Laporan Praktikum 11 Fix
August 14, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
Short Description
Download Laporan Praktikum 11 Fix...
Description
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
KELOMPOK XI 1. Aldo Anugrah Saputra
1211700061
2. Fajarudin Assalam
1211700062
3. Feryan Firdaus Haris
1211700064
4. Muhroz Al Afat
1211700066
PJ Modul
: Fajarudin Assalam
Asisten Modul
: Putri Aishyah Pradika
Tanggal Praktikum
: 21 September 2019
Tanggal Disetujui
:27 September 2019
Nilai Laporan
:
Paraf Asisten
:
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (1)
H.02 TEKANAN HIDROSTATIS 2.1. TUJUAN
1. Mencari besarnya gaya hidrostatis pada bidang vertical. 2. Mencari hubungan antara tinggi muka air dan massa beban pada alat peraga.
2.2. ALAT DAN BAHAN
1. Meja hidrolika
4. Mistar
2. Alat Peraga Tekanan Hidrostatis
5. Jangka sorong
3. Beban
2.3. TEORI
Setiap benda yang berada di dalam air akan mendapat tekanan tegak lurus permukaanya Sebesar p.g.h (p adalah massa jenis air)
Besarnya gaya tekan pada bidang rata adalah : F = .g.A.ycg
.... (1)
dan titik kerjanya dari muka air adalah :
=
. sinθ
.... (2)
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (2)
Dimana : =
Massa jenis air
g = Percepatan gravitasi ycg = Jarak titik berat bidang dari muka air
A = Luas permukaan bidang rata = Momen inersia bidang rata terhadap sumbu horizontal yang
memotong titik berat bidang
θ = Sudut kemiringan bidang terhadap permukaan air Zcf = = Jarak titik kerja gaya dari muka air
Untuk keadaan “tenggelam sebagian” berlaku persamaan : :
Untuk keadaan “tenggelam seluruhnya” berlaku persamaan :
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh air ke semua arah
pada titik ukur manapun akibat adanya gaya gravitasi. gravita si. Tekanan hidrostatis
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (3)
akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman diukur dari permukaan air. Akibat gaya gravitasi, berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya, dan begitu pula partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas. Jadi, semakin dalam kita menyelam dari permukaan air, maka akan semakin banyak volume air yang ada di atas kita dengan permukaan air sehingga tekanan yang diberikan air pada tubuh kita (tekanan hidrostatis) akan semakin besar. Tekanan hidrostatis pada titik kedalaman berapapun tidak dipengaruhi oleh berat air, luasan permukaan air, ataupun bentuk bejana air. Tekanan hidrostatis menekan ke segala arah. Rumus tekanan hidrostatis diformulasikan dengan:
dimana: = g
berat
jenis
air
(untuk
air
tawar,
);
= besar percepatan gravitasi (percepatan gravitasi di permukaan sebesar=9,8m/s2;
bumi h adalah titik kedalaman yang diukur dari permukaan air.
Jadi semakin besar jarak titik ukur dengan permukaan air, maka akan semakin besar tekanan hidrostatis pada titik tersebut. Fenomena ini dapat dilihat pada gambar dibawah dimana semakin besar ketinggian air, maka akan semakin besar pula tekanan hidrostatis di dasar d asar bejana. Akibatnya, air akan muncrat lebih jauh pada bejana sebelah kanan karena tekanan yang lebih tinggi dibandingkan bejana di sebelah kiri.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (4)
Rumus diatas digunakan untuk mengetahui nilai tekanan hidrostatis pada bejana tertutup (contohnya: tekanan pada titik tertentu pada air di dalam botol tertutup, tangki air atau tong air yang tertutup).
2.4. Cara Kerja
Ukurlah panjang a, L, d, dan b pada alat peraga.
Aturlah kaki penyangga agar bejana benar-benar datar.
Letakkan piringan beban pada ujung lengan timbangan.
Aturlah beban pengatur keseimbangan sampai lengan timbangan kembali datar (seimbang).
Letakkan beban pada piringan beban.
Tutuplah katup penguras da nisi bejana dengan air sedikit demi sedikit sampai lengan timbangan kembali mendatar.
Catatlah ketinggian muka air (y) pada kolom data yang sesuai.
Lakukanlah langkah 5 s/d 7 sampai ketinggian muka air maksimum.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (5)
Kurangi beban, sesuai dengan penambahannya.
Turunkanlah muka air dengan membuka katup penguras sampai s ampai lengan timbangan kembali mendatar.
Catatlah ketinggian muka air (y) padda kolom data yang sesuai.
Lakukanlah langkah 9 s/d 11 sampai ketinggian minimum.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (6)
2.5. DATA PERCOBAAN
a =10cm
b =7,5cm
d=10cm
L=28cm
p=1gram/
Tabel 1. Data praktikum tekanan Hidrotastis
FILLINGTANK
DRAININGTANK
Mass (m)
Height Of
Mass (m)
Height Of
(gram)
Water y
(gram)
Water y (mm)
(mm) 50
22
50
22
70
36
70
37
90
48
90
47
110
57
110
56
130
64
130
64
150
71
150
71
170
77
170
77
190
83
190
82
210
89
210
88
230
94
230
93
250
101
250
100
270
106
270
105
290
111
290
110
310
115
310
116
330
121
330
120
350
126
350
125
370
130
370
130
Rata - Rata
85.35294
Rata - Rata
84.88235
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (7)
Tabel II.
Data percobaan benda “tenggelam sebagian” dengan regenerasi linear
(Tinggi air < 100) X
Y
Tinggi Muka Air
F
(cm)
(gram)
50
2.2
18.15
70
3.65
49.95938
90
4.75
84.60938
110
5.65
119.70938
130
6.4
153.6
150
7.1
189.0375
170
7.7
222.3375
190
8.25
255.234375
210
8.85
293.709375
230
9.35
327.834375
6.39
171.418125
Mass (gram)
∑ Rata - Rata Dengan Rumus Mencari F :
∗∗y^
F=
= (1*7.5*(2.2^2))/2 = 18.15 gram
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (8)
Grafik Hubungan Antara Tinggi Muka Air Dengan Gaya Tekan Pada Bidang 350 y = 44.153x 110.72 2 44.153x - 110.7 R² = 0.9694
300
) 250 m200 c / r 150 g100 ( F 50 0 -50 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tinggi Muka Air (cm)
Gambar.1. Grafik Hubungan antara Tinggi Muka Air Dengan Gaya Tekan Pada Bidang Y
X Tinggi Muka Air
Massa / h^2
(cm)
(gram/cm^2)
2.2
10.331
3.65
5.254
4.75
3.989
5.65
3.446
6.4
3.174
7.1 7.7
2.976 2.867
8.25
2.792
8.85
2.681
9.35
2.631
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (9)
10 10
Grafik Hubungan Tinggi Dengan Massa Perkuadrat Tinggi Pada Tenggel enggelam am Sebagia Sebagian n 12.000 ) 10.000 2 ^ m c 8.000 / r ( g 2 6.000 ^ ℎ / 4.000 a s s a m 2.000
y = -0.8464x + 9.4223 R² = 0.6984
0.000 0
2
4
6
8
10
Tinggi Muka Air (cm)
Gambar.2. Grafik Hubungan Tinggi Dengan Massa Perkuadrat Tinggi Pada Tenggelam Sebagian Dari Grafik diatas, dapat diketahui nilai a praktikum dan b praktikum sebagai berikut :
a praktikum
b praktikum
= 9.4223
= -0.8464
Secara teoritis, dapat diketahui nilai ateori dan bteori adalah sebagai berikut :
ateori = bteori =
+ ∗∗..∗∗∗+ − −∗. ∗
=
=
= 2.678571429
= -0.044642857
Dengan demikian, diketahui harga kesalahan relatif (KR) adalah sebagai berikut :
Kr = Kr =
|aprapraktikatumeori ateori| |bprbpraktibtkumeori bteori|
x 100%
= 251.76587 %
x 100%
= -1795.936 %
Tabel 3. Data percobaan benda “tenggelam seluruhnya” dengan regenerasi linear
(Tinggi air > 100) LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (10)
X
Y
Tinggi Muka Air
F
(cm)
(gr)
250
10.05
753.75
270
10.55
791.25
290
11.05
828.75
310
11.55
866.25
330
12.05
903.75
350
12.55
941.25
370
13
975
11.54285714
865.7142857
Mass
∑ Rata - Rata Dengan Rumus Mencari F :
F = p*b*d*y p*b*d*y
= 1*7.5*10*10.05 1*7.5*10*10.05 = 753.75 gr
Grafik Hubungan Antara Tinggi Air Dengan Gaya Tekan Pada Bidang 1200 y = 75x + 2E-11 R² = 1
1000
) 800 m c / r 600 ( g F
400 200 0 0
2
4
6
8
10
12
14
Tinggi Air (cm)
Gambar.3. Grafik Hubungan Antara Tinggi Air Dengan Gaya Tekan Pada Bidang Y
X
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (11)
Massa Beban
Tinggi Air
(gram)
(cm)
250
10.05
270
10.55
290
11.05
310
11.55
330
12.05
350
12.55
370
13
Grafik Hubungan Antara Tinggi Air Dengan Massa Beban Pada Tenggelam Seluruhnya 400
) r 350 g ( 300 n a250 b e200 B 150 a s s 100 a M50
y = 40.425x 156.62 2 40.425x - 156.6 R² = 0.9998
0 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
Tinggi Air (cm)
Gambar.4. Grafik Hubungan Antara Tinggi Air Dengan Massa Beban Pada Tenggelam Seluruhnya. Dari Grafik diatas, dapat diketahui nilai a praktikum dan b praktikum sebagai berikut :
a praktikum
b praktikum
= -156.62
= 40.425
Secara teoritis, dapat diketahui nilai ateori dan bteori adalah sebagai berikut :
ateori =
−+
133.9285714
=
−∗−∗..∗(∗(∗)∗+∗
=
-
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (12)
bteori =
+
=
40.17857
∗∗..∗∗∗+
=
-
Dengan demikian, diketahui harga kesalahan relatif (KR) adalah sebagai berikut :
Kr =
Kr =
|aprapraktikatumeori ateori| |bprbpraktibtkumeori bteori|
x 100%
= -16.94293 %
x 100%
= 3942.5 %
2.6. ANALISIS
- Analisis Percobaan Praktikum yang dilakukan tentang tekanan hidrotastis, dimana materi ini bertujuan mencari besarnya gaya hidrotatis yang berkaitan pada bidang vertikal dan di sertakan mencari hubungan tinggi muka air dan massa beban pada alat yang di coba pada tekkanan hidrotatis, metode perhitungan yang digunakan untuk mengolah besarnya gaya hidrostatis hidrostat is yang digunakan yaitu regenerasi linear. Pada praktikum ini yang terdapat 2 percobaan yaitu, filling yaitu, filling tank dan dan drain drain tank. Untuk mecoba praktikum filling tank , langkah pertama berikan beban pada ujung lengan sebelah kiri sebesar 50 gram. Akibat di beri beban ini lengan lengan beban pada alat peraga (pertambahan (pertambahan beban) tidak akan seimbang dan akan turun utuk menyeimbangkan men yeimbangkan kembali maka tangki di isi air. Langkah ini di ulang-ulang mencapai 370 gram dimana setiap penambahan beban adalah 20 gram, pada setiap penambahan beban jangan lupa mencatat ketinggian air pada tangki . Dan di lanjutkan dengan metode drain tank dalam metode ini beban justru di kurangi kelipatan 20gram dari beban awal 370 gram untuk menyeimbangkan lengan air di keluarkan sedikit demi sedikit dengan cara membuka katup penguras sampai lengan kembali seimbang dan jangan lupa mencatat tinggi permukaan air pada tangki , langkah ini di ulang kembali sampai LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (13)
beban mencapai 50 gram. Tujuan metode ini agar mendapatkan data supaya lebih presisi.
