Kuliah Hidraulika

Wahyu Widiyanto

ENERGI ALIRANEnergi yang ada pada tiap satuan berat dari aliran air pada saluran terbuka terdiri dari tiga bentuk dasar, yaitu: energi kinetikenergi tekananenergi elevasi di atas garis datum.

PERSAMAAN BERNOULLIdengan :Z : elevasi (tinggi tempat)p/g: tinggi tekananV2/2g: tinggi kecepatanC: konstanPersamaan Bernoulli mengekspresikan kekekalan energi pada suatu aliran.

Untuk zat cair ideal, aplikasi persamaan Bernoulli untuk kedua titik di dalam medan aliran akan memberikan :

Yang menunjukkan bahwa jumlah tinggi elevasi, tinggi tekanan dan tinggi kecepatan di kedua titik adalah sama.

Pada aliran yang sebenarnya, persamaan Bernoulli tersebut dapat ditulis menjadi:dimana E1 merupakan kehilangan tenaga karena gesekan dasar atau karena perubahan bentuk saluran.

Pengertian Energi Spesifik Energi spesifik dalam suatu penampang saluran dinyatakan sebagai energi air pada setiap penampang saluran, dan diperhitungkan terhadap dasar saluran.Total energi pada tampang aliran di saluranterbuka dapat dinyatakan dalam:z : elevasi ; y: kedalaman aliranV : kecepatan aliran; g: percepatan gravitasi

Sekali lagi, energi spesifik dalam suatu penampang saluran dinyatakan sebagai:

ContohSaluran berbentuk empat persegipanjang dengan lebar dasar 4 m mengalirkan air dengan debit 3 m3/d. Hitung energi spesifik apabila kedalaman aliran adalah 1,5 m. Penyelesaian :Luas tampang aliran : A = B h = 4 x 1,5 = 6 m2 Kecepatan aliran : Energi spesifik :

Kurva Energi SpesifikDari persamaan:

dapat dilihat bahwa untuk suatu penampang saluran dan debit Q tertentu, energi spesifik dalam penampang saluran hanya merupakan fungsi dari kedalaman aliran. atau

Bila kedalaman aliran digambarkan terhadap energi spesifik untuk suatu penampang saluran dan debit tertentu, maka akan diperoleh kurva energi spesifik. OEKurva Energi SpesifikEsEc

Penjelasan KurvaPada suatu energi spesifik (Es) yang sama, dapat ditinjau 2 kemungkinan kedalaman, yaitu kedalaman y1 yang disebut kedalaman lanjutan/pengganti (alternate depth) dari kedalaman y2, begitu juga sebaliknya. Energi spesifik akan mencapai minimum pada titik C, dimana pada titik tersebut kedua kedalaman seolah-olah menyatu dan dikenal sebagai kedalaman kritis (critical depth) yc.

Apabila kedalaman aliran melebihi kedalaman kritis, kecepatan aliran lebih kecil dari pada kecepatan kritis untuk suatu debit tertentu, dan aliran disebut sub-kritis. Akan tetapi bila kedalaman aliran kurang dari kedalaman kritis, aliran disebut super-kritis. Sehingga dapat dinyatakan bahwa y1 merupakan kedalaman aliran super-kritis dan y2 adalah kedalaman aliran sub-kritis.

Air DiamV = 0Sub KritisFr < 1KritisFr = 1Super KritisFr > 1Jenis aliran berdasarkan bilangan Froude (Fr)Anak panah menunjukkan arah aliran

Bilangan Froude/Angka Froude (Fr)Fr : angka Froude (Froude number)V : kecepatan alirang : percepatan gravitasiD : kedalaman hidraulikA : luas tampang aliranT : lebar permukaan aliran

ContohHitung angka Froude dari dua tampang saluran berikut ini jika debit aliran yang lewat sebesar 2 m3/d.1 m2 m2 m1 m12 T T

Kedalaman KritisKedalaman kritis terjadi bila: Fr = 1 Es min dan Fs min

Saluran segiempat dengan lebar 5 m mengalirkan debit 20 m3/d pada kedalaman normal 2,0 m. Tentukan kedalaman kritis, angka Froude dan tipe aliran.

Suatu saluran segi-empat mengalirkan debit sebesar 2 m3/dt. Lebar saluran 6 m dengan kekasaran dinding/dasar n = 0.02. Hitung hkr dan hn, jika kemiringan dasar saluran: So=0.001; So=0.01

Aliran tdk seragamAliran sub kritisAliran superkritisLoncat Air

Al. UniformSub kritis

Super kritis