ALIRAN SALURAN – TERBUKA DAN PENGGOLONGANNYA
I. 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
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
II. Jenis Aliran
Penggolongan saluran terbuka berdasarkan perubahan kedalaman aliran sesuai dengan waktu dan ruang adalah sebagai berikut:
A. 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.=…
1. 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 padatempat atau tidak berubah menurut tempatnya.
2. Aliran berubah
Merupakan jenis aliran yang terjadi bila kedalaman dan kecepatannya berubah di sepanjang saluran, terdiri atas:
a. Aliran berubah lambat laun
Sumber: Aliran Saluran Terbuka, 2010
Gambar 2.1 Aliran Berubah Lambat Laun
b. 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
B. Aliran tak Tunak (unsteady flow)
1. Aliran taktunak seragam (uniform flow)
Merupakan jenis aliran yang memiliki syarat bahwa permukaan air berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar sepanjang saluran.
2. Aliran berubah taktunak
Aliran berubah tak tunak merupakan bentuk aliran taktunak yang juga terdiri atas: a. Aliran taktunak berubah lambat laun
b. Aliran taktunak berubah tiba-tiba
Sumber: Hidrolika Saluran Terbuka, 1997
Gambar 2.3 Jenis Aliran di Saluran Terbuka
III. Keadaan Aliran
Pengaruh kekentalan pada suatu aliran di saluran terbuka ini terhadap kelembaman (gaya inersia) dapat dinyatakan dlaam bilangan Reynolds:
Keterangan:
v
s= 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: A. 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.
B. 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. C. Peralihan
Aliran ini adalah aliran campuran yang merupakan suatu keadaan peralihan dangan kapasitas bilangan Reynold berkisar antara 500-1000.
IV. Resim Aliran
1. Laminar Subkritis (subcritical-laminar)
Terjadi bila F kecil dari 1 dan R terletak dalam daerah laminar.
2. Laminar Superkritis (supercritical-laminar)
Terjadi bila F besar dari 1 dan R terletak dalam daerah laminar.
3. Turbulen Superkritis (supercritical-turbulen)
Terjadi bila F besar dari 1 dan R terletak dalam daerah turbulen.
4. 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
Sumber: Mekanika Fluida dan Hidrolika, 2005
DAFTAR PUSTAKA
Chow, Ven Te. 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta: Erlangga. Fani. 2010. Aliran Saluran Terbuka. Jakarta: Universitas Gunadarma.