- Analisis Hasil Dari praktikum tekanan hidrotastis kita harus mencari 2 data yaitu pertambahan tinggi air agar benda seimbang ( filling tank) dan pengurangan tinggi air agar benda seimbang (draining tank), tank), yang nantinya akan dilakukan percobaan benda tenggelam sebagian dengan tinggi air kurang dari sama dengan 100mm dan tenggelam seluruhnya dengan tinggi air lebih dari sama dengan 100mm. 100mm. Pada percobaan ini dengan hitungan massa(gram) dan tinggi muka air (cm) untuk hasil
“Tenggelam Sebagian” harus mencari nila a dan b, dapat dihitung dengan rumus b praktikum = hasil dari dari Grafik Grafik dan a praktikum = hasil dari Grafik dimana nilai b dan a didapat persamaan y = 9.4223x-0.8464, sehingga mendapatkan hasil dari b praktikum= -0,8464 dan a praktikum = 9.4223 , Untuk
hasil “Tenggelam Seluruhnya” harus mencari nilai a dan b, dapat dihitung dengan rumus b praktikum = hasil dari dari Grafik dan a praktikum = hasil dari Grafik dimana nilai b dan a didapat persamaan pers amaan y = 40.425x-156.62, sehingga mendapatkan hasil dari b praktikum= 40.425 dan a praktikum= -156.62 .
- Analisa Grafik Untuk analisa grafik tenggelam sebagian dengan interval tinggi air 100mm, sumbu x sebagai massa dan sumbu y sebagai tinggi muka air rata-rata. Secara keseluruhan grafik untuk hubungan antara tinggi muka air dan massa pada keadaan tenggelam seluruhnya memiliki LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (14)
hubungan hidrostatis, dikarenakan grafik mengalami kenaikan. Hal ini dapat dilihat dari grafik yang menunjukkan jika massa beban semakin besar maka skala tinggi muka air juga semakin besar. - Analisis Kesalahan Pada praktikum ini mungkin terjadi dan dapat menjadi kesalahan perhitungan, kesalahan relative yang didapat ialah :
Kr = Kr = Kr = Kr =
|aprapraktikatumeori ateori| |bprbpraktibtkumeori bteori|
|aprapraktikatumeori ateori| |bprbpraktikum bteori|
x 100% x 100%
= 251.76587 % , Untuk tenggelam sebagian
= -1795.936 %
x 100%
= -16.94293 %
x 100%
= 3942.5 %
Untuk tenggelam seluruhnya
bteori
Dan kesalahan lainnya yaitu:
Ketidaktelitian saat membaca tinggi muka air.
Pada saat penambahan air mungkin tidak secara hati-hati akhirnya dapat membuat timbangan tidak stabil.
Ketidakseriusan praktikan saat melakukan praktikum sehingga menyebabkan data yang diperoleh kurang sesuai dengan hasil yang diperoleh dari perhitungan teori.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (15)
2.7. KESIMPULAN
Percobaan ini memberikan pemahaman mengenai besarnya gaya hidrostatis yang bekerja pada bidang vertical, dan hubungan tinggi muka air dengan massa beban pada tekanan hidrostatis.
Beban pada ujung lengan diseimbangkan dengan cara memberikan air sehingga timbulnya gaya hidrostatis
Untuk kondisi tenggelam sebagian diperoleh nilai
a praktikum
= 9.4223
b praktikum
= -0.8464
ateori
= 2.67857143
bteori
=0.044642857
Kr a
= 251.76587%
Kr b
= -1795.936%
Untuk tenggelam seluruhynya diperoleh nilai
a praktikum
= -256.62
ateori
=
-
b praktikum
= 40.425
bteori
=40.17857
Kr b
= 3942.5%
133.9285714 Kr a
= -16.94293%
2.8. REFERENSI
- Laboratorium Hidrolika, Hidrologi dan Sungai, Pedoman Praktikum Mekanika Fluida. Departemen Teknik Sipil Universitas Indonesia, Depok. - https://www.studiobelajar.com/tekanan-hidrostatis/
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (16)
2.9. DOKUMENTASI
Gambar.5. Mengukur Jarak a,b,d, dan l bidang
Gambar.6. Mengisi Tangki Lengan Timbangan Menjadi Datar
Gambar.7. Penambahan beban sampai beban 370 g
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (17)
LABORATORIUM HIDROLIKA , HIDROLOGI DAN SUNGAI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FTUI LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM HIDROLIKA
KELOMPOK
: 11 ( SEBELAS )
MODUL PRAKTIKUM
: H-02 TEKANAN HIDROSTATIS
ASISTEN PRAKTIKUM
: Putri Aisyah Pradika
NO 1.
MASALAH
PARAF ASISTEN
22 September 2019 Asistensi pengolahan data Ms. Excel
2.
24 September 2019 Asistensi revisi perhitungan excell
3.
25 September 2019 Asistensi laporan ms.word
26 September 2019 4.
Asistensi revisi laporan ms.word
27 September 2019 Asistemsi revisi kesimpulan ms.word 5.
28 September 2019 Acc
ASISTEN MODUL
( PUTRI AISYAH PRADIKA )
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (18)
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
KELOMPOK XI 1. Aldo Anugrah Saputra
1211700061
2. Fajarudin Assalam
1211700062
3. Feryan Firdaus Haris
1211700064
4. Muhroz Al Afat
1211700066
5. Risky Chaniago Putra
121805001
PJ Modul
: Fajarudin Assalam
Asisten Modul
: Rahmat Khamdani
Tanggal Praktikum
: 14 September 2019
Tanggal Disetujui
:18 September 2019
Nilai Laporan
:
Paraf Asisten
:
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (19)
H-05 PENGUKURAN DEBIT ALIRAN
5.1. TUJUAN PERCOBAAN
- Memperagakan prinsip kerja dari berbagai tipe dasar pengukuran aliran yang berbeda dan dirakit dalam satu seri konfigurasi dengan cara membandingkannya. - Mengetahui karakteristik-karakteristiknya 5.2. ALAT DAN BAHAN
1. Meja Hidrolika 2. Seperangkat alat pengukur aliran 9
2
1
1 3 7
8
5
4
Keterangan Gambar : 1. Venturi Meter
6.
Pompa Tangan
2. Orifice
7. Katup Pengatur Aliran
3. Pipa Pitot
8. Lubang Untuk Suplai
MejaHidrolika 4. Manometer Set
9. Katup Udara Manometer
5. Variabel Area Flow Meter
10. Lubang Untuk Pompa Tangan
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (20)
5.3. TEORI
Sebagai akibat dari berbagai keperluan yang berbeda, banyak variasi metoda yang telah tela h banyak dikembangkan untuk mengukur aliran fluida. Venturi meter, lempengan lubang aliran (orifice) dan pipa pitot adalah alat ala t yang sesuai untuk mengukur debit dalam pipa. Dengan menggunakan persamaan energi (Bernoully) dapat diturunkan debit :
A / / Q = Cd A [2g h h] [1A ]−/−/
Dimana :
Q = Debit yang mengalir melalui pipa Cd = Koefisien debit empiris yang didapat dari hasil percobaan A1 = Luas penampang pipa bagian hulu A2 = Luas penampang leher pipa venturimeter atau ata u luas penampang lubang (Orifice) untuk lempeng lubang aliran h1 = Tinggi tekanan pada lubang masuk (hulu) h2 = Tinggi tekanan pada lubang keluar (hilir) Untuk Pipa Pitot
Q = Cd A[2g2gh h]
Dimana : Q = Debit yang mengalir melalui pipa Cd = Koefisien debit empiris yang didapat dari hasil percobaan h1 = Total head h2 = Tinggi tekanan
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (21)
Catatan : Data-data teknis - Pada Venturimeter - diameter pipa bagian hulu
: 2,9 cm
- diameter leher pipa
: 1,7 cm
- Pada Pipa Orifice - diameter pipa bagian hulu
: 2,9 cm
- diameter lubang
: 2,0 cm
- Pada Pipa Pitot - diameter pipa
: 1,9 cm
5.4. CARA KERJA
1.
Letakkan alat percobaan pada saluran tepi meja Hidrolika.
2. Hubungkan pipa aliran masuk ke suplai dari meja hidrolika dan masukkan pipa aliran keluar kedalam tangki pengukur volume. 3. Buka katup pengatur aliran suplai sepenuhnya, demikian juga katup pengatur aliran pada alat percobaan. 4. Buka udara pada manometer, biarkan manometer terisi penuh, dan tunggu hingga gelembung udara udara tidak terlihat lagi pada manometer. 5. Atur katup suplai aliran dan pengatur aliran pada alat percobaan, sehingga mendapatkan pembacaan manometer yang jelas. Jika diperlukan,
tambahkan
tekanan
pada
manometer
dengan
menggunakan pompa tangan. 6. Catat pembacaan pada manometer, pembacaan debit pada data ukur penampang berubah kemudian hitung debit aliran dengan dengan menghitung jumlah volume yang keluar dari alat percobaan dalam waktu tertentu, menggunakan gelas ukur dan stopwatch. 7. Ulangi langkah 1-6 untuk berbagai variasi debit.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (22)
5.5. DATA PERCOBAAN
T abel 1.1 : D ata Tabel H asil si l P Prr aktikum kti kum Manometer Reading h4 h5 h6 h7
1
13.5
12.9
5.3
4.8
3.3
3.9
5
195
Waktu (s) 2
2 3 4 5 6 7
16.7 21.6 23.5 30.9 41.8 48.9
15.9 17.5 19.9 20.5 40.5 45.6
6.7 13.6 19.9 24.5 28.8 31.3
5.4 11.2 15.6 18.6 20.7 19.5
4.2 8.7 11.5 13.6 14.6 12.4
5 10.4 14.4 18 20.3 20.4
7.5 10 12.5 15 17.5 20
235 355 350 500 515 610
2 2 2 2 2 2
No
h3
h8
Variabel Area
Volume (mL)
T abel 1.2 : D ata H asi sill P Prr aktik ktikum um Diameter (m)
d1 d2 LUAS (m2)
Venturi Meter
Orifice
Pitot
2.9 cm 1.7 cm
2.9 cm 2.0 cm
1.9 cm
Venturi Meter
Orifice
Pitot
0.000660185 0.000660185 0.000283385 0.000226865 0.000314
A1 A2
5.6. PENGOLAHAN DATA 1. Koefisien Debit Empiris
a. Pipa Orifice perhitungan : untuk data variable area : 5
d₁ d₂ A₁ A₂
: 0.029 m : 0.020 m : 0.000660185 m² : 0.000314 m²
h₃ h₄ │ h₃- h₄│
: 0.135 m : 0.129 m : 0.006 m
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (23)
=₂ 2 . .1.│h₃h₃A₂A₁h₄│ ==0.0.000001200314 00314 1 2 0. 9, 0 0. 8 00660185 00660185 0 1 00314 0. 0 06 0122474 2474 Qpraktikum= = . =0.0000975
m³/s
Volume
: 0.000195 m³
Time
:2s
m³/s
Tabe Tab el 2.1 : Pi pa Ori Or i fi ce
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (24)
0.0004
y = 0.6629x
0.00035 0.0003
m u 0.00025 k i t k a r 0.0002 p Q0.00015
Cd Orifice
= y 0.0001
Linear (Cd Orifice)
0.00005 0 0
0.0002
0.0004
0.0006
X = Qalat
Gambar.1 Grafik hubungan Qpraktikum dengan Qalat pipa orifice
b. Pipa venturimeter perhitungan : untuk data variable area : 5
d₁ d₂ A₁ A₂
: 0.029 m : 0.017 m : 0.000660185 m² : 0.000226865 m²
h5
: 0.053 m
h6
: 0.048 m
│ h5- h6│
: 0.005 m
2. . │ h₃ h₄│ =0.=₂0 00226865 1 A₁A₂ 2 0.9,0800226865 1 0. 0 05 1 0.000660185
= Volume
0.000075664 m³/s : 0.000195 m³
Qpraktikum= = . =0.0000975
Time
:2s
m³/s
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (25)
Tabel 2.2 : Pipa Venturimeter
0.00035 y = 0.8797x 0.0003
) s / 3 0.00025 m ( m 0.0002 u k i t k 0.00015 a r p 0.0001 Q = y
Cd Venturimeter Linear (Cd Venturimeter)
0.00005 0 0
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
x = Qalat (m3/s)
Gambar.2 Grafik hubungan Qpraktikum dengan Qalat pipa venturimeter
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (26)
c. Pipa Pitot perhitungan : untuk data Variable area : 5 d₁ A₁
: 0.019 m : 0.000283385 m²
h₇ h₈ │ h₇- h₈│
: 0.033 m : 0.039 m : 0.006 m
= 2. . │ h₇ h₈│ ==0.000283385 00283385√ √ 2 9.81 0.006
Volume
0.0000972304 m³/s : 0.0000195 m³
Time
:2s
Qpraktikum= = . =0.0000975
m³/s
Tabel 2.3 : P i pa P i tot tot
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (27)
