran berubah beraturan. Sebaliknya apabila terjadi pada jarak yang pendek maka disebut aliran cepat.

Aliran disebut permanen apabila variabel aliran disuatu titik seperti kedalaman dan kecepatan tidak berubah terhadap waktu apabila berubah terhadap waktu maka disebut aliran tidak permanen.

Zat cair yang mengalir melalui saluran terbuka akan menimbulkan tegangan geser pada dinding saluran. Tahanan ini akan di imbangi oleh komponen gaya berat yang bekerja pada zat cair dalam arah aliran didalam aliran seragam komponen gaya berat dalam arah aliran adalah seimbang dengan tahanan geser. Tahanan ini tergantung pada kecepatan aliran.

Berdasarkan keseimbangan gaya – gaya yang terjadi disebut dapat diturunkan rumus chezy

a) Hidrolik licin

cz o

dengan

o*

6,11

u

6,11

dimana RSdangRSV o*

dan harga c berkisar antara 100 sampai 107, Nikuradse memakai c=107 untuk dasar licin, sedang di Indonesia biasanya dipakai 104. Sehingga persamaan (10-16) menjadi

V z=5 ,75 .V ¿ . log104 z

δ

dan kecepatan rata-rata pada z = 0,4h adalah :

V̄=5 ,75 . V ¿ . log42h

δ

b) Hidrolik kasar

zo=kc

Harga c berkisar antara 30 sampai 33, maka untuk c = 33:

V z=5 ,75 .V ¿ . log33 z

k

dan kecepatan rata-rata pada z = 0,4h adalah :

V̄=5 ,75 .V ¿ . log12h

k

Oleh Colebrooke dan White, kedua rumus kecepatan rata-rata tersebut digabung menjadi satu dalam bentuk :

V̄=5 ,75 . V ¿ . log(12 h

k+2 δ7 )

atau

V̄=5 ,75 .√gRS f . log(12h

k+2δ7 )

dimana : Vz = Kecepatan pada jarak z dari dasar (m/det)

V* = √ gRSf kecepatan geser (m/det)h = kedalaman air (m) = viskositas kenematic (m2/det)k = diameter kekasaran dasar (m)a = jari-jari butiran (m).

3. Langkah Kerjaa. Mempersiapkan alat – alat yang diperlukan untuk percobaanb. Mengatur kemiringan dasar saluran yang telah ditentukan, yaitu 1%, 1,5% dan

2% dan dimulai dengan kemiringan 1% pada percobaan pertamac. Mengalirkan air dalam saluran dengan menjalankan pompad. Mencatat kemiringan sebagai (Is)e. Mengukur kedalaman di dua titik yang telah ditentukan jaraknya (L), dibagian

hulu, yang lain dihilir sebagai H1 dan H2f. Mengukur debit aliran kemudian ukur pula kecepatan aliran dikedua titik

tersebut sebagai V1 dan V2g. Mengukur kemiringan muka air yang terjadi yaitu :

Iw = Is + H1-H2 / Lh. Mengamati keadaan aliran yang terjadii. Mengulang prosedur diatas untuk dasar saluran dengan kekasaran j. Menentukan besarnya koefisien kekasaran manning untuk dasar saluran licin

dan kasar lalu di bandingkan

4. Alat dan Bahana. Multi purpose teaching flum b. Point gauge

c. Dasar salurand. Current meter dengan kalibrasi P=0,6685 x Hz + 2,25 = cm/detike. Stopwatchf. Mistar