Energy Specifik

Seringkali pada kuliah Hidraulika Saluran Terbuka, sering saya merasa sulit untuk mengerti tentang konsep-konsep aliran. sering ditemui konsep yang mengatakan bahwa pada saluran datar (kemiringan memanjangnya = 0), kecepatan alirannya (U) juga = 0, padahal banyak saluran di daerah pantai yang kemiringan memanjangnya = 0. Kenapa pemahaman yang salah itu terjadi, karena mereka terpana pada persamaan Chezy atau Manning, yang menyatakan bahwa kecepatan merupakan fungsi kemiringan memanjang So, sehingga kalau So = 0, maka kecepatan aliran juga = 0. Pemahaman ini menunjukkan kekurang pahaman konsep konservasi massa dan konservasi energi.
Kalau kita berbicara steady flow, persamaan konservasi energi (persamaan Bernoulli) : z + h + U²/2g = konstan. Pada saluran datar maka z dititik 1 = z di titik 2 , sehingga yang berbeda adalah h dan U nya.

Persamaan Energi Spesifik :





dengan Es = energi spesifik, h = kedalaman aliran, Q = debit, B = lebar dasar saluran, g = percepatan gravitasi. Apabila persamaan itu dibuat grafiknya (hubungan Es dan h) maka akan didapat kurva sebagai berikut ini.

Pada kurva ini, untuk setiap Energi spesifik tertentu akan didapat satu pasang h (kedalaman aliran) yaitu kedalaman aliran sub kritik dan kedalaman aliran superkritik. Selain itu, nilai Es minimum akan tercapai saat h = h kritik.

Dengan mempertimbangkan persamaan energi spesifik tsb di atas, semakin besar debit (Q), pada h yang sama akan didapat Es yang semakin besar. Pada gambar tersebut, ada 3 kurva, semakin besar Q kurvanya akan semakin bergeser ke kanan.
Dengan kurva inilah kami biasa menjelaskan fenomena penyempitan saluran, penaikan dasar saluran, pengaruhnya pada kedalaman aliran di saluran.
Konsep ini kemudian juga dipakai sebagai dasar perencanaan bukaan pintu air under flow (sliding gate) guna mengatur ketinggian muka air di hulu pintu air.

Variasi energi spesifik berdasarkan perubahan kedalaman
Untuk suatu debit tetap :
Energi spesifik minimum pada kedalaman Yc.
Kedalaman ini dikenal sebagai kedalaman kritis.
Untuk nilai lain dari energi spesifik terdapat dua macam kedalaman :
aliran subkritis y > yc
aliran superkritis y < yc Untuk suatu energi tetap Debit aliran akan maksimum pada kedalaman kritis Yc.

Bilangan Froude

Fr < 1 sub kritis kecepatan air < kecepatan gelombang hulu aliran dipengaruhi pengendali hilir Fr = 1 kritis

Fr >1 super kritis

kecepatan air > kecepatan gelombang
hulu aliran tidak dipengaruhi pengendali hilir

Saluran dengan lebar 6 meter mengalirkan air 20 m3/det.
Tentukan kedalaman air ketika energi spesifik dari aliran minimum.
Q = 20 m3/det
b = 6 m
q = Q/b = 20/6 = 3,33 m3/det (permeter lebar aliran)
yc= (q2/g)1/3
= (3,332/9,81)1/3
= 1,04 m

Tentukan kecepatan kritis (kecepatan pada saat kedalaman kritis) pada soal di atas

Vc = q/yc

= 3,33/ 1,04
= 3,2 m/det