BAB 1
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Dalam era yang serba teknologi saat ini,
kemajuan bidang pendidikan sangatlah bertambah dari waktu ke waktu. Kemajuan
yang dicapai oleh umat manusia, baik itu bidang sosial, bidang informasi maupun
bidang pendidikan. Salah satunya dalam makalah ini akan dipaparkan
elemen-elemen mekanika fluida yang memungkinkan kita untuk memecahkan
rnasaIah-masalah yang kita temui sehari-hari yang relatif sederhana seperti
misalnya aliran melalui pipa, saluran dan aliran di sekitar bola dan silinder.
Aliran-aliran yang lebih kompleks yang biasanya disebabkan oleh
geometri-geometri, yang lebih kompleks tidak akan dipaparkan di dalam makalah
ini. Walaupun demikian ini merupakan informasi baru bagi Anda. Marilah kita
mulai.
2 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian
ini mencakup sebagian kecil dari Mekanika Fluida, yakni tentang saluran terbuka
dan persamaan-persamaan dasar yang bias dijadikan salah satu referensi.
3 Tujuan dan manfaat
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah :
1. Mampu
memahami materi ini dengan baik
Manfaat :
1. Memberikan pembaca pengetahuan baru
BAB II
LANDASAN TEORI
A. JENIS ALIRAN TERBUKA
1.
Definisi
Aliran Saluran
terbuka adalah saluran yang mengalirkan air dengan permukaan bebas. saluran
terbuka dapat terjadi dalam bentuk yang bervariasi cukup besar, mulai dari
aliran di atas permukaan tanah yang terjadi pada waktu hujan, sampai aliran
dengan kedalaman air konstan dalam saluran prismatis. Masalah aliran saluran
terbuka banyak dijumpai dalam aliran sungai, aliran saluran-saluran irigasi,
aliran saluran pembuangan dan saluran-saluran lain yang bentuk dan kondisi
geometrinya bermacam-macam.
Mekanika aliran saluran terbuka
lebih sulit dibanding dengan mekanika saluran tertutup. Pada aliran saluran
tertutup tidak terdapat permukaan bebas sehingga tidak terdapat pengaruh
langsung dari tekanan atmosfer, pengaruh yang ada hanyalah tekanan hidraulik
yang besarnya dapat lebih besar atau lebih kecil daripada tekanan atmosfer.
Sedangkan pada aliran saluran terbuka terdapat permukaan bebas yang berhubungan
dengan atmosfer dimana permukaan bebas tersebut merupakan suatu batas antara
dua fluida yang berbeda kerapatannya yaitu cairan dan udara, dan pada permukaan
ini terdapat tekanan atmosfer. Dalam hal ini hubungannya dengan atmosfer perlu
adanya pertimbangan bahwa kerapatan udara jauh lebih rendah daripada kerapatan
air.
2.
Klasifikasi
Klasifikasi
saluran terbuka berdasarkan asal-usul:
-
Saluran alam (natural channel)
Contoh:
sungai-sungai kecil di daerah hulu (pegunungan) hingga sungaibesar di muara.
-
Saluran buatan (artificial
channel)
Contoh: saluran
dreinase tepi jalan, saluran irigasi untuk mengairi persawahan, saluran
pembuangan, saluran untuk membawa air ke pembangkit listrik tenaga air, saluran
untuk supply air minum, saluran banjir.
Klasifikasi saluran
terbuka berdasarkan konsistensi bentuk penampang dan kamiringan dasar:
-
Saluran prismatic (prismatic
channel)
Yaitu saluran
yang berbentuk penampang melintang dan kemiringan dasarnya tetap.
Contoh: saluran
drainase, saluran irigasi
-
Saluran non prismatic (non
prismatikc channel)
Yaitu saluran
yang berbentuk penampang melintang dan kemiringan dasarnya berubah-ubah.
Contoh: sungai
Dilapangan, saluran buatan (artificial
channel) bisa berupa:
-
Canal: semacam parit dengan kemiringan dasar yang
landau, berpenampang segi empat,segi empat, segi tiga, trapezium maupun
lingkaran. Terbuat dari galian tanah, pasangan batu, beton ataukayu maupun
logam.
-
Talang
(flume):
semacam selokan kecil yang terbuat dari logam, beton atau kayu yang melintas di
atas permukaan tanah dengan suatu penyanggah.
-
Got
Miring (chute):
semacam selokan dengan kemiringan dasar yang relative curam.
