06-loncatan hidraulik

LONCATAN HIDRAULIK(HYDRAULIC JUMP)

Ir. Suroso Dipl.HE,M.Eng

TimeTime

SpaceSpace

Flow in Open Channel

Steady Flow

Uniform Flow Non Uniform Flow

Rapidly varied Flow(Hydraulic Jump)

Gradually Varied Flow

Unsteady Flow

KKlasifilasifikkaassii berdasarkan perubahan kedalaman aliran berdasarkan perubahan kedalaman aliran terhadap waktu (time) dan tempat (terhadap waktu (time) dan tempat (spacespace))..

Hydraulic JumpHydraulic Jump Loncatan hidraulik (hydraulic jump) adalah

fenomena yang banyak ditemukan pada aliran tak seragam (varied flow) dalam saluran terbuka dimana terjadi perubahan yang cepat dari aliran kecepatan tinggi, kedalaman air rendah kondisi super kritis menjadi aliran kecepatan rendah, kedalaman air besar dan keadaan subkritis.

Pada loncatan hidraulik akan terjadi turbulensi dan kehilangan energi yang cukup besar. Oleh karenanya hukum/persamaan energi Bernoulli tidak dapat digunakan untuk analisis. Maka persamaan momentum yang diturunkan dari hukum Newton kedua yang digunakan

Kegunaan Hydraulic Kegunaan Hydraulic JumpJump

Untuk meredam energi. Untuk meninggikan muka air di bagian hilir. Untuk mengurangi gaya uplift netto dengan

meningkatan berat, yaitu karena tingginya kedalaman. Untuk meningkatkan debit dari sluice gate dengan

meningkatkan head efektif yang menyebabkan aliran. Untuk membuat penampang kontrol (control section). Untuk mencampur bahan kimia dalam air. Untuk pengudaraan (aerasi) air minum. Untuk membuang kantong udara dalam jaringan pipa.

Rapidly Varied Flow and Rapidly Varied Flow and Hydraulic Jump Hydraulic Jump

Aliran disebutAliran disebut rapidly varied flow (RVF)rapidly varied flow (RVF) jika ada perubahan besar kedalaman aliran jika ada perubahan besar kedalaman aliran dalam jarak pendekdalam jarak pendek Pintu air (Pintu air (Sluice gatesSluice gates)) Peluap/bendung (Peluap/bendung (WeirsWeirs)) Air terjun (Air terjun (WaterfallsWaterfalls)) Perubahan tiba-tiba pada penampangPerubahan tiba-tiba pada penampang

Sering terjadi dalam Sering terjadi dalam 3D 3D ddan an efek trefek transienansien BackflowsBackflows Separations Separations

Rapidly Varied Flow and Rapidly Varied Flow and Hydraulic Jump Hydraulic Jump

Ditinjau volume kontrol Ditinjau volume kontrol di sekitardi sekitar hydraulic jump hydraulic jump

AAnggapan-anggapannggapan-anggapan1.1. V V kkonstan onstan ppaada da

penampangpenampang (1) (1) ddan (2), an (2), ddand and 11 ddan an 22 1 1

2.2. P = P = gygy

3.3. ww diabaikan diabaikan relatirelatif f terhadap terhadap losses losses yang yang terjadi selamaterjadi selama hydraulic hydraulic jumpjump

4.4. Saluran lebar dSaluran lebar dan an horihorissontalontal

5.5. Tidak ada gaya luar Tidak ada gaya luar selain gaya beratselain gaya berat

Rapidly Varied Flow and Rapidly Varied Flow and Hydraulic Jump Hydraulic Jump

Persamaan kontinuitasPersamaan kontinuitas

Persamaan Persamaan momentummomentum

SubstituSubstitusi dsi dan an penyederhanaanpenyederhanaan

Pers.kuadratik dlm y2/y1

Rapidly Varied Flow and Rapidly Varied Flow and Hydraulic Jump Hydraulic Jump

SSeellesaikan persamaan kuesaikan persamaan kuadratiadratikk ddan an ambil akarambil akar positipositiff saja dan didapatsaja dan didapat depth ratiodepth ratio

Persamaan ePersamaan energnergi untuk penampang ini dapat i untuk penampang ini dapat ditulisditulis s sbbbb

Kehilangan energi pada Kehilangan energi pada hydraulic jumphydraulic jump

Rapidly Varied Flow and Rapidly Varied Flow and Hydraulic Jump Hydraulic Jump

SeringSering, hydraulic jumps , hydraulic jumps diabaikdiabaikaan karena n karena meredam meredam energenergi i yyang ang berhargaberharga

