Kecepatan Aliran

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

D. Kecepatan Aliran

Kecepatan aliran (v) adalah kecepatan aliran air yang terjadi di Hidraulika saat dilakukan pengujian. Kecepatan aliran diukur dengan alat pengukuran kecepatan aliran flow watchdengan rumus kecepatan:

𝑉 = 0,2535 𝑛 + 0,005 ... (5)

Dimana:

V = kecepatan aliran (m/dtk)

n = jumlah putaran (dtk)

E. Debit Pengaliran

Debit pengaliran pada saluran dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Triatmojo B, 1992):

𝑄 = 𝑉 . 𝐴 ... (6)

Dimana:

Q = Debit aliran (m³/det) V = Kecepatan aliran (m/det)

A = Luas penampang aliran (m²) 1. Kalibrasi alat ukur debit

Kalibrasi terhadap alat ukur debit dimaksudkan untuk menentukan koefisien debit Cd. berdasarkan rumus debit pada persamaan berikut:

Dimana:

Q = debit aliran (m³/dt) Cd = Koefisien Debit

g = Grafitasi bumi (m/dt²)

H = Kedalaman air pada bak pengukur debit (m)

Untuk menentukan nilai Cd dari persamaandiatas, harus diketahui besarnya tinggi aliran (ht) pada alat ukur debit. Agar diperoleh hasil Cd yang teliti maka dilakukan pengukuran tinggi h, dan Q yang berbeda-beda.

F. Gerusan dan Endapan

Menurut (Setyono E, 2007) Gerusan adalah perubahan dari suatu aliran yang disertai pemindahan material melalui aksi gerakan fluida atau dapat dikatakan juga bahwa gerusan adalah erosi pada dasar saluran alluvial.

Kedalaman gerusan (Melville dan Coleman, 2000) dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu kecepatan aliran, kedalaman aliran, kekerasan material sedimen, waktu gerusan dan bilangan Froude (Fr). Raudkivi (1989) menyatakan bahwa berdasarkan data laboratorium kedalaman gerusan maksimum terjadi pada kondisi gerusan tanpa transport sedimen. Adapun besarnya kedalaman gerusan juga terjadi akibat adanya loncatan hidraulik yang secara tiba – tiba yang ditimbulkan oleh media yang menghalangi.

Bila dari satu penampang ke penampang berikutnya (penampang 1 → penampang 2) pada waktu tertentu kapasitas transport T meningkat, akan terjadi gerusan pada dasar untuk memenuhi kekurangannya. Jadi apabila: 𝑑𝑇

𝑑𝑥^{> 0 → gerusan ... (8)}

Dimana x adalah jarak antara titik 1 dan titik 2, Jadi bukan kecepatan yang besar yang menimbulkan gerusan, tetapi adanya perubahan kapasitas angkut sedimen.

Pada keadaan dT∕dx = 0 akan terjadi kondisi setimbang, yang hanya terjadi pada aliran setimbang juga yaitu bila h = he, karena tidak terjadi perubahan-perubahan terhadap Q dan v atai I juga tetap nilainya. Walaupun rumus he tidak mengandung faktor sedimen, tetapi akan mencerminkan kesetimbangan:

Pada h = he → dT∕dx = 0 → tidak terjadi gerusan maupun pengendapan.Secara analogi, apabila: dT∕dx < 0 → akan terjadi kelebihan angkutan, sehingga sebagian akan diendapkan → timbullah pengendapan.

Adapun faktor-faktor penentu angkutan sedimen (Cahyono, 2007), yaitu:

a. Sifat-sifat aliran(flow characteristic)

b. Sifat-sifat sedimen (sedimen characteristic)

Tabel 1 Proses penggerusan dan pengendapan Perbandingan Jumlah T

(Kapasitas transport)

Proses yang terjadi

Sedimen Dasar

T1 = T2 Seimbang Stabil

T1 < T2 Gerusan Degradasi

T1 > T2 Pengendapan Agradasi

(Sumber: Mardjikoen, 1987)

Untuk sedimen dasar pada aliran, tegangan geser dinyatakan dengan oersamaan Shield, yaitu tegangan geser non dimensional yang merupakan fungsi dari angka Reynold dan diameter butiran.