-
Bangunan
Terjun (drop structure): semacam selokan dengan kemiringan yang tajam. Perubahan
muka air terjadi pada jarak yang sangat dekat.
-
Gorong-gorong
(culvert):
saluran tertutup yang melintasi jalan atau menerobos gundukan tanah dengan
jarak yang relatif pendek.
-
Terowongan
(tunnel):
saluran tertutup yang melintasi gundukan tanah atau bukit dengan jarak yang
relatif panjang.
3. DISTRIBUSI DAN PENGUKURAN
KECEPATAN ALIRAN
-
Kecepatan aliran v adalah jarak
yang ditempuh aliran pada saluran dalam satuan waktu. Biasanya kecepatan
vdinyatakan dalam satuan m/dt.
-
Kecepatan aliran pada saluran adalah
tidak merata. Kecepatan maksimum aliranterjadi pada kisaran 0.05 hingga 0.25
kedalamannya.
-
Makin mendekati tepi saluran
maupun dasar saluran, kecepatan aliran adalah mengecil.
-
Koefisien distribusi kecepatan α
berkisaran Antara 1.03 sampai 1.36.
-
Untuk masalah-masalah dalam
praktek, besaran koefisien distribusi kecepatan dianggap sama dengan1.
-
Distribusi kecepatan pada
penampang saluran tergantung pada beberapa faktor antara lain:
-
Bentuk penampang
-
Kekerasan saluran
-
Adanya tekukan-tekukan
- Pengukukran kecepatan aliran dilakukan
dengan cara antara lain:
-
Menggunakan alat pengukur aliran
(current meter) mengukur kecepatan rata-rata pada segmen-segmen penampang
dengan membagi-bagi penampang saluran secara vertikal.
-
Menggunakan pelampung yang di hanyutkan
ke dalam aliran dengan mencatat laju pelampung pada jarak tertentu.
-
Distribusi kecepatan secara umum
dinyatakan pada gambar berikut:
4.
GEOMETRI
PENAMPANG MELINTANG SALURAN
Geometri
penampang saluran biasanya seperti berikut:
-
Saluran alam (natural channel) : tidak beraturan,
bervariasi mulsi dari bentuk parabola hingga trapezium.
-
Saluran buatan (artificial
channel) terbuka : beraturan,
berpenampang segi empat, segi tiga, trspezium, trapezium ganda, lingkaran
hingga parabola.
-
Saluran buatan (artificial
channel) tertutup : lingkaran,
bujur sangkar, elips.
- Kedalaman aliran (y) : jarak vertical titik terendah
dasar saluran hingga permukaan air (depth
of flow).
- Taraf (stage) : elevasi dari muka
air terhadap bidang persamaan.
-
Lebar dasar (B) : lebar penampang
melintang bagian bawah/dasar (bed width).
- Kemiringan dinding (m) : angka penyebut pada perbandingan
Antara sisi vertical terhadap horizontal (side
slope).
-
Lebar puncak (T) :
lebar penampang saluran pada permukaan air (top
width).
- Luas basah (A) :
luas penampang melintang yang tegak lurus aliran (water area).
-
Kelliling basah (P) :
panjang garis perpotongan dari permukaan basah saluran dengan bidang penampang
melintang yang tegak lurus arah aliran (wetted
perimeter).
- Jari-jari hidraulik (R) :
perbandingan antara luas basah A dengan keliling basah P. (hydraulic radius).
-
Kedalaman hidraulik (D) : perbandingan antara luas basah A
dengan keliling lebar puncak T. (hydraulic
depth).
-
Factor penampang (Z) :
perkalian antara luas basah A dengan akar kuadrat dari kedalam hidraulik D. (section factor).
Untuk penampang
melintang berbentuk segi empat maupun segi tiga, maka unsur geometrinya adalah
identik. Hanya saja yang berbeda aadalah harga B dan m. Untuk penampang segi empat harga m = 0, untuk penampang segi tiga harga B = 0.
B.
PERSAMAAN DASAR
1.
Persamaan
Kontiunitas
Persamaan kontiunitas adalah
memperlihatkan suatu tabung yang pendek, yang bisa diasumsikan untuk
maksud-maksud praktek, sebagai suatu kumpulan stream line-stream line.
