Makalah PROPERTI SALURAN TERBUKA DAN PERSAMAAN DASAR

PROPERTI SALURAN TERBUKA DAN PERSAMAAN DASAR

Tujuan pembuat materi ini untuk memenuhi tugas mata kuliah Mekanika Teknik IV yang dibimbing oleh:

Nur Robbi ,ST .MT

Oleh:

DONY PRAYOGI SANTOSO

AHMAD KHOIRON

UNIVERSITAS ISLAM MALANG

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI MESIN

MARET 2015

PRAKATA

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya makalah yang berjudul "PROPERTI SALURAN TERBUKA DAN PERSAMAAN DASAR". Atas dukungan moral dan materi yang diberikan dalam penyusunan makalah ini, maka kami selaku penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1.      Bapak Nur Robbi ,ST .MT selaku guru Pembimbing kami, yang memberikan arahan, masukan kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa makalah ini belumlah sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun dari rekan-rekan sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan makalah ini.

                                              Malang, 10 Maret 2015            

           

                                                    Penulis                    

Daftar Isi

Halaman judul ................................................................................................................................. 1
Prakata ………................................................................................................................................. 2
Daftar Isi .......................................................................................................................................... 3

BAB I PENDAHULUAN ………………………………………......………………………….… 4

BAB II ISI ………………………………………………………......………………………….… 5

A.    JENIS ALIRAN FLUIDA

     1.      Definisi …………………....……………………………………........………....……………... 5

     2.      Klasifikasi ……………………………………………………………………….......……..…. 5

     3.       Geometri penampang melintang ……………………………………………………………............…….. 6

     4.       Distribusi, koefisien kecepatan dan pengukuran kecepatan ……………………………...............……..... 9

B.      PERSAMAAN DASAR

     1.       Persamaan kontiunitas …………………………………………………………………..............………… 10

     2.       Persamaan energy ……………………………………………………………………….............………… 12

     3.       Persamaan momentum …………………………………………………………………….............………. 12

     4.       Transpormasi system ke volume control …………………………………………………..............……… 12

BAB III KESIMPULAN ……………………………………………………………………….………….…… 14

Daftar pustaka …………………………………………………………………………………….....………..… 15

Bab I

PENDAHULUAN

1.1 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.

1.2 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.

1.3 Tujuan dan manfaat

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah :

     1. Mampu memahami materi ini dengan baik

Manfaat :

1.      Memberikan pembaca pengetahuan baru

Bab II

     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,