HIDROLIKA SALURAN TERBUKA

HIDROLIKA SALURAN TERBUKA - SUHARJOKO 

BAB I

ALIRAN PADA SALURAN TERBUKA DAN

PENGGOLONGANNYA

1.1. PENDAHULUAN

Secara umum saluran air terbagi menjadi dua yaitu saluran tertutup dan

saluran terbuka. Saluran tertutup adalah saluran yang tidak mempunyai

permukaan bebas seperti saluran terbuka, seluruh penampangnya terisi penuh

dengan air, kemudian pengalirannya dipengaruhi oleh adanya perbedaan

tekanan hidraulik. Berbeda dengan saluran terbuka, banyak kalangan

mengatakan bahwa pengalirannya dipengaruhi oleh gravitasi, namun

sesungguhnya pada saluran tertutup pun pengalirannya dipengaruhi oleh

gravitasi. Oleh karena itu pernyataan ini tidak sepenuhnya benar. Sehingga jika

aliran dalam pipa dipengaruhi oleh adanya perbedaan tekanan maka aliran

dalam saluran terbuka dipengaruhi oleh perbedaan muka air.

Pada Gambar 1.1 ditunjukkan perbedaan antara aliran pada saluran

terbuka dan aliran pada saluran tertutup (pipa) secara umum pada kedua

saluran tersebut berlaku Hukum Bernouli, namun perbedaannya adalah tekanan

hidrostatis (y) pada pipa diukur dari pusat pipa sampai dengan permukaan air

pada peizometris. Sedangkan pada saluran terbuka, tekanan hidrostatis diukur

dari dalam saluran sampai permukaan air.

1.2. TIPE ALIRAN

Bila ditinjau berdasarkan perubahan ke dalam aliran sesuai dengan

ruang dan waktu, maka ditinjau terhadap waktu ada 2 aliran yaitu:

(a) Aliran tetap (Steady Flow) yaitu bila debit aliran tidak berubah selama

jangka waktu tertentu, maka sebaliknya.

(b) Aliran tak tetap (Unsteady Flow), kedalaman atau debit aliran yang

terjadi selalu berubah.

HIDROLIKA SALURAN TERBUKA - SUHARJOKO BAB I :

DILARANG MENGKOPI SEBAGIAN ATAU SELURUHNYA TANPA SEIJIN PENULIS

2

Gambar 1.1.

Perbandingan unsur energi pada aliran saluran tertutup dengan

pada aliran saluran terbuka

Debit aliran adalah merupakan perkalian antara luas tampang saluran dengan

kecepatan rata-ratanya atau dapat dinyatakan:

Q = U . A

dimana Q adalah debit aliran, U adalah kecepatan rata-rata dengan A adalah

luas penampang.

Pada keadaan saluran dimana aliran tetap, berlaku Hukum Komunitas yaitu Q1

= Q2 , namun pada saluran dimana aliran tidak tetap maka Q1 ≠ Q2.

Pada kedua jenis aliran tersebut di atas akan terjadi sifat aliran sebagai

berikut:

Aliran seragam (uniform flow) yaitu terjadi bila kedalaman saluran

sama pada setiap penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium,

saluran irigasi.

CL

z1

u1

u2

z2

2

1

y2

y1

Hidroulik

gradien

Grs energi hf

2g

u2

2g

u1

Bidang

persamaan

z1

z2

2

1

y2

y1

Muka air

Grs energi hf

Bidang

persamaan

2g

u 2

1

2g

u 2

2

Aliran pada saluran terbuka

Aliran pada Pipa

HIDROLIKA SALURAN TERBUKA - SUHARJOKO BAB I :

DILARANG MENGKOPI SEBAGIAN ATAU SELURUHNYA TANPA SEIJIN PENULIS

3

Pernyataan di atas dapat ditulis sebagai

dx

dh = 0 dan sebaliknya bila kedalaman

tidak sama pada setiap penampang (

dx

dh ≠ 0) disebut aliran tak seragam (non

uniform flow).