Dikarenakan tabung aliran dibatasi pada semua sisi-sisinya oleh streamline-streamline
dan dikarenakan tidak ada kecepatan yang normal terhadap suatu streamline, maka
tiada fluida yang dapat meninggalkan atau memasuki tabung aliran terkecuali
pada ujung- ujungnya. Volume diam/tak bergerak di antara kedua penampang tetap
dari tabung aliran dinamakan sebagai volume atur (control volume) dan besarnya
akan didefinisikan sebagai volume. Jika masa fluida yang terisi di dalam volume
aiur dari volume (disingkat vol) pada waktu t adalah massa, maka fluida yang
terisi di dalam vol pada waktu (t + dt) akan merupakan:
yang menyatakan
bahwa laju bersih aliran massa keluar dari volume kendali itu harus nol.di
penampang 1 laju bersih aliran massa keluar adalah PIVIdA1 dan dipenampang 2
adalah persamaan
kontinuitas yang diterapkan pada dua penampang di sepanjang sebuah
tabung aIiran
dalam aIiran steadi.
2.
Persamaan
Energi
Hukum
pertama termodinamika, atau singkatnya, persamaan energi, memiliki
kegunaan
pada saat perpindahan kalor atau
usaha ingin diketahui. Jika pada
intinya tidak terjadi perpindahan kalor
dan tidak ada
usaha eksternal dari pompa atau
alat lainnya, persamaan energi memungkinkan kita
menghubungkan tekanan, kecepatan dan
ketinggian. Kita lihat bagaimana
persamaan ini disusun. Kita mulai dengan persamaan energi
daiam bentuk umumnya.
Kebanyakan
aplikasi memungkinkan kita untuk menyederhanakan persamaan ini dengan
mengasumsikan aliran tunak yang seragam dengan satu jalur masuk dan satu jalur
keluar. Persamaan energi disederhanakan menjadi.
3.
Persamaan
Momentum
Jika perhitungan melibatkan gaya,
seringkali kita perlu menerapkan hukum kedua Newton, atau sederhananya, persamaan
momentum, ke soal yang dihadapi.
Untuk suatu volume umum, dengan
menggunakan deskripsi pergerakan Eulerian, persamaan momentum telah
diberikan dalam Pers. dalam bentuk yang paling umum untuk sebuah volume kontrol
tetap sebagai.
4.
Transpormasi
sistem ke volume kontrol
Ketiga
hukum dasar yang berkaitan dengan mekanika fluida seringkali disebut sebagai
kekekalan massa, energi dan momentum. Dua yang terakhir lebih spesifik lagi
disebut hukum pertama termodinamika dan hukum kedua Newton. Setiap hukum ini
diekspresikan dengan menggunakan deskripsi pergerakan Lagrangian; hukum-hukum
ini berlaku untuk suatu massa fluida tertentu. Hukum-hukum ini dinyatakan sebagai
berikut:
-
Massa :Massa suatu sistem tetap
konstan
-
Energi : laju perpindahan kalor
ke suatu sistem dikurangi dengan usaha yang dilakukan oleh suatu sistem adalah
sama dengan laju perubahan energi E dari sistem tersebut.
- Momentum : Gaya momentum yang
bekerja pada suatu sistem sama dengan laju perubahan momentum dari sistem
tersebut.
Setiap
hukum ini lanjutnya akan diekpsresikan secara matematis dengan mengenali bahwa
laju perubahan berlaku untuk sekumpulan partikel fluida dan kenyataan bahwa
densitas, energi spesifik dan kecepatan dapat berubah dari titik ke titik di
dalam volume yang di maksud. Ini memerlukan derivatif material dan
pengintegralan pada volume.
Bab III
KESIMPULAN
-
Aliran Saluran terbuka adalah
saluran yang mengalirkan air dengan permukaan bebas.
-
Mekanika aliran saluran terbuka
lebih sulit dibanding dengan mekanika saluran tertutup.
Daftar Pustaka
http://abdulloh-faqih.blogspot.com/2011/06/saluran-terbuka.html
http://www.ilmusipil.com/pengertian-hidrolika
http://www.academia.edu/5773360/ALIRAN-MELALUI-SALURAN-TERBUKA
http://e-jurnal.ukrimuniversity.ac.id/file/21202.pdf
R.L. Daugberty
and J.B. Franzini'. "Fluid Mechanics with Engineering Applications".
Reuben M. Olso,
Steven J. Wraighl Essentials of Engineering Fluid Mechanics. Harper
&Row Publisher,
http://teknikmesinunisma.blogspot.co.id/2015/05/makalah-properti-saluran-terbuka-dan.html 20 Maret 2018
Tidak ada komentar:
Posting Komentar