ALIRAN SALURAN TERBUKA DAN PENGGOLONGANNYA

ALIRAN SALURAN – TERBUKA DAN PENGGOLONGANNYA
Pendahuluan
Aliran air dalam suatu pipa dapat berupa aliran saluran-terbuka (open channel flow) maupun aliran pipa (pipe-flow). Kedua jenis aliran itu banyak memilikii kesamaan tetapi juga banyak memiliki perbedaan. Jika dibandingkan, aliran saluran terbuka harus memiliki permukaan bebas (free surface), sedangkan aliran-pipa tidak memiliki itu karena aliran harus mengisi seluruh saluran. Selain itu, permukaan bebas pada aliran saluran-terbuka dipengaruhi oleh tekanan udara, sedangkan pada aliran-pipa yang alirannya terkurung di pipa tidak langsung dipengaruhi tekanan udara karena salurannya terutup kecuali tekanan Hidrolik. Berikut adalah Skema Kedua aliran tersebut:

Sumber: Mekanika Fluida dan Hidrolika, 2005
Kedua aliran tersebut juga dapat dibandingkan pada gambar 1.2 dibawah ini. Dimana pada gambar terlihat permukaan air dalam tabung diatur dengan tekanan dalam pipa dengan ketinggian yang disebut garis derajat hidrolik (hydraulic grade line). Pada gambar 1.2 sebelah kiri, tekanan yang ditimbulkan oleh air pada setiap pipa ditunjukkan pada permukaan penampang dalam tabung yang bersesuaian dengan kolom air setinggi y diatas garis tengah pipa. Jumlah energi dalam aliran penampang berdasarkan suatu garis persamaan adalah jumlah tinggi tempat z diukur dari garis tengah pipa, tinggi tekan, y dan tinggi kecepatan V2/2g, dengan V adalah kecepatan rata-rata aliran. Energi ini dinyatakan sebagai Garis Energi (energy line). Energi yang hilang ketika air mengalir dari penampang 1 ke penampang 2 disebut dengan hf. Sedangkan pada sebelah kanan gambar 1.2 dapat dilihat bahwa aliran dianggap memiliki kemiringan saluran kecil dan dalam hal ini permukaan air merupakan garis derajat hodrolik dan kedalaman air sama dengan tinggi tekanan.

Sumber: Mekanika Fluida dan Hidrolika, 2005
Meskipun kedua jenis aliran ini hampir sama, penyelesaian masalah aliran dalam saluran terbuka lebih rumit daripada aliran pipa. Ini didasarkan pada kenyataan bahwa kedudukan permukaan bebas yang cenderung berubah tergantung waktu dan ruang, kedalaman aliran, debit, kemiringan dasar aliran serta permukaan bebas yang tergantung satu sama lain. Selain itu, kondisi fisik saluran terbuka yang bervariasi dibandingkan pipa serta penampang aliran melintang saluran terbuka yang beraneka ragam tidak hanya bundar seperti aliran pipa, juga menyebabkan saluran terbuka jadi lebih rumit ketimbang aliran-pipa. Kekasaran dari permukaan saluran terbuka juga dapat mempersulit penyelesaian massalah saluran ini mengingat kekasarannya tergantung pada kedudukan permuaaan bebas, maka dari itu pemilihan koefisien gesekan saluran terbuka lebih tidak pasti dibandingkan aliran-pipa. Dalam kehidupan kita, saluran pembuang air banjir yang merupakan saluran tertutup, biasanya dirancang untuk alran saluran terbuka sebab aliran dlaam saluran pembuang diperkirakan hampir setiap saat memiliki permukaan bebas.
II. Jenis Aliran
Penggolongan saluran terbuka berdasarkan perubahan kedalaman aliran sesuai dengan waktu dan ruang adalah sebagai berikut:
Aliran Tunak (steady flow)
Aliran tunak merupakan aliran yang kedalamannya tidak berubah atau dianggap konstan selama suatu selang waktu. Aliran tunak menjadikan waktu sebagai kriteria. Sebagian besar persoalan tentang saluran terbuka umumnya memerlukan penelitian mengenai perilaku aliran dalam keadaan tunak.

Jika debit sebarang aliran dinyatakan dengan Q=VA. Maka, dalam sebagian besar persoalan aliran tunak debit dianggap tetap di sepanjang bagian saluran yang lurus atau bersifat kontinu dan dapat dinyatakan dengan:
Q=VA=V1A1=V2A2.=…
Aliran seragam (uniform flow)
Merupakan jenis aliran yang lain; kata "seragam" menunjukkan bahwa kecepatan aliran disepanjang saluran adalah tetap, dalam hal kecepatan aliran tidak tergantung pada tempat atau tidak berubah menurut tempatnya.

Aliran berubah
Merupakan jenis aliran yang terjadi bila kedalaman dan kecepatannya berubah di sepanjang saluran, terdiri atas:
Aliran berubah lambat laun
Aliran ini terjadi apabila perubahan kecepatan terjadi secara lambat laun dengan jarak yang panjang.


Sumber: Aliran Saluran Terbuka, 2010
Gambar 2.1 Aliran Berubah Lambat Laun
Aliran berubah tiba-tiba
Aliran ini terjadi apabila kedalamannya tiba-tiba berubah pada jarak yang cukup pendek. Ini disebut juga dengan gejala setempat (local phenomenon) contohnya adalah loncatan hidrolik dan penurunan hidrolik.