𝜃 =

^𝜏𝑐 𝜌_𝑤𝑔∆𝑑

=

^𝑣∗𝑐² 𝑔∆𝑑 ^{... (9)}

∆ =

^𝜌𝑠− 𝜌_𝑤 𝜌_𝑤 ^{... (10)} 𝑣_∗𝑐 = 𝜃𝑔∆𝑑 ... (11) 𝜏_𝑐 = 𝜃𝜌_𝑤𝑔∆𝑑 ... (12) 𝜏₀ = 𝜌_𝑤𝑔𝑦_𝑜𝑆 ... (13)

𝑣

_∗

=

^𝜏𝑜 𝜌_𝑤 1/2 ... (14) Dimana:

v*c = Kecepatan geser kritis (m/det) v* = Kecepatan geser (m/det)

ρ_𝑠 = Rapat massa sedimen (kg/m³)

ρ_𝑤 = Rapat massa air (kg/m³)

d = Diameter butiran (m)

g = Percepatan gravitasi (m/det²) y0 = Ketinggian aliran (m)

S = Kemiringan dasar saluran

θ = Parameter mobilisasi kritis

𝜏₀ = Tegangan geser dasar (N/m²)

𝜏_𝑐 = Tegangan geser kritis (N/m²)

Keterangan:

𝜏₀ > 𝜏_{𝑐 →} terjadi gerusan

𝜏₀ < 𝜏_{𝑐 →} terjadi pengendapan

Dalam menganalisa tegangan geser dan variabel – variabel di atas digunakan diagram Shield, yang menggambarkan hubungan antara parameter mobilitas kritis dengan bilangan Reynold, seperti pada gambar 2 berikut.

Gambar 1. Diagram Shield (Hubungan antara parameter mobilitas kritis dan bilangan Reynold)(sumber: Chow V.T, 1985)

G. Mekanisme Gerusan dan Endapan

Aliran yang terjadi pada sungai sering kali disertai dengan angkutan sedimen dan proses gerusan dan endapan. Proses gerusan dan endapan akan terbentuk secara alamiah karena pengaruh morfologi sungai atau karena adanya struktur yang menghalangi aliran sungai. Angkutan sedimen terjadi karena aliran air sungai mempunyai energi yang cukup besar untuk membawa sejumlah material.

Proses gerusan dan endapan dimulai pada saat partikel yang terbawa bergerak mengikuti pola aliran bagian hulu kebagian hilir saluran. Pada kecepatan yang lebih tinggi maka partikel yang terbawa akan semakin banyak dan lubang gerusan akan semakin besar, baik ukuran maupun kedalamannya bahkan kedalaman kritis. Lebih jauh lagi ditegaskan bahwa kecepatan yang berhubungan dengan transport sedimen baik pada kondisi equilibrium scour depth (Breuser H dan Raudkiv A, 1991).

Dalam Chatterje M, Chatterje S dan Gosh S (1994) dikatakan tentang mekanisme gerusan, debit yang mengalir membentuk suatu semburan (jet) di atas dasar erodibel. Kecepatan jet yang tinggi menimbulkan tegangan gesek yang besar melebihi tegangan gesek kritik butiran yang merupakan batas awal gerak butiran dan hal ini menyebabkan terbentuknya gerusan lokal di hilir. Lubang gerusan yang terbentuk menyebabkan peningkatan kedalaman aliran lokal (pada lubang gerusan tersebut) dan berakibat tegangan gesek di atas dasar menjadi kurang dan lebih kecil dibandingkan tegangan gesek kritis material dasar sehingga terjadi penurunan material yang terangkut dan akhirnya mencapai tahap keseimbangan dimana gerusan tidak bertambah lagi.Perkembangan gerusan sangat tergantung waktu, awalnya gerusan berkembang dengan cepat kemudian berkurang sampai mencapai tahap keseimbangan.

Vischer D dan Hager W (1995) mengatakan bahwa pada teknik hidraulik, stilling basin dan baffle apronmerupakan contoh pemecah energi. Jika partikel air jatuh ke suatu basin maka akan terjadi peredaman energi yaitu disipasi energi hidraulik Stilling Basin jarang dirancang sesuai panjang loncat air yang terjadi karena tidak ekonomis (Hoffmans G.J.C.M dan Verheij (1997). Oleh karenanya perlengkapan tambahan seperti baffle apron biasanya dipasang untuk mengontrol loncatan. Tujuan utama pengaturan ini adalah untuk meminimalisir awal loncatan air.

Loncatan air yang terbentuk disebelah hilir suatu bangunan air pada dasarnya dikendalikan atau diarahkan dengan suatu bangunan

tertentu.Pengendali loncatan air tersebut dapat berbentuk macam – macam, salah satunya adalah balok penghalang (buffle block), suatu penurunan dan kenaikan mendadak pada lantai saluran atau membuat pelebaran pada ujung apron.Pembuatan ambang di akhir kolam olak dimaksudkan untuk mengendalikan agar loncat air terjadi di dalam kolak olak.(Chow.V.T, (1959).