0.00035 y = 0.8965x 0.0003 ) s / 3 0.00025 m ( m 0.0002 u k i k t 0.00015 a r p Q = 0.0001 y
Cd Pitot Linear (Cd Pitot)
0.00005 0 0
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
x = Qalat (m3/s)
Gambar.3 Grafik hubungan Qpraktikum dengan Qalat pipa pitot
2. Koefisien Kehilangan Debit
a. Pipa orifice
h₃ h₄ │ h₃- h₄│
: 0.135 m : 0.129 m
0.000122474
Qalat
: 0.006 m :
d₂ A₂
: 0.020 m : 0.000314 m²
V
:
Δh'
:
b
:
m³/s
00314 0 ∑A₂A2.₂g=.0..00.00122474 2 x 9.81 =0. =0.390046097 0 19880025 / ∑
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (28)
T abel 3.1 : P i pa Or Orii fice fi ce
0.12 y = 0.9269x 0.1 0.08
) m ( H0.06 Δ
K Orifice
= y
0.04
Linear (K Orifice)
0.02 0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
x = ΔH' (m)
Gambar.4 Grafik hubungan Δh dengan Δh' pipa orifice
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (29)
b. Pipa venturimeter h5
: 0.053 m
h6
: 0.0448 m
│ h₃- h₄│ Qalat
: 0.005 m :
d₂ A₂
: 0.017 m : 0.000226865 m²
V
:
Δh'
:
b
:
m³/s
7.A₂5=664E05 7.0.50664E05 00226865 =0.33351989 /
=0.016998975 2.g = . ∑∑. 2 x 9.81
Tab abe el 3.2 : P i pa V entur nturii meter ter
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (30)
0.14 y = 1.1204x 0.12 0.1 ) m0.08 ( H
K Venturimeter
Δ
= y 0.06
Linear (K Venturimeter)
0.04 0.02 0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
x = ΔH' (m)
Gambar.5 Grafik hubungan Δh dengan Δh' pipa venturimeter
c. Pipa pitot
h₇ h₈ │ h₇- h₈│
: 0.033 m : 0.038 m
Qalat
: 0.005 m : 0.0000793883m³/s
d₂
: 0.019 m
V
:
Δh'
:
b
:
A₂ = 0.00.00793883 = 0.0. 2 2801 8 01 / 0 00284 2.g = .2x9.81 = 0.0.00142 1 42784 7843 3 ∑∑. A₂
: 0.000284 m²
Tabel 3.2 : P i pa P i tot tot
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (31)
0.09 y = 0.9888x
0.08 0.07 0.06
) m0.05 ( H Δ
K Pitot
= 0.04 y
Linear (K Pitot)
0.03 0.02 0.01 0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
x = ΔH' (m)
Gambar.6 Grafik hubungan Δh dengan Δh' pipa pitot
3. Kesalahan Relatif
a. Pipa Orifice K= K=
.− − − . −
K = 0.6629x
b. Pipa Venturimeter K= K=
K = 0.8797x
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (32)
c. Pipa Pitot K= K=
− . −
K = 0.8965x
5.7. ANALISIS 1. Analisis Percobaan
Telah dilaksanakan praktikum Modul H05 (Pengukuran Debit Aliran). Praktikum
ini
bertujuan
agar
praktikan
dapat
mengetahui
dan
memperagakan cara kerja dari berbagai tipe dasar pengukuran aliran yang berbeda
dan
dirakit
dalam
satu
seri
konfigurasi
dengan
cara
membandingkannya dan untuk mengetahui karakteristik – karakteristiknya. karakteristiknya. Sebelum itu praktikan harus mengetahui dan memahami mengenai bagian
–
bagian yang ada pada alat, termasuk bagaimana cara
menggunakannya. Seperangkat alat ini terdiri atas pipa orifice, pipa venturimeter, pipa pitot, dan 8 tabung manometer. Mula – mula yang dilakukan praktikan adalah mengisi penuh tabung manometer dengan cara membuka katup pengatur aliran. Pastikan agar tidak ada lagi gelembung yang ada pada manometer set, hal ini bertujuan untuk mencegah adanya kesalahan saat pengambilan data dan kesalahan pembacaan pada manometer set. Pengambilan data manometer dilakukan sebanyak 7 kali dengan tekanan hidrostatis yang bervariasi yaitu 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, dan 20. Selama mengatur suatu tekanan, pastikan tekanan pada manometer sudah stabil dengan cara mengatur suplai aliran dan pengatur aliran pada alat percobaan, jika diperlukan tambahkan tekanan pada manometer dengan menggunakan pompa tangan hingga didapatkan pembacaan manometer yang jelas dan tidak ti dak berubah lagi. Setelah Set elah tekanan pada manometer stabil lalu baca manometer 3 sampai 8. Manometer tersebut terhubung pada pipa – pipa, pipa, manometer 3 dan 4 terhubung dengan pipa orifice, manometer 5 dan 6 terhubung dengan pipa venturimeter, dan LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (33)
manometer 7 dan 8 terhubung dengan pipa pitot, sedangkan untuk manometer 1 dan 2 berhubungan dengan variabel area flow meter. Selain pengambilan data pada manometer dibutuhkan juga data volume air yang keluar dari pipa pembuangan menggunakan gelas ukur dengan waktu 2 detik. Langkah ini diulangi sebanyak 7 kali karena setiap tekanan variabel area menghasilkan debit air yang bervariasi.
2. Analisa Hasil dan Grafik
Setelah praktikum selesai dan didapatkan data dari hasil percobaan praktikum pengukuran debit aliran (Modul H05). Selanjutnya adalah melakukan pengolahan data untuk memperoleh nilai Koefisien Debit Empiris (Cd) dan nilai Koefisien Kehilangan Empiris (K). Rumus yang digunakan untuk pengolahan data yakni :
a) Untuk pipa Orifice dan Venturimeter
=₂ 2 . 1. │h₃A₂A₁h₄│ = A 2. g. │ hh₇₇ h₈│
b) Untuk pipa pitot
c) Untuk mencari Q Praktikum
= = ∆ℎ′ ∆ℎ = 2
d) Untuk mencari
Nilai Koefisien Debit Debit Empiris (Cd)
Pipa Orifice = 0.6629
Pipa Venturimeter = 0.8797
Pipa Pitot = 0.8965
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (34)
Nilai Cd diatas dihitung secara manual dengan cara pembua pembuatan tan tabel. Dengan pembuatan tabel tersebut didapatkan hasil nilai b (Cd). Nilai Cd yang mendekati angka 1 menunjukan bahwa keakuratan data yang di dapat dan saat melakukan pengolahan data. Selain itu, pipa yang memiliki nilai Cd mendekati angka 1 merupakan pipa yang efektif, maksud dari pipa yang efektif adalah pipa tersebut memiliki perbandingan debit aliran dan debit aliran secara teoritis yang tidak jauh berbeda. Berdasarkan Berdasarkan hasil diatas didapatkan didapatkan kesimpulan bahwa bahwa pipa yang paling efektif adalah pipa pitot. Nilai Koefisien Kehilangan Empiris Empiris (K)
Pipa Orifice = 0.9269
Pipa Venturimeter = 1.1204
Pipa Pitot = 0.9888 Pada koefisien kehilangan, jika nilai K mendekati angka 1 menunjukan bahwa
perbedaan tekanan pada percobaa percobaan n berbanding lurus dengan perbedaan tekanan teoritis. Nilai K yang semakin besar nilainya, maka akan semakin besar pula
gesekan yang terjadi. Sebaliknya, Nilai K yang semakin kecil, maka semakin kecil pula gesekan yang terjadi. Berdasarkan hasil diatas terlihat bahwa pipa pitot memiliki nilai koefisien kehilangan empiris yang paling besar, hal ini menunjukan bahwa pipa pitot mengalami kehilangan energi yang paling banyak. Sedangkan pipa venturimeter memiliki nilai koefisien kehilangan empiris yang paling kecil, artinya pipa venturimeter mengalami kehilangan energy yang paling sedikit. Dapat ditarik kesimpulan bahwa pipa pitot yang memiliki perbedaan tekanan t ekanan pada percobaan yang hampir berbanding lurus dengan perbedaan tekanan teoritis. Pipa yang efektif adalah pipa yang memiliki nilai Cd~1, semakin Cd mendekati 1 maka pipa terebut memiliki perbandingan debit aliran dengan debit aliran secara teoritis yang tidak jauh berbeda. Maka dari itu, dari hasil penelitian diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa pipa pitot yang paling efektif Analisa grafik dilakukan dengan cara mengamati grafik yang telah dibuat. Berikut nilai grafik (Cd) hubungan Qalat dan Qpraktikum pada masing – masing masing alat ukur :
Pipa Orifice : y = 0.6629x
Pipa Venturimeter : y = 0.8797x
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (35)
Pipa Pitot : y = 0.8965x Analisa perhitungan tabel dan grafik (Cd) nilainya sama semua untuk
pipa venturimeter dan pitot. Berikut nilai grafik (K) hubungan Δh dan Δh’ pada masing – masing masing alat ukur : Pipa Orifice : y = 0.9269x
Pipa Venturimeter : y = 1.1204x
Pipa Pitot : y = 0.9888x Analisa perhitungan tabel dan grafik (K) nilainya sama semua untuk
Orifice dan Pitot.
3. Analisis Kesalahan
Ada beberapa kesalahan yang terjadi pada saat praktikum ini. Hal ini terjadi karena diantaranya : a. Kesalahan pada saat pengisian volume air dengan gelas ukur, ketidak akuratan lama waktu dengan waktu yang seharusnya, yang mengakibatkan mengulangi pengisian volume air dengan gelas ukur beberapa kali. b. Waktu saat mulai mengisi air dan memulai waktu pada stopwatch tidak bersamaan, begitupun juga saat setelah mengisi air dan menghentikan waktu pada stopwatch. Hal ini akan mengakibatkan ketidak akuratan pada volume yang didapat.
c. Pembacaan volume air didalam gelas ukur yang kurang jelas karena cekungan air dan alas yang kurang rata juga menyebabkan kesalahan saat pembacaan. 5.8. APLIKASI
Pengaplikasian dari praktikum ini bias digunakan dalam mengelola sumber daya air yang ada hingga kita bisa menggunakan air sebagai kebutuhan sehari – hari. Informasi tentang debit air ini juga dibutuhkan pada
bangunan
air
untuk
merancang
suatu
bangunan
dengan
memperhatikan debit puncak (banjir) sehingga bisa diperhitungkan usaha apa yang seharusnya dilakukan.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (36)
5.9. KESIMPULAN
1. Nilai Koefisien Debit Empiris (Cd)
Cd Pipa Orifice = 0.6629
Cd Pipa Venturimeter = 0.8797
Cd Pipa Pitot = 0.8965
2. Nilai Koefisien Kehilangan Empiris (K)
K Pipa Orifice = 0.9269
K Pipa Venturimeter = 1.1204
K Pipa Pitot = 0.9888
3. Hasil yang berbeda – beda beda pada besarnya nilai koefisien debit (Cd) dan koefisien kehilangan (K) dipengaruhi oleh panjangnya pipa pada hulu aliran, tekanan, maupun akibat akibat gangguan aliran (belokan, perubahan penampang aliran).
5.10. REFERENSI
Pedoman praktikum Mekanika Fluida dan Hidraulika, Laboratorium Hidrolika dan Sungai, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.
http://www.academia.edu/3 http://www.aca demia.edu/32188215/LAPRA 2188215/LAPRAK_HIDROLI K_HIDROLIKA_KA_ _ALAT_UKUR_DEBIT_S _ALAT_U KUR_DEBIT_SALURAN ALURAN_TERTUTUP _TERTUTUP
Jonas M. K. Doke, Endang P. Tachyan, Y. P. Pangaribuan ; Hidrolika Teknik, Erlangga 1985
https://andrendre.wordpress.com/2013/03/18/debit-aliran/
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (37)
5.11. DOKUMENTASI
Gambar.7 seperangkat alat praktikum ukur debit aliran alir an
Gambar.8 pembacaan manometer pada alat dan menghitung volume yang keluar
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (38)
LABORATORIUM HIDROLIKA , HIDROLOGI DAN SUNGAI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FTUI LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM HIDROLIKA
KELOMPOK
: 11 ( SEBELAS )
MODUL PRAKTIKUM ASISTEN PRAKTIKUM
: H-05 PENGUKURAN DEBIT ALIRAN : RAHMAT KHAMDANI
NO
1.