NamunNamun, , dalam beberapa dalam beberapa kasuskasus, energ, energii harus harus diredam agar tidak diredam agar tidak menimbmenimbuulkan kerusakanlkan kerusakan

Ukuran Ukuran performance performance dari dari hydraulic jump hydraulic jump adalah fadalah fraraksksi i peredaman peredaman energenergii, , atauatau energy energy dissipation ratiodissipation ratio

Rapidly Varied Flow and Rapidly Varied Flow and Hydraulic Jump Hydraulic Jump

Berdasarkan Berdasarkan uji uji ekseksperimental perimental menunjukkan menunjukkan bahwabahwa hydraulic hydraulic jumps jumps dapat dapat dikdiklasifilasifikasi kasi kedalamkedalam 5 5 kkategori, ategori, tergantung tergantung pada bilangan pada bilangan Froude hulu Froude hulu FrFr

HydraulicHydraulic Jump Jump sebagai sebagai apliaplikkaassi i PersamaanPersamaan

MomentumMomentum

Lab Jump in Flume (Lab Jump in Flume (kanan kanan ke kirike kiri))

Lab Jump in Flume (Lab Jump in Flume (kanan kanan ke kirike kiri))

Film Hydraulic JumpFilm Hydraulic Jump

hydrojump.mov

Hydraulic JumpsHydraulic Jumps

Terjadi bila ada Terjadi bila ada transitransissii tiba-tiba tiba-tiba dari aliran dari aliran supersuperkkritiritiss (y < y (y < ycc) ) ke ke subsubkkritiritiss (y > y (y > ycc).).

Contoh terjadinya hydraulic jumpContoh terjadinya hydraulic jump:: Pada kaki pelimpah (Pada kaki pelimpah (spillwayspillway)) Pada saluran yang tiba-tiba Pada saluran yang tiba-tiba

kemiringannya berubah datarkemiringannya berubah datar..

Dalam menganalisisDalam menganalisis hydraulic hydraulic jumps jumps dianggap ada kekekalan dianggap ada kekekalan momentum, momentum, yaituyaitu : :

2

222

1

221

gy

q

2

y

gy

q

2

y

Secara aljabar dapat disederhanakan untuk mendapatkan:

1F812

1

y

y 21

1

2

1F812

1

y

y 22

2

1

yy1 1 adalah adalah initial depth initial depth ddan < yan < ycc ((aliran aliran supersuperkkritiritiss).).

yy2 2 adalah adalah sequent depth sequent depth ddan > an > yycc ( (aliran aliran subsubkkritiritiss).).

Kehilangan Kehilangan energenergii dalam dalam hydraulic jump hydraulic jump dapat dihitung dapat dihitung dengandengan::

21

312

1 yy4

yyE

Sequent DepthSequent Depth

g

yVyyy 1

21

211

22

22

HHyydrdrauaulilic Jumpc Jump pada Saluran Segi pada Saluran Segi EEmpatmpat

Ditinjau aliran loncat hidraulik pada Ditinjau aliran loncat hidraulik pada saluran segi empat seperti gambarsaluran segi empat seperti gambar

HHyydrdrauaulilic Jumpc Jump pada Saluran Segi pada Saluran Segi EEmpatmpat

Persamaan momentum pada penampang Persamaan momentum pada penampang 1 & 21 & 2

Sequent Depth RatioSequent Depth Ratio

12 vvQF

1222

21 2

1

2

1qvqvyy

21

221

22

112

yyg

qyy

21

1

2 8112

1F

y

y

Karakteristik Karakteristik HyHydrdrauaulilic c JumpJump

Kehilangan Energi: EKehilangan Energi: ELL = E = E11 – E – E22

Panjang loncatan.Panjang loncatan.

- Penelitian Bradley dan Peterika menghasilkan L- Penelitian Bradley dan Peterika menghasilkan Ljj/y/y22 =f(F=f(F11))

- Elevatorski menghasilkan ; L- Elevatorski menghasilkan ; Ljj = 6,9(y = 6,9(y22-y-y11) )

g

vy

g

vyEL 22

22

2

21

1

22

21

21

22

2

21 2

1

yy

yy

g

qyy

21

312

4 yy

yyEL

Variasi LVariasi Ljj/y/y22-F-F11 (Bradley dan (Bradley dan Peterika)Peterika)

Aplikasi Hydraulic JumpAplikasi Hydraulic Jump

SELAMAT SELAMAT BELAJARBELAJAR