Sumber: Aliran Saluran Terbuka, 2010
Gambar 2.2 Aliran Berubah Lambat Laun
Aliran tak Tunak (unsteady flow)
Aliran tak tunak merupakan aliran yang jarang terjadi dimana aliran ini kedalamannya dapat berubah sesuai dengan waktu. Misalnya banjir dan gelombang yang taraf alirannya akan berubah setelah gelombang berlaku dan unsur waktu menjadi sangat penting dalam membangun pengendali.


Aliran taktunak seragam (uniform flow)
Merupakan jenis aliran yang memiliki syarat bahwa permukaan air berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar sepanjang saluran.
Aliran berubah taktunak
Aliran berubah tak tunak merupakan bentuk aliran taktunak yang juga terdiri atas:
Aliran taktunak berubah lambat laun
Aliran taktunak berubah tiba-tiba

Sumber: Hidrolika Saluran Terbuka, 1997
Gambar 2.3 Jenis Aliran di Saluran Terbuka
III. Keadaan Aliran
Keadaan aliran di saluran terbuka ditentukan oleh pengaruh kekentalan dan gravitasi sehubungan dengan gaya-gaya inersia aliran. Tegangan permukaan air dalam keadaan tertentu dapat pula mempengaruhi perilaku aliran, tetapi pengaruh ini tidak terlalu besar dalam masalah saluran terbuka.
Pengaruh kekentalan pada suatu aliran di saluran terbuka ini terhadap kelembaman (gaya inersia) dapat dinyatakan dlaam bilangan Reynolds:

Keterangan:
vs = kecepatan fluida,
L = panjang karakteristik,
μ = viskositas absolut fluida dinamis,
ν = viskositas kinematik fluida: ν = μ / ρ,
ρ = kerapatan (densitas) fluida.
Pengaruh kekentalan juga dapat bersifat sebagai berikut:
Laminar
Aliran ini terjadi bila butir-butir air seolah-olah bergerak menurut suatu lintasan yang teratur atau lurus dan selapis cairan yang sangat tipis seperti menggelincir datas lapisan sebelahnya. Pengaruh kekentalan pada aliran ini sangat besar daripada gaya inersianya. Aliran laminar memiliki bilangan Reynold < 500.
Turbulen
Aliran ini terjadi butir-butir air bergerak menurut lintasan yang tidak teratur, tidak lancar dan tidak tetap, walaupun butir-butir tersebut tetap bergerak maju didalam aliran secara keseluruhan. Aliran ini juga terjadi karena gaya kekentalan relatif lemah dibandingkan dengan gaya inersia. Aliran laminar akan terjadi dalam aliran saluran terbuka harga bilangan Reynold yang besarnya >1000 atau kurang.
Peralihan
Aliran ini adalah aliran campuran yang merupakan suatu keadaan peralihan dangan kapasitas bilangan Reynold berkisar antara 500-1000.
IV. Resim Aliran
Resim aliran adalah merupakan pola tertentu ketika suatu fluida mengalir yang diakibatkan sifat fisik fluida, interaksi antara cairan dan gas, flow rate, ukuran, kekasaran dan orientasi pipa. Kombinasi pengaruh kekentalan dan daya tarik bumi dapat menimbulkan salah satu dari empat resim aliran dalam saluran terbuka, yakni:
Laminar Subkritis (subcritical-laminar)
Terjadi bila F kecil dari 1 dan R terletak dalam daerah laminar.
Laminar Superkritis (supercritical-laminar)
Terjadi bila F besar dari 1 dan R terletak dalam daerah laminar.
Turbulen Superkritis (supercritical-turbulen)
Terjadi bila F besar dari 1 dan R terletak dalam daerah turbulen.
Turbulen Subkritis (subcritical-laminar)
Terjadi bila F kecil dari 1 dan R terletak dalam daerah turbulen.

Sumber: Hidrolika Saluran Terbuka, 1997
Gambar 4.1 Hubungan Antara Kedalaman dan Kecepatan untuk Keempat Macam Resim Aliran Saluran Terbuka
Untuk F sendiri merupakan bilangan Froud yang merupakan besaran tanpa dimensi yang digunakan untuk menentukan suatu aliran itu subkritikal atau superkritikal. Sedangkan R sendiri merupakan bilangan Reynold. Pada gambar diatas,garis tebal untuk F=1 dan jalur arsir untuk peralihan laminar-turbulen berpotongan pada gambar tersebut dan membaginya menjadi empat bagian, masing-masing menyatakan suatu resim aliran. Dua resim aliran yang pertama, laminar subkritis dan laminar superkritis tidak abanyak dijumpai dalam praktek hidrolika saluran terbuka, karena alirannya biasanya bersifat turbulen. Namun, resim-resim ini kadang-kadang terjadi bilamana air sangat dangkal, dikenal sebagai aliran dangkal (sheet flow) dan tampak jelas dalam percobaan dengan model hidrolik, penelitian aliran permukaan dan pencegahan erosi.

Sumber: Mekanika Fluida dan Hidrolika, 2005
Gambar 4.2 Bentuk-bentuk Resim Aliran













DAFTAR PUSTAKA
Chow, Ven Te. 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta: Erlangga.
Fani. 2010. Aliran Saluran Terbuka. Jakarta: Universitas Gunadarma.
Nasution, Ichwan Ridwan. 2005. Mekanika Fluida dan Hidrolika. Medan: Universitas Sumatera Utara.






















TUGAS KELOMPOK MEKANIKA FLUIDA II
"ALIRAN SALURAN TERBUKA DAN PENGGOLONGANNYA"








OLEH : KELOMPOK I
ANGGOTA : DITA SOPHY (0910941006)
MIRA (1310941026)
DILA YURIANTI (1310942003)
DOSEN : VERA SURTIA, Phd.




JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN- FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2015