MASALAH
PARAF ASISTEN
15 September 2019 Asistensi perhitungan excell
2.
17 September 2019 Asistensi laporan ms.word
3.
19 September 2019 Asistensi revisi ms.word. Acc Laporan
ASISTEN MODUL
( RAHMAT KHAMDANI )
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (39)
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
KELOMPOK XI 1. Aldo Anugrah Saputra
1211700061
2. Fajarudin Assalam
1211700062
3. Feryan Firdaus Haris
1211700064
4. Muhroz Al Afat
1211700066
5. Risky Chaniago Putra
121805001
PJ Modul
: Aldo Anugrah Saputra
Asisten Modul
: Darmayudha Prawira
Tanggal Praktikum
: 14 September 2019
Tanggal Disetujui
: 15 Oktober 2019
Nilai Laporan
:
Paraf Asisten
:
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (40)
MODUL H.06 ALIRAN MELALUI LUBANG
6A. Koefisien Kecepatan Aliran
I. Tujuan Praktikum
Mendapatkan besaran koefisien kecepatan aliran melalui lubang kecil
II. Dasar Teori
Kecepatan aliran melalui lubang ( orifice) dapat dinyatakan sebagai berikut: V = Cv.
2.2..ℎ
Sedangkan dari percobaan ini harga Cv diperoleh dari hubungan:
== √ √ ..
dimana:
V
= kecepatan aliran yang melewati lubang
Cv
= koefisien kecepatan
g
= gravitasi
h
= tinggi air terhadap lubang
X
= jarak horizontal pancaran air dari bidang vena contracta contracta
Y
= jarak vertikal pancaran air
Titik nol ( 0 ) untuk pengukuran sumbu X, diambil dari bidang vena contracta, demikian juga dengan luas penampang yang di pakai adalah luas penampang pada bidang vena contracta, dimana hubungan antara luas penampang lubang (Ap) dengan dengan luas bidang vena contracta (Av) dinyatakan sebagai berikut : Av = Cc.Ap Dimana Cc adalah nilai koefisien kontraksi.
Partikel zat cair yang mengalir melalui lubang berasal dari segala arah. Karena zat cair mempunyai kekentalan maka beberapa partikel yang mempunyai lintasan membelok akan mengalami kehilangan tenaga. Setelah Setel ah
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (41)
melewati lubang pancaran air mengalami kontraksi, yang ditunjukkan oleh penguncupan aliran. Kontraksi maksimum terjadi pada suatu tampang sedikit disebelah hilir lubang, dimana pancaran kurang lebih horizontal. Tampang dengan kontraksi maksimum tersebut dikenal dengan vena kontrakta. Pada aliran zat cair melalui lubang terjadi kehilangan tenaga menyebabkan beberapa parameter aliran akan lebih kecil dibanding pada aliran zat cair ideal yang dapat ditunjukkan oleh beberapa koefisien, yaitu koefisien kontraksi, kecepatan, dan debit. Koefisien kontraksi (CC) adalah perbandingan antara luas tampang aliran pada vena kontrakta (ac) dan luas lubang (a) yang sama dengan tampang aliran zat cair ideal. Koefisien kontraksi tergantung pada tinggi energi, bentuk dan ukuran lubang, dan nilai reratanya adalah sekitar Cc = 0,64. Perbandingan antara kecepatan nyata aliran pada vena kontrakta (ac) dan kecepatan teoritis (V) dikenal dengan koefisien kecepatan (Cv). Nilai koefisien kecepatan tergantung pada bentuk dari sisi lubang (lubang tajam atau dibulatkan) dan tinggi energi Nilai rerata dari koefisien kecepatan adalah Cv = 0,97. Koefisien debit (Cd) adalah perbandingan antara debit nyata dan debit teoritis. Nilai koefisien debit tergantung pada nilai Cc dan Cv yang nilai reratanya adalah adala h 0,62. Pusat lubang terletak pada jarak H dari muka air. Pertama kali dianggap zat cair adalah ideal. Tekanan pada lubang adalah atmosfer. Dengan menggunakan persamaan Bernoulli pada permukaan zat cair di kolam dan di lubang, kecepatan zat cair pada titik tersebur dapat dihitung.
III. Alat dan Bahan
1. Meja Hidrolika 2. Kertas Grafik 3. Perangkat alat percobaan aliran melalui lubang
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (42)
Gambar H. 06. 1 Sumber : Pedoman Praktikum Mekanika Fluida Keterangan Gambar : 1. Pipa aliran masuk 2. Pipa lentur dari pipa pelimpah untuk mengatur tinggi head 3. Pipa pelimpah 4. Skala penunjuk muka air 5. Tangki utama 6. Penjepit kertas 7. Papan 8. Jarum vertical 9. Sekrup pengatur jarum 10. Kaki penyangga 11. Sekrup lubang aliran 12. Lempeng lubang aliran 13. Peredam IV. Cara Kerja
1. Menempatkan alat pada saluran tepi meja hidrolika. Menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai meja hidrolika dan arahkan ara hkan pipa lentur dari pipa pelimpah ke tangki air meja hidrolika. 2. Mengatur kaki penyangga sehingga alat terletak horizontal dan atur juga arah aliran dari lubang bukaan sedemikian rupa sehingga menjadi sebidang dengan jajaran jarum pengukur.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (43)
3. Menyelipkan selembar kertas pada papan di belakang jajaran jarum dan menaikkan dulu semua jarum untuk membebaskan lintasan air yang menyembur. 4. Menaikkan pipa pelimpah, membuka katup pengatur aliran dan alirkan air masuk ke dalam tangki utama. 5. Atur katup pengatur aliran sedemikian rupa, hingga air persis melimpah lewat pipa pelimpah dan tidak ada gelombang pada permukaan tangki utama. 6. Mencatat besarnya tinggi tekanan pada tangki utama. 7. Menentukan letak terjadinya vena contracta di ukur dari lubang bukaan (0.5 diameter bukaan). 8. Mengatur posisi jarum tegak secara berurutan untuk mendapatkan bentuk lintasan aliran yang menyembur. Memberi tanda posisi ujung atas jarum pada kertas grafik. 9. Mengulangi percobaan untuk setiap perbedaan tinggi tekanan pada tangki utama. 10. Mengganti lempeng lubang bukaan dengan diameter yang lain dan ulangi langkah 1 – 9. 9.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (44)
V. Data Praktikum
Tabel 1. Data Pengamatan Koefisien Kecepetan Aliran Diameter
Head (mm)
3
400
Coordinate
1
2
3
4
5
6
7
8
x y x y x y x y x y
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
50 7 50 8 50 10 50 10 50 10
100 16 100 19 100 19 100 19 100 19
150 26 150 28 150 29 150 30 150 30
200 43 200 46 200 48 200 51 200 51
250 60 250 63 250 67 250 73 250 75
300 79 300 82 300 87 300 94 300 98
350 105 350 107 350 115 350 126 350 128
x y x
0 0 0
50 4 50
100 14 100
150 24 150
200 38 200
250 55 250
300 78 300
350 99 350
y x y x y x y
0 0 0 0 0 0 0
6 50 7 50 7 50 9
16 100 17 100 17 100 19
25 150 26 150 29 150 30
42 200 44 200 48 200 50
61 250 61 250 68 250 69
80 300 81 300 89 300 96
103 350 108 350 116 350 123
380 360 340 320
6
400 380 360 340 320
VI. Pengolahan Data
1. Koefisien Kecepatan a. Pengolahan data untuk D = 6mm dan H = 400mm Tabel 2. Pengolahan Data untuk D = 6 mm dan H = 400 mm x
h
0 50 100 150 200 250 300 350
400 400 400 400 400 400 400 400
X= x²/h 0 6.25 25 56.25 100 156.25 225 306.25
∑
Y 0 4 14 24 38 55 78 99
X²
XY
0 0 39.0625 25 625 350 3164.0625 1350 10000 3800 24414.0625 8594 50625 17550 93789.0625 30319 182656.25 61987.500
b
0.339367
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (45)
120
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h=400 mm saat Ø= 6 mm
100 80 y 60
40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
x²/h Grafik 1. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 6mm dan H = 400mm b. Pengolahan data untuk D = 6mm dan H = 380mm Tabel 3. Pengolahan Data untuk D = 6 mm dan H = 380 mm x 0 50 100 150 200 250 300 350
h X = x²/h Y 380 0 0 380 6.578947 6 380 26.31579 16 380 59.21053 25 380 105.2632 42 380 164.4737 61 380 236.8421 80 380 322.3684 103
∑
X² XY 0 0 43.2825485 39.4736842 692.520776 421.052632 3505.88643 1480.26316 11080.3324 4421.05263 27051.5928 10032.8947 56094.1828 18947.3684 103921.399 33203.9474 202389.20 68546.05
b
0.338684
Grafik Hubungan x²/hØ= dan Y untuk h=380 mm saat 6 mm 150
y
100 50 0 0
50
100
150
200
250
300
350
x²/h Grafik 2. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 6mm dan H = 380mm
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (46)
c. Pengolahan data untuk D = 6mm dan H = 360mm Tabel 4. Pengolahan Data untuk D = 6 mm dan H = 360 mm x
h
0 50 100 150 200 250 300 350
360 360 360 360 360 360 360 360
X= x²/h 0 6.944 27.778 62.500 111.111 173.611 250.000 340.278
Y 0 7 17 26 44 61 81 108
∑
X²
XY
0 0 48 49 772 472 3906 1625 12346 4889 30141 10590 62500 20250 115789 36750 225501.54 74625.00
b
0.330929
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h=360 mm saat Ø= 6 mm 120 100 80
y 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
x²/h Grafik 3. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 6mm dan H = 360mm d. Pengolahan data untuk D = 6mm dan H = 340mm Tabel 5. Pengolahan Data untuk D = 6 mm dan H = 340 mm
x 0 50 100 150 200 250 300 350
h 340 340 340 340 340 340 340 340
X = x²/h 0 7.352941 29.41176 66.17647 117.6471 183.8235 264.7059 360.2941
∑
Y 0 7 17 29 48 68 89 116
X² XY 0 0 54.0657439 54.0657439 51 865.051903 500 4379.32526 4379.32526 1919 13840.8304 13840.8304 5647 33791.09 12500 70069.2042 23559 129811.851 41794 252811.42 85970.59
b
0.340058
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (47)
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h=340 mm saat Ø= 6 mm 140 120
y
100 80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
x²/h Grafik 4. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 6mm dan H = 340mm
e. Pengolahan data untuk D = 6mm dan H = 320mm Tabel 6. Pengolahan Data untuk D = 6 mm dan H = 320 mm x 0 50 100 150 200 250 300 350
h 320 320 320 320 320 320 320 320
X = x²/h 0 7.8125 31.25 70.3125 125 195.3125 281.25 382.8125
Y 0 9 19 30 50 69 96 123
∑
X² XY 0 0 61.0351563 70.3125 976.5625 593.75 4943.84766 2109.375 15625 6250 38146.9727 13476.5625 79101.5625 27000 146545.41 47085.9375 285400.39 96585.94
b
0.338423
Grafik Hubungan x²/hØ= dan Y untuk h=320 mm saat 6 mm 150 100
y 50 0 0
100
200
300
400
500
x²/h Grafik 5. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 6mm dan H = 320mm
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (48)
f. Pengolahan data untuk D = 3mm dan H = 400mm Tabel 7. Pengolahan Data untuk D = 3 mm dan H = 400 mm x
h
0 50 100 150 200 250 300 350
400 400 400 400 400 400 400 400
X= x²/h 0 6.25 25 56.25 100 156.25 225 306.25
Y
X²
XY
0 7 16 26 43 60 79 105
0 39.0625 625 3164.063 10000 24414.06 50625 93789.06 182656.25
0 43.75 400 1462.5 4300 9375 17775 32156.25 65512.50
∑
b
0.358666
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h=400 mm saat Ø= 3mm 120 100 80 Y 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
x²/h
