BAB 1 PENDAHULUAN
2.2 Aliran Air
Hidrolika adalah bagian dari hidromekanika (hydro mechanics) yang berhubungan dengan gerak air.Ditinjau dari mekanika aliran, terdapat dua macam aliran yaitu aliran saluran tertutup dan aliran saluran terbuka. Dua macam aliran tersebut dalam banyak hal mempunyai kesamaan tetapi berbeda dalam satu ketentuan penting.Perbedaan tersebut adalah pada keberadaan permukaanbebas; aliran saluran terbuka mempunyai permukaan bebas, sedang aliran saluran tertutup tidak mempunyai permukaan bebas karena air mengisi seluruh penampang saluran.
9
Dengan demikian aliran saluran terbuka mempunyai permukaan yang berhubungan dengan atmosfer, sedang aliran saluran tertutup tidak mempunyai hubungan langsung dengan tekanan atmosfer.
Aliran air yang ada di alam ini memiliki bentuk yang beragam, karena berbagai sebab dari keadaan alam baik bentuk permukaan tempat mengalirnya air juga akibat arah arus yang tidak mudah untuk digambarkan.Aliran air yang ada di alam ini memiliki bentuk yang beragam, karena berbagai sebab dari keadaan alam baik bentuk permukaan tempat mengalirnya air juga akibat arah arus yang tidak mudah untuk digambarkan.Misalnya aliran sungai yang sedang banjir, air terjun dari suatu ketinggian tertentu, dan sebagainya. Contoh yang disebutkan di bagian depan memberikan gambaran mengenai bentuk yang sulit dilukiskan secara pasti. Namun demikian, bila kita kaji secara mendalam maka dalam setiap gerakan partikel tersebut akan selalu berlaku hukum ke-2 Newton. Oleh sebab itu, agar kita labih mudah untuk memahami perilaku air yang mengalir diperlukan pemahaman yang berkaitan dengan kecepatan (laju air) dan kerapatan air dari setiap ruang dan waktu (Pramono, 2020). Bertolak dari dua besaran ini aliran air akan mudah untuk dipahami gejala fisisnya, terutama dibedakan macam-macam alirannya.
Pompa merupakan suatu alat untuk memindahkan fluida tidak mampu mampat melalui saluran tertutup. Zat cair yang memiliki sifat mengalir dari suatu tempat bertekanan tinggi / elevasi lebih tinggi ke tempat yang bertekanan lebih rendah / elevasi lebih rendah membuat pompa digunakan untuk membangkitkan tekanan fluida sehingga dapat mengalir dari suatu tempat bertekanan yang lebih rendah / elevasi rendah ke tempat bertekanan yang lebih tinggi / elevasi lebih tinggi. Pada beberapa kasus, untuk memindahkan zat padat yang berbentuk bubukan atau tepung dapat digunakan pompa dengan spesifikasi tertentu.
Aliran air dalam suatu saluran dapat berupa aliran dalam saluran terbuka, dan dapat pula berupa aliran dalam pipa.Kedua jenis aliran tersebut memiliki prinsip yang sangat berbeda.Aliran melalui saluran terbuka dalah aliran yang memiliki permukaan bebas sehingga memiliki tekanan udara walaupun berada pada saluran tertutup. Adapun aliran dalam pipa merupakan aliran yang tidak memiliki permukaan bebas, karena aliran
10
air mengisi saluran secara terus menerus, sehingga tidak dipengaruhi oleh tekanan udara dan hanya dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik.
Aliran air dikatakan steady (mantap) apabila kelajuan air pada setiap titik tertentu setiap saat adalah konstan. Hal ini berarti pada titik tersebut kelajuannya akan selalu konstan. Hal ini barati pada aliran steady (mantap) kelajuan pada satu titik tertentu adalah tetap setiap saat, meskipun kelajuan aliran secara keseluruhan itu berubah/berbeda.
