Analisa hidraulika terapan untuk perencanaan drainase
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Analisa hidraulika terapan untuk perencanaan drainase

on

  • 5,673 views

Analisa hidraulika terapan untuk perencanaan drainase

Analisa hidraulika terapan untuk perencanaan drainase

Statistics

Views

Total Views
5,673
Views on SlideShare
4,234
Embed Views
1,439

Actions

Likes
1
Downloads
402
Comments
1

6 Embeds 1,439

http://www.sanitasi.net 1419
http://www.weebly.com 9
http://sanitasitesting.weebly.com 6
http://sanitawa.weebly.com 3
http://www.sanitasi.net. 1
http://www.slashdocs.com 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • Dapatkan juga berita, informasi, pedoman dan manual, bahan presentasi dan pelatihan di www.nawasis.com - water inspiration, www.sanitasi.net - the spirit of water, dan www. tekniklingkungan.com - engineered by nature.. Selamat mencoba, happy browsing!
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Analisa hidraulika terapan untuk perencanaan drainase Document Transcript

  • 1. ANALISA HIDRAULIKA TERAPAN UNTUK PERENCANAAN DRAINASE PERKOTAAN1. PENDAHULUAN1.1. SIFAT-SIFAT FLUIDAMekanika fluida dan hidrolika adalah salah satu cabang ilmu mekanika terapan yangmempelajari sifat-sifat fluida, baik dalam keadaan diam dan bergerak. Dalam pengembanganprinsip-prinsip mekanika fluida, beberapa sifat fluida berperan dalam prinsip-prinsip aturan,yang lainnya hanya aturan-aturan minor atau tidak mempengaruhi sama sekali. Dalam statikafluida, berat merupakan sifat yang penting, tetapi dalam aliran fluida dimana sifat yang kuatadalah rapat massa (densitas) dan kekentalan.Apabila terjadi kondisi tertekan, maka prinsip termodinamika harus diperhitungkan. Tekananuap menjadi penting ketika tekanan negatif terjadi dan tegangan permukaan mempengaruhikondisi statis dan aliran dalam saluran kecil.1.2. DEFINISI DARI FLUIDAFluida adalah zat yang dapat mengalir dan selalu mengikuti bentuk dari saluran pembawanya.Ketika dalam persamaan, fluida tidak dapat menahan gaya tangensial atau gaya gesek. Seluruhfluida mempunyai sedikit kemampuan untuk dimampatkan dan dapat menghilangkan sedikittahanan dengan merubah bentuk.Fluida dapat dibagi menjadi cairan dan gas. Dimana perbedaan antara cairan dan gas adalah (a)Cairan secara praktis tidak dapat dimampatkan, sedangkan gas dapat dimampatkan dan selaluharus diperlakukan demikian dan (b) Cairan memakai volume tertentu dan mempunyaipermukaan bebas, sedangkan suatu massa gas akan mengembang sampai gas tersebut memenuhiseluruh ruangan yang ditempatinya.1.3. KERAPATAN MASSA (MASS DENSITY) ρ ( )Kerapatan massa dari substansi merupakan massa dari setiap unit volume substansi. Untukcairan dimana rapat massanya dapat diambil untuk perubahan praktis dari tekanan. Kerapatanmassa dari air adalah sebesar 1000 kg/m3 pada 40C.1.4. KEKENTALAN FLUIDA (VISCOSITY)Kekentalan dari fluida adalah merupakan sifat yang menggambarkan besarnya tahanan terhadapgaya gesek. Kekentalan terutama akibat interaksi antara molekul fluida. 1