Grafik 6. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 3mm dan H = 400mm g. Pengolahan data untuk D = 3mm dan H = 380mm Tabel 8. Pengolahan Data untuk D = 3 mm dan H = 380 mm x 0 50 100 150 200 250 300 350
h 380 380 380 380 380 380 380 380
X = x²/h 0 6.578947 26.31579 59.21053 105.2632 164.4737 236.8421 322.3684
∑
Y 0 8 19 28 46 63 82 107
X² 0 2500 10000 22500 40000 62500 90000 122500 350000.00
XY 0 52.631579 500 1657.8947 4842.1053 10361.842 19421.053 34493.421 71328.95
b
0.203797
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (49)
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h = 380 mm saat Ø= 3mm 120 100 80
Y 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
x²/h Grafik 7. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 3mm dan H = 380mm h. Pengolahan data untuk D = 3mm dan H = 360mm Tabel 9. Pengolahan Data untuk D = 3 mm dan H = 360 mm x 0 50 100 150 200 250 300 350
h 360 360 360 360 360 360 360 360
X = x²/h 0 6.944444 27.77778 62.5 111.1111 173.6111 250 340.2778
Y 0 10 19 29 48 67 87 115
∑
X² XY 0 0 48.22531 69.444444 771.6049 527.77778 3906.25 1812.5 12345.68 5333.3333 30140.82 11631.944 62500 21750 115789 39131.944 225501.54 80256.94
b
0.355904
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h = 360 mm saat Ø= 3mm 200
Y 0 0
100
200
300
400
x²/h Grafik 8. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 3mm dan H = 360mm i. Pengolahan data untuk D = 3mm dan H = 340mm Tabel 10. Pengolahan Data untuk D = 3 mm dan H = 340 mm
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (50)
x 0 50 100 150 200 250 300 350
h 340 340 340 340 340 340 340 340
X = x²/h 0 7.352941 29.41176 66.17647 117.6471 183.8235 264.7059 360.2941
Y 0 10 19 30 51 73 94 126
∑
X² XY 0 0 54.06574 73.529412 865.0519 558.82353 4379.325 1985.2941 13840.83 6000 33791.09 13419.118 70069.2 24882.353 129811.9 45397.059 252811.42 92316.18
b
0.365158
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h = 340 mm saat Ø= 3mm 140 120 100
Y
80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
x²/h Grafik 9. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 3mm dan H = 340mm j. Pengolahan data untuk D = 3mm dan H = 320mm Tabel 11. Pengolahan Data untuk D = 3 mm dan H = 320 mm x 0
h 320
X = x²/h 0
Y 0
50 100 150 200 250 300 350
320 320 320 320 320 320 320
7.8125 31.25 70.3125 125 195.3125 281.25 382.8125
10 19 30 51 75 98 128
∑
X² 0
XY 0
61.03516 78.125 976.5625 593.75 4943.848 2109.375 15625 6375 38146.97 14648.438 79101.56 27562.5 146545.4 49000 285400.39 100367.19
b
0.351672
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (51)
Grafik Hubungan x²/h dan Y untuk h = 320 mm saat Ø= 3mm 140 120 100
Y 80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
x²/h Grafik 10. Hubungan antara Y dengan x^2/h pada D = 3mm dan H = 320mm 2. Pengolahan Data Nilai Cv Tabel 12. Pengolahan Data Nilai Cv dan Kesalahan Relatif Diameter Lubang D (mm)
Head h (mm)
b praktikum
∑XY / ∑X²
3
400 380 360 340 320
0.35866553 0.20379699 0.35590419 0.36515825 0.35167151
∑ CV rata rata
Cv =
1/(2*√b) 0.83488217 1.10756983 0.83811469 0.82742653 0.84314333 4.45113656 0.89022731
Kesalahan Relatif = K teori 0.98 = 9.2 KR % Diameter Lubang D (mm)
Head h (mm)
b praktikum
∑XY / ∑X²
6
400 380 360 340 320
0.33936698 0.33868435 0.33092900 0.34005817 0.33842258
Cv =
1/(2*√b) 0.85829229 0.85915682 0.86916572 0.85741958 0.85948903 4.30352345
∑ LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (52)
CV rata rata
0.86070469
Kesalahan Relatif = K teori 0.98 = 12.2 KR %
VII.
Analisis
Analisis Percobaan
Praktikan melakukan percobaan pada praktikum Mekanika Fluida H-06, yaitu Aliran Melalui Lubang yang bertujuan untuk mendapatkan besaran koefisien kecepatan aliran melalui lubang kecil. Praktikum kali ini terbagi menjadi dua macam percobaan. Percobaan yang pertama dengan
judul “Koefisien Kecepatan Aliran” memiliki tujuan untuk mendapatkan besaran koefisien kecepatan aliran melalui lubang kecil. Alat-alat yang digunakan antara lain meja hidrolika dan kertas grafik untuk mencatat kurva aliran air yang keluar dari lubang. Pada perrcobaan ini digunakan 2 lubang pada lempengan lubang aliran dengan diameter 3 mm dan 6 mm. Percobaan pertama menggunakan plat berlubang yang berdiameter 3mm lalu dilanjut plat berlubang yang berdiameter 6mm. Langkah paling awal yang dilakukan praktikan ialah mengatur kaki penyangga dan menyelipkan selembar kertas pada papan dibelakang jajaran jarun. Kemudian, praktikan menggunakan diameter awal air sebesar 3 mm lalu menaikkan semua jarum untuk membebaskan lintasan air yang menyembur. Pada kertas grafik, diberi tanda posisi ujung atas jarum dan mengulangi percobaan untuk setiap perbedaan tinggi tekanan yaitu 320 mm, 340 mm, 360 mm, 380 mm, dan 400 mm pada tangka utama, Praktikan mengulangi percobaan lagi dengan diameter 6 mm. Hasil yang didapatkan dari percobaan ini beruba besar teknan dan ketinggian jaum pada kertas grafik.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (53)
Analisis Hasil
Hasil yang diperoleh pada praktikum ini data berbentuk X dan Y yang digunakan untuk menghitung koefisien kecepatan. Pengolahan datadata tersebut akan menggunakan metode regresi linear. li near. Dengan metode ini, praktikan akan menghasilkan nilai kemiringan garis sama dengan nilai satu dibagi dengan Cv dikuadratkan. Cv adalah perbandingan antara kecepatan nyata aliran air yang keluar dari lubang dengan kecepatan aliran secara teoritis. Pada praktikum kali ini, dihasilkan data hasil praktikum yang terlampir pada table A. Tabel 13. Data Pengamatan Koefisien Kecepetan Aliran Diameter 3
Head (mm) 400 380 360 340 320
6
400 380 360 340 320
Coordinate
1
2
3
4
5
6
7
8
x y x
0 0 0
50 7 50
100 16 100
150 26 150
200 43 200
250 60 250
300 79 300
350 105 350
y x y x y x y
0 0 0 0 0 0 0
8 50 10 50 10 50 10
19 100 19 100 19 100 19
28 150 29 150 30 150 30
46 200 48 200 51 200 51
63 250 67 250 73 250 75
82 300 87 300 94 300 98
107 350 115 350 126 350 128
x y x y x y
0 0 0 0 0 0
50 4 50 6 50 7
100 14 100 16 100 17
150 24 150 25 150 26
200 38 200 42 200 44
250 55 250 61 250 61
300 78 300 80 300 81
350 99 350 103 350 108
x y x y
0 0 0 0
50 7 50 9
100 17 100 19
150 29 150 30
200 48 200 50
250 68 250 69
300 89 300 96
350 116 350 123
Berdasarkan table A, nilai X pada koordinat ini tetap, dan mengalami perubahan konstan dengan jarak 50 mm dari setiap jarumnya, sedangkan nilai Y pada koordinat ini mengalami perubahan yang tak menentu. Dapat dilihat pula, semakin jarum menjauhi pancuran air, maka nilai koordinat Y nya akan semakin besar. Setelah mendapatkan data tersebut, praktikum mengolah data dengan regresi linear, dan menghasilkan 10 pengolahan data
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (54)
dengan masing-masing lima pengolahan data pada diameter 3 mm dan 6 mm.
Tabel 14. Pengolahan Data Nilai B untuk Mendapatkan Nilai CV Diameter Lubang D (mm)
3
6
Head h (mm)
b praktikum ∑XY / ∑X²
400 380 360 340 320 400 380 360 340 320
0.35866553 0.20379699 0.35590419 0.36515825 0.35167151 0.33936698 0.33868435 0.33092900 0.34005817 0.33842258
∑ Kesalahan Relatif K teori = 0.98 KR = 10.7 %
CV rata - rata
Cv = 1/(2*√b) 0.83488217 1.10756983 0.83811469 0.82742653 0.84314333 0.85829229 0.85915682 0.86916572 0.85741958 0.85948903 8.75466000 0.87546600
Berdasarkan table B, jumlah nilai CV pada praktikum ini adalah 8,75466000. Dimana karena mempunyai 10 percobaan, rata-rata nya adalah 0,87545500. Untuk perbandingan nilai CV antara diameter lubang 3 dan 6 mm adalah 0,89022731 dan 0.86070469. Sehingga semakin besar diameter lubangnya maka koefisien kecepatan yang didapat semakin kecil. CV praktikum ini digunakan untuk menghitung nilai kesalahan relatif. Dengan CV teori adalah 0,98 didapati nilai kesalahan relatifnya relat ifnya adalah 10,7%
Analisis Grafik
Praktikan akan mendapatkan persamaan garis dengan mengolah data yang didapatkan dari praktikum. Persamaan garis tersebut kemudian digambarkan kedalam grafik, untuk selanjutnya dianalisis hubungannya dengan ketercapaian tujuan dari percobaan. Pada pengolahan percobaan, didapati 10 grafik dengan masing-masing 5 grafik pada 3 mm dan 6 mm. Dari grafik yang dihasilkan, semua grafik memiliki kecenderungan yang sama yaitu membentuk regresi linear. Dari grafik terlihat bahwa data-data LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (55)
yang didapat mendekati hasil sebuah garis lurus. Hal ini juga bias terlihat dengan nilai koefisien korelasi yang mendekati angka 1.
Analisis Kesalahan
Dalam melakukan percobaan pertama Aliran Melalui Lubang untuk mencari koefisien aliran, terdapat beberapa kesalahan yang dilakukan oleh praktikan. Kesalahan yang terjadi saat praktikum dapat mempengaruhi data serta hasil percobaan. Kesalahan yang dapat terjadi pada praktikum ini adalah: 1) Kurang telitinya dalam pembacaan koordinat kurva pada kertas grafik, sehingga menyebabkan nilai kesalahan relative yang besar. 2) Penggunaan stopwatch pada pada smartphone sebagai perhitungan waktu pada saat praktikum sehingga meyebabkan kurang akuratnya data percobaan. 3) Kesalahan alat seperti pompa air yang tidak dapat memompa air secara konstan sehingga menyebabkan volume air pada tangka utama berubahubah. 4) Dalam pengolahan data, praktikan membulatkan perhitungan pada data percobaan sehingga menyebabkan pengolahan data kurang akurat. 5) Kesalahan juga bias disebabkan oleh praktikan saaat mengatur jarum yang kurang sejajar dengan aliran air terlalu tinggi atau terlalu rendah sehingga mendapatkan titik yang tidak tepat. 6) Kesalahan relative yang didapat dari lubang berdiameter 3 mm ialah sebesar 9,2% dan lubang berdiameter 6 mm ialah 12,2%.
IX.
Aplikasi
Aliran melalui lubang dapat kita temukan dalam kegiatan seharihari, contohnya ketika menggunakan m enggunakan shower shower atau keran dan saat menyiram tanaman, kita memperkecil luas permukaan aliran air dengan menutupinya dengan tangan saat menyiram tanaman, atau shower yang dibuat dengan bentuk lubang-lubang kecil. Dengan mengurangi luas permukaan pada vena contracta,, kita dapat menghasilkan aliran air dengan kecepatan yang lebih contracta
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (56)
besar sehingga jangkauan aliran tersebut lebih besar dan mempermudah kita dalam melalukan kegiatan sehari-hari. X.