Aliran steady ini akan banyak dijumpai pada aliran air yang memiliki kedalaman yang cukup, atau pada aliran yang yang memiliki kecepatan yang kecil. Sebagai contoh aliran steady ini adalah aliran laminier, yakni bahwa arus air memiliki arus yang sederhana (streamline/arus tenang), kelajuan gerak yang kecil dengan dimensi vektor kecepatannya berubah secara kontinyu dari nol pada dinding dan maksimum pada sumbu pipa (dimensi linearnya kecil) dan banyak terjadi pada air yang memiliki kekentalan rendah.Selanjutnya aliran air dikatakan tidak mantap (non steady) apabila kecepatan pada setiap tempat tertentu dan setiap saat tidak konstan.Hal ini berarti bahwa pada aliran ini kecepatan v sebagai fungsi dari waktu.
Dalam aliran ini elemen penyusun air akan selalu berusaha menggabungkan diri satu sama lain dengan elemen air di sekelilingnya meskipun aliran secara keseluruhan berlangsung dengan lancar. Contoh aliran tidak steady ini adalah aliran turbulen, yakni bahwa partikel dalam fluida mengalami perubahan kecepatan dari titik ke titik dan dari waktu ke waktu berlangsung secara tidak teratur (acak). Oleh sebab itu aliran turbulen biasanya terjadi pada kecepatan air yang tinggi dengan kekentalan yang relatif tinggi serta memiliki dimensi linear yang tinggi, sehingga terdapat kecenderungan berolak selama pengalirannya.
Di samping aliran laminier dan aliran turbulen dikenal pula aliran yang memiliki profil kecepatan datar, tetapi aliran ini hanya dikenal pada fluida yang tidak memiliki kekentalan (koefisien kekentalannya nol) dan mengalir secara lambat.Sedangkan air adalah tergolong pada fluida yang memiliki kekentalan, sehingga air tidak dapat digolongkan sebagai aliran datar.
11
Selanjutnya aliran irrotational adalah aliran air yang tidak diikuti perputaran partikel penyusun air tersebut, sedangkan aliran rotational adalah aliran yang diikuti perputaran partikel penyusun air.Hal ini memberikan gambaran bahwa untuk aliran rotational dapat diberikan istilah rotasi (Sujono, 2016). Salah satu cara untuk mengetahui adanya aliran rotasi ini antara lain bila di permukaan air terapung sebuah tongkat yang melintang selama aliran gerak tongkat tersebut akan mengalami gerakan yang berputar di samping berpindag secara translasi akibat aliran air tersebut. Contoh aliran rotasi adalah aliran yang berupa aliran pusaran, yakni suatu aliran yang vektor kecepatannya berubah dalam arah tegak atau transversal.
Selanjutnya bila ditinjau dari perubahan massa jenis air yang mengalir maka akan dikenal aliran-aliran sebagai berikut:
a. Aliran viscous dan aliran non viscous
b. Aliran termampatkan dan aliran tak termampatkan
Aliran viscous adalah aliran dengan kekentalan, atau sering disebut aliran fluida pekat.Kepekatan fluida ini tergantung pada gesekan antara beberapa partikel penyusun fluida.Di samping itu juga gesekan antara fluida itu sendiri dengan tempat terjadinya aliran tersebuut.Untuk aliran air lebih didekatkan pada aliran dengan kekentalan yang rendah, sehingga aliran air dapat berapda pada aliran non viscous.
Selanjutnya aliran termampatkan adalag aliran yang terjadi pada fluida yang selama pengalirannya dapat dimampatkan atau berubah volumenya, sehingga akan mengubah pula massa jenis fluida tersbeut. Aliran termampatkan ini pada umumnya berlangsung pada gas, sedangkan pada air alirannya lebih didekatkan pada pengertian aliran tak termampatkan yakni bahwa selama pengaliran air tersebut massa jenis air dianggap tetap besarnya.
Dari uraian yang telah dikemukakan di bagian depan, maka agar aliran air dapat dipahami dengan mudah maka aliran yang dimaksud dalam pembahasan nanti labih ditekankan pada aliran-aliran yang meliputi:
1. Aliran air merupakan aliran yang mantap
2. Aliran air merupakan aliran yang tidak berputar (irrotational = tidak berotasi)
12
3. Aliran air merupakan aliran yang tidak termampatkan, yakni bahwa selama pengaliran berlangsung massa jenisnya tetap
4. Aliran air merupakan merupakan aliran tanpa kekentalan (kekentalannya rendah)