  • 2. Seperti yang dapat dilihat dari gambar, terdapat dua Uplat paralel yang besar dengan jarak antar kedua plat Ftersebut yang sangat kecil yaitu sebesar y, ruang antara V y dyplat terisi oleh fluida. Pada plat yang terletak diatas dVbekerja gaya F yang konstan dan bergerak dengankecepatan konstan sebesar U.Fluida yang menempel dengan plat bagian atas akan menempel dengan plat tersebut dan mulaibergerak dengan kecepatan U, dan fluida yang menempel dengan plat yang dibagian bawahmempunyai kecepatan nol. Jika jarak y dan kecepatan U tidak terlalu besar, gradien kecepatanakan berupa garis lurus.Percobaan membuktikan bahwa besarnya gaya F bervariasi dalam daerah plat, dengankecepatan U, dan berlawanan dengan jarak y, karena segitiga yang sebangun, U/y = dV/dy,didapat; AU dV F dV F∝ =A atau = τ ∝ y dy A dydimana τ = F / A = gaya geser. Jika konstanta proporsional µ (mu ) , disebut viskositas absolut(viskositas dinamik), maka; dV τ τ =µ atauµ = dy dV / dy PaSatuan dari µ adalah Pa. det, karena = Pa. det fluida yang mengikuti persamaan (m / det ) / mini disebut fluida Newton.Terdapat koefisien viskositas lainnya, yaitu koefisien viskositas kinematik yang didefinisikansebagai, absolut.viskositas.µKoefisien viskositas kinematik υ (nu ) = rapat.massa.ρ µ m 2 Pa. det kg / m. det m 2 υ= satuan dari υ adalah , = = ρ det kg / m 3 kg / m 3 det2
  • 3. Satuan viskositas dalam cgs sering dalam poises dan stokes atau kadang-kadang dalam Sayboltdetik apabila didapat dari viscosimeter. Dimana 1 poise = 1 dyne.sec/cm2 = 0,1 N.det/m2, 1stoke sebanding dengan 1 cm2/det1.5. PERSAMAAN KONSERVASI ENERGIDalam perhitungan analitis dan fisika yang didasarkan pada prinsip dan konsep, dimana seringdigunakan hukum gerak Newton, konservasi massa, energy dan momentum.Bentuk konservasi energi yang paling sering digunakan dalam hidrolika adalah persamaanBernoulli.Untuk aliran tergantung pada koordinat ruang dan tidak tergantung dengan waktu dapatdikatakan masanya terkonservasi. Aliran yang tidak berubah dengan waktu disebut aliran steadydan jika hanya satu koordinat ruang yang dipakai oleh aliran disebut aliran steady (tunak) danjika hanya satu koordinat ruang yang dipakai oleh aliran disebut aliran satu dimensi. PersamaanBernoulli yang biasa dipakai ini P V2 sebagai berikut ini : y+ + = kons tan γ 2g dimana : y = Head elevasi (elevation head) P /γ = Head tekanan (pressure head) V2/2g = Head kecepatan (velocity head) Jumlah dari y + P / γ disebut piezometrik atau Head hidrolik dan jumlah; y + P / γ + V 2 / 2 g adalah Head total atau Head stagnasi. Garis yang menggambarkan Head hidrolik disebut Hydraulic Grade Line (HGL) dan garis yang menggambarkan total head disebut Energy Grade Line (EGL). (Gambar 1) Faktor yang juga sering dimasukan pada persamaan Bernoulli adalah HL (Head loss) dan Head pompa (Hp). 3
  • 4. Dalam reservoir atau dalam badan air lainnya dimana kecepatan alirannya menjadi nol, maka persamaan Bernoulli menjadi : y1 + P1 / γ = y 2 + P2 / γ sehingga P2 − P1 = −γ ( y 2 − y1 ) ∆P = −γ .∆y Persamaan ini yang biasa dikenal sebagai persamaan untuk statika fluida; P = γ .h Konversi energi per unit berat menjadi daya (power) dapat dilakukan bagi pompa dan turbin. Energi Horisontal Kinetik Energi Energi Total Potensial Energi Spesifik Datum (a). Horisontal (b). Datum Gambar 1. Energi dalam Aliran; (a). saluran terbuka, (b) saluran tertutupCatatan : a) Mempunyai permukaan air bebas dengan tekanan atmosfer disebut Free Surface Flow b) Garis Gradien Hidrolik bersatu dengan permukaan air c) Lebih kompleks dari aliran dalam pipa karena bentuk penampang dan konfigurasi kekasaran saluran terbuka lebih bervariasi dari pada aliran dalam pipa4