Kesimpulan
Praktikum ini memiliki kesimpulan, bahwa : 1. Nilai koefisien kecepatan air (CV) praktikum untuk lubang berdiameter 3 mm sebesar 0,89022731. 2. Nilai koefisien kecepatan air (CV) praktikum untuk lubang berdiameter 6 mm sebesar 0,86070469. 3. Nilai rata-rata koefisien kecepatan air (CV) praktikum sebesar 0,87546600 4. Kesalahan relative yang dihasilkan sebesar 10,77%
6B. Koefisien Debit Aliran
I.
Tujuan
Mendapatkan besaran koefisien debit aliran melalui lubang kecil dalam keadaan : 1. Aliran dengan tekanan tetap. 2. Aliran dengan tekanan berubah.
II.
Teori Selain koefisien kecepatan (Cv) pada aliran melalui lubang dikenal juga
dengan istilah koefisien Cd, yaitu perbandingan antara debit yang sebenarnya dengan debit teoristis.
2 2. . . ℎ ∆T ... .. √ √ ℎ1ℎ1 √ √ ℎ2ℎ2 Q = Cd.A. =
(aliran dengan tekanan tetap)
(
) (aliran dengan tekanan berubah)
dimana :
Q
= besarnya debit aliran yang melalui lubang.
Cd
= koefisien debit.
A
= luas penampang lubang. LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (57)
G
= percepatan gravitasi.
∆T hA
= tinggi air terhadap lubang
H
= waktu pengosongan tabung / tangki ( -
= luas tangki utama.
= tinggi air pada waktu = tinggi air pada waktu
)
Menurut Triatmojo (1993), peluap didefinisikan sebagai bukaan pada salah satu sisi kolah atau tangka sehingga zat cair (biasanya air) di dalam kolam tersebut melimpas di atas peluap. Peluap ini serupa dengan lubang besar di mana elevasi permukaan zat cair di sebelah hulu lebih rendah dari dari sisi atas lubang. lubang. Apabila waktu yang dipakai sebagai kriteria, maka aliran dapat dibedakan menjadi: a. Aliran tetap ( steady steady flow) flow) Aliran tetap yaitu aliran di mana kedalaman air (h) tidak berubah menurut waktu atau dapat dianggap tetap dalam suatu interval waktu, dengan demikian kecepatan aliran tidak berubah menurut waktu. b. Aliran tidak tetap (unsteady (unsteady flow) flow) c. Aliran tidak tetap terjadi apabila kedalaman air (h) berubah menurut waktu, demikian pula kecepatannya berubah menurut waktu. Kemudian, apabila tempat yang dipakai sebagai kriteria maka tipe aliran dapat dibedakan sebagai berikut: a. Aliran seragam (uniform (uniform flow) flow) Aliran seragam terjadi apabila kedalaman aliran (h) tidak berubah menurut tempat, dan kecepatannya juga tidak berubah menurut tempat b. Aliran tidak seragam (non (non uniform flow) flow) Aliran tidak seragam terjadi apabila kedalaman aliran berubah-ubah menurut tempat di sepanjang aliran, begitu pula dengan kecepatannya.
III. Alat dan Bahan
1. Meja Hidrolika 2. Stopwatch 3. Gelas ukur LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (58)
4. Perangkat alat percobaan / peraga aliran melalui lubang 5. Jangka sorong IV. Cara Kerja
a) Pendahuluan 1. Mengukur diameter tangki utama. 2. Menempatkan alat pada saluran tepi meja Hidrolika. Menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai meja Hidrolika dan mengarahkan pipa lentur dan pipa pelimpah ke tangki meja Hidrolika. 3. Mengatur kaki penyangga sehingga alat terletak horizontal. 4. Menaikkan pipa pelimpah, buka katup pengatur aliran pada meja Hidrolika.
b) Untuk keadaan aliran tetap : 1. Mengatur katup pengatur aliran dan pipa pelimpah sedemikian rupa, hingga tinggi muka air pada tangki tetap pada ketinggian yang dikehendaki. 2. Mencatat tinggi tekanan air h pada skala mistar ukur, menghitung debit aliran yang melewati lubang dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch. 3. Mengulangi prosedur 4 s/d 5 tersebut untuk setiap perbedaan tinggi tekanan. 4. Mengganti lempeng lubang bukaan dengan diameter yang lain dan mengulangi langkah 4 s/d 6.
c) Untuk keadaan aliran dengan tekanan berubah : 1. Menaikkan pipa pelimpah sampai ketinggian tekanan maksimum. 2. Membuka katup pengatur aliran, isi penuh tangki utama aliran sehingga air persis melimpah lewat pipa pelimpah pada ketinggian maksimum tersebut.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (59)
3. Menutup katup pengatur aliran. 4. Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan tangki utama dari ketinggian h 1 hingga ketinggian h 2 , ambil setiap penurunan muka air 2 cm. 5. Mengulangi percobaan untuk harga h 1 dan h 2 yang lain. 6. Mengganti lempeng bukaan dan mengulangi lagi langkah 1 s/d 5 V.
Data Praktikum
Tabel 15. Data Pengamatan Constant Head Diameter D 3
400 380 360 340
Volume Water 90 80 80 70
320
70
5
14
196
400 380 360 340 320
275 260 265 260 258
5 5 5 5 5
55 52 53 52 51.6
3025 2704 2809 2704 2662.56
Head
6
Time
Q
Q^2
5 5 5 5
18 16 16 14
324 256 256 196
Tabel 16. Data Pengamatan Variable Head Diameter 3
6
Head 1 400 380
Head 2 380 360
Time
ΔT
15.7 48.76
15.7 33.06
360 340 320
340 320 300
79.76 106.99 125.68
31 27.23 18.69
400 380 360 340 320
380 360 340 320 300
3.88 7.88 12.19 16.37 20.89
3.88 4 4.31 4.18 4.52
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (60)
VI.
Pengolahan Data
1. Pengolahan data aliran kecepatan tetap a. Untuk D = 3 mm Tabel 17. Pengolahan data kecepatan aliran tetap untuk D = 3 mm
No
Volume Water V (ml)
Time
Q (mm³/s)
x = Q²
y= h
x²
xy
T (s)
b
1
90
5
18000
324000000
400
1.0498E+17
1.296E+11
2
80
5
16000
256000000
380
6.5536E+16
97280000000
3
80
5
16000
256000000
360
6.5536E+16
92160000000
4
70
5
14000
196000000
340
3.8416E+16
66640000000
5
70
5
14000
196000000
320
3.8416E+16
62720000000
∑
3.1288E+17
4.484E+11
Grafik Hubungan Q² dan h Pad ada a Ø= 3 mm mm
h
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0
100000000
200000000
300000000
400000000
Q² Grafik 11. Aliran kecepatan tetap untuk D = 3 mm
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (61)
1E06
b. Untuk D = 6 mm Tabel 18. Pengolahan data kecepatan aliran tetap untuk D = 6 mm No 1 2 3 4 5
Volume Water V (ml)
Time
275 260 265 260 258
T (s)
Q (mm³/s)
x = Q²
5 5 5 5 5
55000 52000 53000 52000 51600
3025000000 2704000000 2809000000 2704000000 2662560000
y= h
x²
xy b
400 380 360 340 320
∑
9.15063E+18 7.31162E+18 7.89048E+18 7.31162E+18 7.08923E+18 3.87536E+19
1.210000E+12 1.027520E+12 1.011240E+12 9.193600E+11 8.520192E+11 5.020139E+12
1E-07
Grafik Hubungan Q² dan h Pada Ø= Ø= 6 mm 500 400 300 h
200 100 0 2.6E+09
2.7E+09
2.8E+09
2.9E+09
3E+09
3.1E+09
Q² Grafik 12. Aliran kecepatan tetap untuk D = 6 mm
2. Pengolahan data aliran kecepatan berubah a. Untuk D = 3 mm Tabel 19. Pengolahan data kecepatan aliran berubah untuk D = 3 mm
No 1 2 3 4 5
Diameter Lubang
3
Head 1 h1 (mm) 400 380 360 340 320
Head 2 h2 (mm) 380 360 340 320 300
x = √h1 √h2
y= ∆T
x²
xy b
0.50641131 0.51992273 0.53457705 0.55054509 0.56803574
15.7 15.7 33.06 31 27.23 18.69
∑
0.256452415282889 0.256452415282889 0.270319643722824 0.285772618563944 0.303099901174311 0.322664606813297 1.438309186
7.950657573 17.18864541 16.57188844 14.99134293 10.61658806 67.31912241
46.80435
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (62)
Grafik Hubungan √h1 - √h2 dan ∆T Pad ada a Ø= Ø= 3 mm mm 35 30 25 20
T ∆
15 10 5
0 0.50000000
0.52000000
0.54000000
0.56000000
0.58000000
0.60000000
√h1 - √h2 Grafik 13. Aliran kecepatan berubah untuk D = 3 mm
b. Untuk D = 6 mm Tabel 20. Pengolahan data kecepatan aliran berubah untuk D = 6 mm
No 1 2 3 4 5
Diameter Lubang 6
Head 1 h1 (mm) 400 380 360 340 320
Head 2 h2 (mm) 380 360 340 320 300
x = √h1 √h2
y= ∆T
x²
xy b
0.50641131 0.51992273 0.53457705 0.55054509 0.56803574
3.88 4 4.31 4.18 4.52
∑
0.256452415282889 0.270319643722824 0.285772618563944 0.303099901174311 0.322664606813297 1.438309186
1.964875884 2.079690914 2.30402707 2.301278495 2.567521564 11.21739393
7.799014
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (63)
Grafik Hubungan √h1 - √h2 dan ∆T Pada Ø= 6 mm 4.6 4.5 4.4 4.3 T 4.2 ∆
4.1 4 3.9 3.8 0.50000000
0.52000000
0.54000000
0.56000000
0.58000000
0.60000000
√h1 - √h2 Grafik 14. Aliran kecepatan berubah untuk D = 6 mm
Tabel 21. Pengolahan data kesalahan relative untuk D = 3 mm dan 6 mm No.
Diameter
A
1 2
3 mm 6 mm
7.065 28.26
VII.
CONSTANT HEAD b Cd 1E-06 0.844101 1E-07 0.701902
VARIABEL HEAD b Cd 46.80434713 0.6178 7.799014316 0.9268
Cd Praktikum
0.73 0.81
KR 5.93 % 18.02%
Analisis
Analisis Percobaan
Percobaan Aliran Melalui Lubang yang kedua berjudul “Koefisien Debit Aliran” memiliki tujuan untuk mendapatkan besaran koefisien debit aliran melalui lubang kecil dalam keadaan yang terbagi menjadi dua jenis, yaitu aliran dengan tekanan tetap dan dengan tekanan berubah. Pada constant head , praktikan mengatur ketinggian tertentu pada tabung, lalu air dialirkan melewati lubang berdiameter tertentu ke dalam gelas ukur hingga sekian detik, sambal mempertahankan ketinggain pada tabung tersebut dengan menggunakan katup pengatur aliran dan pipa pelimpah. Praktikan mencatat volume yang didapat pada gelas ukur tersebut. Setelah itu praktikan mengulang percobaan tersebut dengan variasi diameter dan ketinggian.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (64)
Pada percobaan variable head , praktikan mengalirkan air dari ketinggian paling tinggi dan membuka katup sehingga air yang di dalam tabung akan terkuran. Praktikan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk air di dalam tabung tersebur keluar pada selisih selis ih ketinggian tertentu. Setelah itu, percobaan ini diulang dengan variasi diameter lubang untuk mengetahui hubungan antara diameter lubang dengan debit air. Langkah paling awal yang dilakukan praktikan ialah mengatur katup pengatur aliran dan pipa pelimpah hingga tinggi muka air pada angka hampir penuh, yaitu 400 mm. Untuk aliran dengan keadaan tetap, praktikan menghitung debit aliran yang melewati lubang dengan menggunakan gelas ukur untuk menghitung volume selama 10 detik. Lalu dilakukan cara yang sama untuk ketinggian 380mm, 360mm, 340mm, dan 320mm. Untuk aliran dengan keadaan tekanan berubah, praktikan mengisi kembali tangki hingga ketinggian maksimum, yaitu 400 mm. Selanjutnya, praktikan mencatat waktu yang dibutuhkan air untuk habis dari batas garis 400 mm hingga 320 mm dengan interval 20 mm menggunakan stopwatch menggunakan stopwatch.. Lalu, praktikan mengganti lempeng lubang bukaan dengan diameter 6 mm dan mengulangi langkah-langkah sebelumnya. Data yang didapatkan dari percobaan ini berupa debit air dan waktu yang ditempuh air untuk setiap batas garis.