Non uniform flow / varied flow digolongkan pada dua keadaan yaitu gradually

varied flow dan rapidly varied flow. Gradually varied flow terjadi pada saluran

akibat pembendungan atau pada gelombang banjir, sedangkan rapidly varied

flow terjadi pada loncatan air atau pada penyempitan bukaan pintu dan

penurunan hidrolik.

Di bawah ini ditunjukkan berbagai tipe aliran pada saluran terbuka.

Gambar 1.2.

Bentuk muka air dari berbagai tipe aliran

UF GV RV

GV RV

y = tetap

Aliran tetap (steady flow)

muka air berubah

setiap saat

aliran tak tetap (unsteady flow)

Gelombang banjir (GV)

Catatan :

UF : Uniform Flow

GV : Gradually varied flow

RV : Rapidly varied Flow

HIDROLIKA SALURAN TERBUKA - SUHARJOKO BAB I :

DILARANG MENGKOPI SEBAGIAN ATAU SELURUHNYA TANPA SEIJIN PENULIS

4

Penggolongan aliran seperti diuraikan di atas dapat diringkas sebagai berikut:

A. Aliran tetap (Steady flow)

1. Aliran seragam (Uniform flow)

2. Aliran tak seragam / aliran berubah (Varied flow)

a. Aliran berubah sedikit demi sedikit (Gradually varied flow)

b. Aliran berubah mendadak (Rapidly varied flow)

B. Aliran tak tetap (Unseady flow)

1. Aliran seragam (Uniform flow)

2. Aliran tak tetap (Varied flow)

a. Aliran berubah sedikit demi sedikit (Gradually varied flow)

b. Aliran berubah mendadak (Rapidly varied flow)

1.3. KEADAAN ALIRAN DAN REZIM ALIRAN

Ada 2 katagori sebagai batas keadaan aliran yaitu keadaan aliran

laminar atau turbulent dan keadaan aliran dalam batas kritis. Laminar atau

turbulent dapat didasarkan dengan bilangan Reynold ⎟⎠

⎞

⎜⎝

⎛

ν

Re = UR dimana Re =

bilangan Reynold, U = kecepatan aliran, R = jari-jari hidrolis dan ν =

viskositas zat cair, pada saluran terbuka Re < 500, aliran adalah laminar dan Re

> 2000 aliran transisi. Sedangkan aliran kritis didasarkan pada bilangan

Froude, FR =

gR

U , FR = bilangan Froude. Untuk aliran kritis FR = 1,

sedangkan FR > 1 disebut aliran super kritis dan FR < 1 aliran sub kritis.

Disebut kritis adalah jika dalam aliran tersebut energi adalah minimum.

Persoalan ini akan dibahas lebih lanjut pada bab selanjutnya.

U = kecepatan aliran, g = gravitasi dan R = jari-jari hidrolis, untuk saluran

lebar R ≈ D, D = kedalaman saluran, sehingga FR =

gD

U

HIDROLIKA SALURAN TERBUKA - SUHARJOKO BAB I :

DILARANG MENGKOPI SEBAGIAN ATAU SELURUHNYA TANPA SEIJIN PENULIS

5

Keadaan laminair dan turbulent suatu aliran dipengaruhi oleh

kekentalan / viskositas zat cair. Sedangkan batas kritis oleh gaya gravitasi. Jika

kedua pengaruh tersebut sama-sama diperhatikan maka sebutannya adalah

rezim aliran, sehingga dengan demikian ada empat rezim aliran, yakni:

1. Aliran laminair sub kritis : Re < 500 ; FR < 1

2. Aliran laminair super kritis : Re < 500 ; FR < 1

3. Aliran turbulent sub kritis : Re < 2000 ; FR < 1

4. Aliran turbulent super kritis : Re < 2000 ; FR < 17

Gambar 1.3 menunjukkan keempat macam rezim aliran pada saluran lebar.

Gambar 1.3.

Keempat rezim aliran pada saluran lebar dengan g = 9,81 m/det2; ν = 10-6 m2/det

(menurut Roberson dan Rouse)