  • 5. 2. DASAR-DASAR HIDROLIKA DAN RUMUS-RUMUS ALIRAN2.1. DASAR HIDRODINAMIKAMempelajari hal-hal yang berkaitan dengan gerakan aliran air seperti; debit, kecepatan,percepatan, kekasaran, gesekan, kekentalan, gravitasi kondisi aliran, enersi aliran dan lain-lain.2.1.1. Saluran terbuka Saluran terbuka adalah bentuk saluran yang sisi bagian atasnya terbuka ke atmosfer. Pergerakan pada saluran terbuka disebabkan oleh gaya gravitasi,dan umumnya mempunyai daya hidrostatis yang terdistribusi dan selalu turbulen.2.1.2. Saluran tertutup Saluran tertutup adalah yang adalah saluran yang seluruh sisinya ditutup tidak ada kontak angsung dengan tekanan atmosfer tetapi hanya dengan tekanan hidrolis.Sesi berikut meperkenalkan konsep dasar dari saluran terbuka dengan aliran dalam salurantertutup . Pembahasan tentang rumus-rumus berikut dipergunakan untuk menggambarkankondisi aliran stasioner (tetap/seragam) dan instasioner (tidak tetap/tidak seragam), energialiran dan efek backwater dalam saluran terbuka. (Chow,1959).2.2. PERSAMAAN ALIRAN DALAM SALURAN TERBUKAKecepatan aliran dalam saluran terbuka dalam praktek sehari-harinya, dilakukan denganmenggunakan persamaan-persamaan empiris hasil percobaan. Persamaan-persamaan yangpenting bagi saluran terbuka ini yaitu ; 1. Persamaan Chezy Oleh seorang insinyur Perancis Antoine Chezy pada tahun 1769 yang dikenal dengan persamaan persamaan Chezy V = C R.S dimana : C = koefisien resistan Chezy. Sf = kemiringan dari garis energi gradien (m/m) Dengan catatan bahwa aliran harus uniform, Sf harus sama dengan kemiringan dasar saluran. 5
  • 6. 2. Persamaan Strickler V = k str .R 1 / 6 . R.S = k str .R 2 / 3 .S 1 / 2 Sehingga C = k str .R 1 / 6 3. Persamaan Manning Persamaan berikut oleh Robert Manning ,seorang insinyur Inggris tahun 1889 : 1 V = .R 2 / 3 .S 1 / 2 n Dimana : C = koefisien dari de Chezy 1 kstr = koefisien dari Strickler = n Persamaan Manning ini dapat dipecahkan dengan menggunakan nomogram yang dikenal dengan Manning Nomogram. ( Gambar 2.) Persamaan Manning adalah dalam formula metrik, bandingkan persamaan Manning dengan Chezy sehingga didapat : 1 ______ C= R 1/6 n Untuk menghitung kapasitas aliran kalikan persamaan Manning dengan luas penampang saluran sehingga diperoleh : 1 _______ Q= A R 2/3 Sf 1/2 n Dimana Q = debit aliran m3/s, A = Luas penampang aliran m2 , n = koefisien kekasaran manning. Kecepatan aliran ditentukan oleh radius hydraulis dan tidak tergantung oleh bentuk dari profil saluran.6
  • 7. 2.3. PERSAMAAN ALIRAN DALAM SALURAN TERTUTUP Rumus Hazen William ( dipergunakan untuk pipa θ (mm ) ≥ 50 Q = 0,27853 C–0,38 D 2,63 h 0,54 Ll -0,54 Dimana : Q = debit atau aliran ( m3 /det ), D = diameter pipa ( m), C = koefisien kecepatan, h = kehilangan tekanan, L = panjang pipa 7
  • 8. Gambar 2. Manning Monogram8