Analisa Hasil
Pada koefisien debit aliran air, praktikan mendapat dua jenis data, yaitu koefisien debit aliran air tetap, dan juga koefisien debit aliran air berubah. Pada koefisien debit aliran air tetap, praktikan terlebih dahulu mencari nilai debit yang telat dikuadratkan untuk dijadikan titik x pada grafik. Sumbu y yang digunakan ialah nilai ketinggian air pada tangki. Nilai x dan y yang telah diperoleh kemudia praktikan gunakan untuk mendapatkan nilai b. Dikarenakan pada koefisien debit aliran terdapat 2 diameter yang berbeda, yaitu sebesar 3 mm dan 6 mm maka akan diperoleh 2 niali b yang berbeda pula. Setelah itu, praktikan mencari nilai Cd atau
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (65)
koefisien debit empiris dengan cara nilai 1 dibagi dengan luas penampang lalu dikali akar dari perkalian dua dengan nilai b dan gravitasi. Pada koefisien debit aliran air berubah, praktikan mencari akar ketinggian air awal yang kemudian dikurangi oleh akar ketinggian air akhir untuk dijadikan nilai titik x. Setelah mendapatkan nilai x, praktikan menentukan nilai y dengan menggunakan beda waktu ( ΔT). Untuk mengetahui nilai b pada saat diameter sebesar 3 mm dan 6 mm, praktikan menggunakan nilai x dan y dengan rumus regresi linear. Langkah selanjutnya, praktikan mencari nilai Cd dengan cara nilai 2 dikali AT kemudian dibagi dengan luas penampang dikali nilai b masing-masing lalu dikali akar dua dikali percepatan gravitasi. Nilai Cd yang didapatkan praktikan kemudian diakumulasikan untuk dicari rata-ratanya. Setelah itu, it u, dicari kesalahan relative dengan mengurangi nilai Cd teori dengan Cd ratarata yang mana Cd teori sebesar 0,69. Hasil nilai Cd untuk diameter 3 mm ialah 0,73 dengan kesalahan relative diperoleh 5,93% sementara nilai Cd untuk diameter 6 mm ialah 0,81 dengan kesalahan relative diperoleh 18,02%. Sehingga semakin besar diameter lubangnya lubangnya maka koefisien debit yang didapat juga semakin besar.
Analisa Grafik
Praktikan akan mendapatkan persamaan garis dengan mengolah data yang didapatkan dari praktikum. Persamaan garis tersebut kemudian digambarkan kedalam grafik, untuk selnajutnya dianalisis hubungannya dengan ketercapaian tujuan dari percobaan. Grafik yang terbentuk terdapat beberapa garis yang tidak konstan naik-turun.
Analisa Kesalahan
Dalam melakukan percobaan kedua Aliran Melalui Lubang untuk mencari koefisien debit aliran, terdapat beberapa b eberapa kesalahan yang dilakukan oleh praktikan. Kesalahan yang terjadi saat praktikum dapat mempengaruhi
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (66)
data serta hasil percobaan. Kesalahan Kesala han yang dapat terjadi pada praktikum ini adalah: 1) Pembacaan skala pada alat peraga oleh praktikan tidak tepat sehingga menyebabkan nilai kesalahan relative yang besar. 2) Penggunaan stopwatch pada smartphone smartphone sebagai perhitungan waktu ketika mengambil volume air yang keluar kurang akurat karena diperlukan kecekatan tangan untuk menghentikannya bersamaan. 3) Dalam
pengolahan
data,
praktikan
membulatkan
perhitungan pada data percobaan sehingga menyebabkan pengolahan data kurang akurat.
VIII. Aplikasi
Persamaan debit sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang paling sederhananya ialah ketika menggunakan kerana tau selang, jika luas permukaan selang tersebut dikecilkan, maka kecepatan airnya akan lebih besar, mengikuti persamaan kontinuitas. Besaran debit juga dapat digunakan untuk menghitung banyaknya volume air pada sungai yang melewati bendungan dalam sekian waktu tertentu sehingga dapat diketahui bila air sungai tersebut akan meluap dengan menghitung luas permukaan lintasan sungai dan kecepatan alirannya.
IX.
Kesimpulan
Dari percobaan H 06 yang berjudul aliran melalui lubang untuk mencari koefisien debit aliran ini dapat ditarik kesimpulan bahwa:
Debit berbanding lurus dengan ketinggian air. Semakin besar ketinggian air, semakin besar pula debitnya.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (67)
Semakin besar luas penampang atau diameter bukaan air, semakin besar pula debit air yang keluar dari tangki.
X.
Referensi
Laboratorium Hidrolika, Hidrologi dan Sungai Departemen Teknik Sipil UI, Pedoman UI, Pedoman Praktikum Mekanika Fluida Fluida dan Hidrolika. Hidrolika.
DeVries,M. 1977, scale models in Hydraulics Engineering . Delf: International Institute For Hydraulic and Enviromental Engineering.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (68)
XI.
Dokumentasi
Gambar 1. Alat Percobaan Aliran Melalui Lubang
Sumber : Dokumentasi Penulis (2019)
Gambar 2. Praktikan Menaikkan Jarum agar Tidak Mengenai Air
Sumber : Dokumentasi Penulis (2019)
Gambar 3. Tabung ukur yang Digunakan untuk Menampung dan Mengukur Air yang Keluar
Sumber : Dokumentasi Penulis (2019)
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (69)
LABORATORIUM HIDROLIKA , HIDROLOGI DAN SUNGAI SUNGAI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FTUI LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM HIDROLIKA
KELOMPOK
: XI ( SEBELAS )
MODUL PRAKTIKUM ASISTEN PRAKTIKUM
: H-06 ALIRAN MELALUI LUBANG : DARMAYUDHA PRAWIRA
NO
1.
MASALAH
PARAF ASISTEN
23 SEPTEMBER 2019, Asistensi perhitungan dengan Ms. Excel
2.
27 SEPTEMBER 2019, Asistensi laporan dengan Ms. Word
3.
15 OKTOBER 2019 Asistensi laporan dengan Ms. Word
4.
15 OKTOBER 2019 ACC laporan
ASISTEN MODUL
( DARMAYUDHA PRAWIRA )
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (70)
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
KELOMPOK XI 1. Aldo Anugrah Saputra
1211700061
2. Fajarudin Assalam
1211700062
3. Feryan Firdaus Haris
1211700064
4. Muhroz Al Afat 5. Risky Chaniago Putra
1211700066 121805001
PJ Modul
: Fajarudin Assalam
Asisten Modul
: Nisrina Hanan
Tanggal Praktikum
: 21 September 2019
Tanggal Disetujui
: 16 Oktober 2019
Nilai Laporan
:
Paraf Asisten
:
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (71)
H.07. KEHILANGAN TEKANAN (ENERGI) PADA ALIRAN DALAM PIPA MELALUI LENGKUNGAN, PERUBAHAN PENAMPANG DAN KATUP
7.1 TUJUAN
Menentukan koefisien kehilangan energi dan lengkungan, perubahann penampang dan katup pada pada pipa.
7.2 TEORI
Umtuk menyatakan kehilangan tekanan (energi)
∆ℎ,
sehubungan dengan head sehubungan
kecepatan yang hilang pada bentuk lengkungan, perubahan penampang dan katup dalamjaringan pipa pada percobaan ini, dinyatakan :
∆ℎ= .
7.3
Dimana :
= koefisien kehilangan energy
= kecepatan aliran yang tinggi = percepatan gravitasi
7.4 ALAT DAN BAHAN
a. Alat 1. Meja hidrolika 2. Perangkat peraga kehilangan energi
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (72)
Gambar 1. Perangkat Peraga Kehilangan Energi Pada Aliran Pipa Keterangan gambar : 1. Lengkungan berjenjang (mitre) (mitre) 2. Pembesaran penampang (enlargement) (enlargement) 3. Pengecilan penampang (contraction) (contraction)
4. Lengkung panjang (large bend) bend) 5. Lengkung pendek (small bend) bend)
°
6. Lengkung 45 7. Lengkung siku (elbow) (elbow)
b. Bahan 1. Pipa aliran masuk
10. Lengkung pendek ( small bend ) )
2. Delapan manometer
11. Lengkung 45
3. Pompa tangan
12. Katup pengatur aliran
4. Lengkung berjenjang ( mitre mitre )
13. Lengkung siku ( elbow ) )
5. Pembesaran penampang ( expansion expansion ) )
⁰
6. Lubang keluar / masuk udara 7. Pengecilan penampang ( contraction contraction ) ) 8. Lengkung panjang ( large bend ) ) 9. Dial reading
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (73)
7.5 CARA KERJA
Meletakkan alat percobaan di atas meja hidrolika
Menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai dari meja hidrolika dan masukkan pipa aliran keluar kedalam tangki pengukur volume
Membuka katup pengukur aliran suplai sepenuhnya, semikian juga katup pengatur aliran pada alat percobaan
Membuka katup udara pada manometer, biarkan manometer terisi penuh, dan tunggu hingga gelembung udara sudah tidak terlihat lagi pada manometer
Mengatur katup suplai aliran dan pengatur aliran pada alat percobaan, hingga didapatkan pembacaan manometer yang jelas. Jika diperlukan, tambahkan tekanan pada manometer dengan menggunakan pompa tangan
Mencatat pembacaan pada manometer, pembacaan debit pada alat ukur penampang berubah kemudian hitung debit aliran dengan menghitung jumlah volume yang keluar dari alat percobaan dalam waktu tertentu, menggunakan gelas ukur dan stopwatch
Lalu, penuhkan lagi hingga tumpah air tabung manometer, untuk mengatur debit aliran pakailah katup penghubung, sementara katup pengatur aliran dibuka penuh
Mengatur katup penyambung, sehingga pembacaan pada dial pengukur debit menunjukkan pada angka – angka yang jelas ( mintalah petunjuk asisten ), untuk kemudian catatlah pembacaan tersebut
Mengulangi langkah 1 – 8 8 untuk setiap variasi debit
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (74)
7.6 DATA PERCOBAAN
Tabel 1. Data Hasil Praktikum
Tabel 2. Data Hasil Praktikum Hubungan Antara Kehilangan Tekanan
7.7 PENGOLAHAN DATA a. Lengkungan Mitre Hubungan head loss dan kecepatan aliran (x =
Nilai kehilangan tekanan (energi) persamaan kehilangan tekanan
ℎ ℎ
∆ =
∆ℎ
)
dapat ditentukan melalui
/2 ̅^2
= ∆
= /2
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (75)
= ̅^2 Pada persamaan di atas, nilai kehilangan tekanan ( Δh) sebanding
dengan y, nilai kecepatan kuadrat (v2) sebanding dengan x, dan sebanding dengan b. Sehingga nilai koefisien kehilangan energi yang diperoleh dalam percobaan dapat dihitung dengan rumus: dimana konstanta b didapatkan dengan menggunakan analisis regresi linear berikut ini: Tabel 3. Hubungan Headloss Dengan Kecepata Aliran
Tabel 4. Koefisien Kehilangan Energi (V2)
Kteori = 1.27 Kr
=|
−
| x 100%
= 10.03 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (76)
Mencarii Koefisien Korelasi (V2) Mencar
Tabel 5. Koefisien Korelasi Lengkung Mitre (x = v 2)
r² = 0.89981 r = 0.94858
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
0.05
) m0.04 ( h Δ0.03 s s o L0.02 d a 0.01 e H
y = 0.059 0.0593x 3x - 0.000 0.0005 5 R² = 0.9341
MITRE Linear (MITRE) Linear (MITRE)
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 1. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan aliran Tabel 6. Koefisien Kehilangan Energi (V)
Kteori = 1.27 Kr
=|
−
| x 100%
= 10.03 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (77)
Mencarii Koefisien Korelasi (V) Mencar
Table 7. Koefisien Korelasi Lengkung Mitre (x = v)
r² = 0.89981 r = 0.94858
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran 0.05 y = 0.059 0.0595x 5x - 0.012 0.0122 2 R² = 0.8979
) m0.04 ( h Δ0.03
s s o L0.02 d a e H0.01
Mitre Linear (Mitre) Linear (Mitre)
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kecepatan Aliran V (m²/s²)
Gambar 2. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (78)
b. Lengkung Hubungan headloss dan kecepatan aliran (x = v 2)
Table 8. Hubungan Headloss Dengan Kecepatan Aliran
Tabel 9. Koefisien Kehilangan Energi (V2)
Kteori
= 0.27
Kr
=|
−
| x 100%
= 2.049 %
Mencari Koefisien Korelasi (V2)