  • 9. 2.4. KEDALAMAN KRITISKedalaman kritis (yc) untuk satuan aliran q yang konstan dalam saluran segi empat terjadi ketikaenergi spesifik minimum. 2 yc = 3 q 2 / g = E c = Vc2 / g 3 Dari persamaan ini didapat; Vc = gy c atau Vc = gy c = 1 untuk aliran kritisDengan demikian, jika Nilai Froude N F = Vc / gy c = 1, terjadi aliran kritis. Jika NF > 1,terjadi aliran superkritis (aliran yang cepat) dan jika NF < 1 , terjadi aliran subkritis.2.5. PERSAMAAN BACK WATER DAN DRAW DOWNMembentuk persamaan antara jarak – energi – slope untuk aliran non-uniform, denganmempergunakan persamaan energi, seksi 1 sampai seksi 2 dalam arah aliran dengan datumdibawah dari dasar saluran, didapat ; Energi di seksi 1 – head lost = energi di seksi 2 ( z1 + y1 + V12/2g ) – hL = ( z2 + y2 + V22/2g)kemiringan dari garis energi S adalah hL/L, sehingga hL = SL. Kemiringan dari dasar saluranS0 adalah (z1 – z2)/L, sehingga z1 – z2 = S0 L,sehingga : S0 L + ( y1 – y2 ) + ( V12/2g – V22/2g ) = S L Atau L dalam meter = (y 1 ) ( ) + V12 / 2 g − y 2 + V22 / 2 g E − E2 = 1 S − S0 S − S0Dimana S0 = kemiringan dasar dari saluran dan S = kemiringan dari garis energi.Untuk penghitungan dengan selang interval jarak dengan perubahan kedalaman saluran yangsama, dapat dihitung kemiringan garis energi S sebagai berikut ; 2  n.V  2 Vrata − rata S =  2rata − rata  R /3   atau  rata − rata  C 2 Rrata − rata 9
  • 10. sehingga; L dalam meter = (y 1 ) ( + V12 / 2 g − y 2 + V22 / 2 g ) 2  n.Vrata − rata   2/3  − S0  R   rata − rata Profile permukaan untuk kondisi aliran yang secara bertahap berubah pada saluran segi empatyang lebar dapat dihitung dengan persamaan berikut ini : dy S0 − S = ( dL 1 − V 2 / gy ) Jika dy/dL nilainya positif maka kedalaman saluran bertambah disebelah hilir.2.6. BACKWATER PADA PILAR ATAU PONDASI JEMBATAN Rumus Backwater dari Rechbock ( ) hs = ζ B ⋅ 1 + Fr 2 ⋅ V2 2g Fr = V gh Koefisien kehilangan energi ζB ζ B = [δ − α (δ − 1)](0,4α + α 2 + 9α 4 ) h a1 b. A=g.h+n.h210
  • 11. Rechwenwerte untuk ζB untuk δ = 3,9 δ ζB δ ζB 0.05 0,085 0,23 0,550 0,06 0,103 0,24 0,588 0,07 0,122 0,25 0,628 0,08 0,142 0,26 0,669 0,09 0,163 0,27 0,713 0,10 0,184 0,28 0,759 0,11 0,206 0,29 0,807 0,12 0,228 0,30 0,857 0,13 0,252 0,31 0,910 0,14 0,276 0,32 0,965 0,15 0,302 0,33 1,023 0,16 0,328 0,34 1,084 0,17 0,356 0,35 1,147 0,18 0,385 0,36 1,213 0,19 0,415 0,37 1,282 0,20 0,446 0,38 1, 354 0,21 0,479 0,39 1,430 0,22 0,514 0,40 1,5082.7. PERSAMAAN LONCAT AIR Gaya tekanan air Fw =1/2 ρ. g.h2.b Gaya Impuls F1 = m.a = ρ.Q.v Gaya tahanan S = Fw + F1 Keseimbangan Gaya S1= S0 1/2 ρ. g.h12.b + ρ.Q.v1 = 1/2 ρ. g.h22.b + ρ.Q.v2 1/2 g.b. (h12 - h22 ) = Q. ( v0 - v1 ) A Q v .b.h h dengan v0 = = = 1 1 =v 1 A0 b.h0 b.h0 h0 1 h ρ .b.(h1 2 −h0 2 ) = v1 .b.h1 .{v 1 } 2 h0 11
  • 12. v1  h1  (h1 − h0 ).(h1 − h0 ) = 4. . − 1 2 2 h 2g  0   v2 h0 + h1 .h0 = 4.h1 2 2g Gaya impuls Olakan Loncat Air F1 = m.a = ρ.V.a (h0- hi)3 __________ v H vD = = ρ.Q ____ 4.h0 –hi t LD = 8.5. ( h0 –hi ) F1 = ρ.Q.v F1 = ρ.v.A.v F1 = ρ.A.v212
  • 13. 2.8. JENIS–JENIS PADA GORONG-GORONG DENGAN KONDISIAliran air mengalir dibagian muka gorong-gorong 13
  • 14. 2.9. GORONG-GORONG PENGURAS ls.l + d =hs = d+ h E V2 V2 dengan hs = hE –ls.l hE =∑ ζ1. = ( ζe +ζr +ζa ). _______ ______ 2.g 2.g 1 V2 hE = ( 0,5 + λ . ___ + 1,0 ). _____ 1 d 2.g hs = ( 1,5 + λ . ___ + 1,0 ). ls.l d14
  • 15. DAFTAR PUSTAKA1. Urban Drainage Guidelines and Technical Design Standards2. Hidrolika Terapan : Dr. Ing. Ir. Agus Maryaono dkk.3. Water Treatment Handbook; Degremont4. V.T Chow 1959 Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Company,Inc 15