Tabel 10. Koefisien Korelasi Lengkung Enlargment (x = v2)
r² = 1.05233 r = 1.02583
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (79)
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran 0.01 y = 0.0129x + 0.0006 R² = 0.881
) m0.008 ( h Δ0.006
s o L0.004 d a e 0.002 H
Enlargement
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 3. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
Tabel 11. Koefisien Kehilangan Energi (V)
Kteori
= 0.27
Kr
=|
−
| x 100%
= 2.049 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (80)
Mencari Koefisien Korelasi (V)
Tabel 12. Koefisien Korelasi Lengkung Enlargment (x = v)
r² = 1.05233 r = 1.02583
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran 0.01 y = 0.01 0.013x 3x - 0.002 R² = 0.8599
) 0.008 m ( h Δ0.006
s s o L0.004 d a e H0.002
Enlargement Linear (Enlargement)
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kecepatan Aliran V (m²/s²)
Gambar 4. Grafik Hubungan Antara head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (81)
c. Lengkung Contraction Contraction Hubungan headloss dan kecepatan kecepatan aliran (x = v2)
Table 13. Hubungan Headloss Dengan Kecepatan Aliran
Tabel 14. Koefisien Kehilangan Energi (V2)
Kteori
= 0.89
Kr
=|
−
| x 100%
= 9.265 %
Mencarii Koefisien Korelasi (V2) Mencar
Tabel 15. Koefisien Korelasi Lengkung Contraction (x = v2)
r² = 1.07810228 r = 1.038317042
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (82)
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran 0.025 ) m 0.02 ( h
y = 0.0393x + 0.0009 R² = 0.9814
Δ0.015
s o L 0.01 d a e 0.005 H
Contraction
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 5. Grafik hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran Tabel 16. Koefisien Kehilangan Energi (V)
Kteori
= 0.89
Kr
=|
−
| x 100%
= 9.265 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (83)
Mencarii Koefisien Korelasi (V) Mencar
Tabel 17. Koefisien Korelasi Lengkung Contraction (x = v)
r² = 1.07810228 r = 1.038317042
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran 0.025
y = 0.039 0.0398x 8x - 0.007 R² = 0.9624
) 0.02 m ( h
Δ0.015
s s o L 0.01 d a e H0.005
Contraction Linear (Contraction)
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kecepatan Aliran V (m²/s²)
Gambar 6. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (84)
d. Lengkung Long Bend Hubungan headloss dan kecepatan kecepatan aliran (x = v2)
Table 18. Hubungan Headloss Dengan Kecepatan Aliran
Tabel 19. Koefisien Kehilangan Energi (V2)
Kteori
= 0.50
Kr
=|
−
| x 100%
= 12.69 %
Mencarii Koefisien Korelasi (V2) Mencar
Table 20. Koefisien Korelasi Lengkung Long Bend (x = v2)
r² = 1.072495 r = 1.035613
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (85)
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran 0.025 ) ( m 0.02 h
y = 0.0209x + 0.0007 R² = 0.9431
Δ0.015
s s o L 0.01 d a e 0.005 H
Long Bend
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 7. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh Dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
Tabel 21. Koefisien Kehilangan Energi (V)
Kteori
= 0.50
Kr
=|
−
| x 100%
= 12.69 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (86)
Mencarii Koefisien Korelasi (V) Mencar
Table 22. Koefisien Korelasi Lengkung Long Bend (x = v)
r² = 1.072495 r = 1.035613
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran 0.025 ) 0.02 m ( h
y = 0.021 0.0219x 9x - 0.003 0.0039 9 R² = 0.9916
Δ0.015
s s o L 0.01 d a e H0.005
Long Bend Linear (Long Bend)
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kecepatan Aliran V (m²/s²)
Gambar 8. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh Dengan Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (87)
e. Lengkung Short Bend Hubungan headloss dan kecepatan kecepatan aliran (x = v2)
Table 23. Hubungan Headloss Dengan Kecepatan Aliran
Tabel 24. Koefisien Kehilangan Energi (V2)
Kteori
= 0.56
Kr
=|
−
| x 100%
= 13.47 %
Mencarii Koefisien Korelasi (V2) Mencar
Table 25. Koefisien Korelasi Lengkung Short Bend (x = v2)
r² = 1.309749 r = 1.144443
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (88)
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran 0.02
y = 0.0143x + 0.0051 R² = 0.3981
) m ( 0.015 h Δ
s s 0.01 o L d a 0.005 e H
Short Bend
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 9. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh Dengan Kuadrat Kecepatan Aliran Tabel 26. Koefisien Kehilangan Energi (V)
Kteori
= 0.56
Kr
=|
−
| x 100%
= 13.47 %
Mencari Koefisien Korelasi (V) Mencari Table 27. Koefisien Korelasi Lengkung Short Bend (x = v)
r² = 1.309749 r = 1.144443
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (89)
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran 0.02 y = 0.0114x + 0.0038 R² = 0.2418
) m0.015 ( h Δ
s s 0.01 o L d a e 0.005 H
Short Bend Linear (Short Bend)
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kecepatan Aliran V (m²/s²)
Gambar 10. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh Dengan Kecepatan Aliran
°
f. Lengkung 45 Hubungan headloss dan kecepatan kecepatan aliran (x = v2)
Table 28. Hubungan Headloss Dengan Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (90)
Tabel 29. Koefisien Kehilangan Energi (V2)
Kteori
= 1.22
Kr
=|
−
| x 100%
= 13.18 %
Mencarii Koefisien Korelasi (V2) Mencar
Table 30. Koefisien Korelasi Lengkung 45 (x = v2)
° r² = 1.10481 r = 1.051099
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
0.04
) m ( 0.03 h
y = 0.0511x + 0.0014 R² = 0.9869
Δ
s s 0.02 o L d0.01 a e H
45° Linear (45°) Linear (45°)
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 11. Grafik Hubungan Head Loss
Δh Dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (91)
Tabel 31. Koefisien Kehilangan Energi (V)
Kteori
= 1.22
Kr
=|
−
| x 100%
= 13.18 %
Mencarii Koefisien Korelasi (V) Mencar
Table 32. Koefisien Korelasi Lengkung 45 (x = v)
° r² = 1.10481 r = 1.051099
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran
0.04 ) m ( h0.03
0.0524x - 0.009 y = 0.0524x 0.0092 2 R² = 0.9927
Δ
s s 0.02 o L d0.01 a e H 0
45° Linear (45°) Linear (45°) 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kecepatan Aliran V (m²/s²)
Gambar 12. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh Dengan Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (92)
g. Lengkung Elbow Hubungan headloss dan kecepatan kecepatan aliran (x = v2)
Table 33. Hubungan Headloss Dengan Kecepatan Aliran
Tabel 34. Koefisien Kehilangan Energi (V2)
Kteori
= 0.85
Kr
=|
−
| x 100%
= 11.5 %
Mencarii Koefisien Korelasi (V2) Mencar
Table 35. Koefisien Korelasi Lengkung Elbow (x = v2)
r² = 1.021984 r = 1.010932
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (93)
0.03
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
) m0.025 ( h 0.02
y = 0.0371x + 0.0006 R² = 0.9576
Δ
s s o0.015 L d 0.01 a e 0.005 H
Elbow
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 13. Grafik Hubungan Antara Head Loss Δh Dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
Tabel 36. Koefisien Kehilangan Energi (V)
Kteori
= 0.85
Kr
=|
−
| x 100%
= 11.5 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (94)
Mencarii Koefisien Korelasi (V) Mencar
Table 37. Koefisien Korelasi Lengkung Elbow (x = v)
r² = 1.021984 r = 1.010932
Hubungan Antara Head Loss Δh dengan Kecepatan Aliran 0.03
0.0364xx - 0.006 0.0063 3 y = 0.0364 R² = 0.8818
) 0.025 m ( h 0.02 Δ
s s 0.015 o L d 0.01 a e H0.005
Elbow Linear (Elbow) Linear (Elbow)
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kecepatan Aliran V (m²/s²)
Gambar 14. Grafik Hubungan Head Loss Δh Dengan Kecepatan Aliran
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (95)
h. Pressure
Tabel 38. Hubungan antara tekanan (P) dengan kecepatan (V)
Tabel 39. Koefisien kehilangan energy (X = V2)
Kteori
= - 498.30
Kr
=|
−
r² = 0.9850201 r = 0.9924818
| x 100%
= 1974.36 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (96)
Hubungan Antara Tekanan Tekanan dengan Kuadrat Kecepatan Aliran 300000 250000
) m ( 200000
y = 5E+06x + 15960 R² = 0.876
P n150000 a n a k100000 e T
Pressure
50000 0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 15. Grafik Hubungan Antara Tekanan Dengan Kuadrat Kecepatan Aliran
Tabel 40. Koefisien kehilangan energy (X = V)
Kteori
= - 498.30
Kr
=|
−
r² = 0.9850201 r = 0.9924818
| x 100%
= 417.81 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (97)
Hubungan Antara Tekanan Tekanan dengan Kecepatan Aliran 300000 250000
) m ( 200000 P n 150000 a n a 100000 k e T
2E+06xx - 1227 122790 90 y = 2E+06 R² = 0.8727
pressure
50000 0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Kuadrat Kecepatan Aliran V² (m²/s²)
Gambar 16. Grafik Hubungan Antara Tekanan Dengan Kecepatan Aliran
7.8 ANALISIS Analisis Percobaan
Pada praktikum modul Kehilangan Tekanan ini bertujuan untuk menentukan koefisien kehilangan energi dari lengkungan, perubahan penampang dan katup pada pipa. Ada beberapa langkah dalam melakukan praktikum ini, langkah pertama yang harus dilakukan ialah menyiapkan alat peraga kehilangan energi pada pipa yang dilengkapi pipa yang berpenampang berbeda. berbeda. Alat praktikum ini terdiri dari tujuh perubahan penampang, yaitu lengkungan berjenjang ( mitre ), pembesaran pembesaran penampang ( enlargement ), ), mitre ), enlargement
°
pengecilan penampang ( contraction ), lengkung panjang (long bend ), ), contraction ), lengkung pendek sh ( or t bend ), lengkung 45 , dan lengkung siku sho (elbow ). Semua ). Semua lengkung ini memiliki sudut dan panjang yang berbeda yang akan mempegaruhi energi air yang melaju ketika melalui lengkungan tersebut. Semua lengkung
telah dilengkapi dengan manometer untuk
mengukur tinggi tekanan. Manometer yang pertama dilakukan untuk mengukur lengkung berjenjang (mitre) (mitre) diantara manometer 1 dan 2,
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (98)
dalam pengukuran manometer disebut dengan h1 dan h2. Manometer kedua
dilakukan
untuk
mengukur
pembesaran
penampang
(enlargment ) diantara manometer h2 dan manometer h3. Manometer ketiga dilakukan untuk mengukur pengecilan penampang (contraction (contraction))
diantara manometer h3 dan manometer h4. Manometer keempat dilakukan untuk mengukur lengkung panjang (long bend ) diantara manometer h4 dan manometer h5. Manometer kelima dilakukan untuk mengukur lengkung pendek ( short bend) bend) diantara manometer h5 dan
°
manometer h6. Manometer keenam dilakukan untuk megukur lengkung 45 diantara manometer h6 dan manometer manometer h7. Manometer ketujuh dilakukan untuk mengukur lengkung siku (elbow (elbow)) diantara manometer h7 dan manometer h8. Semua percobaan itu dilakukan dengan menggunakan 5 variasi flowrate untuk mengukur tinggi tekanan pada setiap penampang, kemudian melakukan pengukuran debit air. Lima variasi flowrate dilakukan untuk mendapatkan variasi pengolahan data yang mendekati hasil yang cukup akurat. Lima variasi flowrate tersebut adalah 5 LPM, 7.5 LPM, 10 LPM, 12.5 LPM, dan 15 LPM. Proses pembuangan udara
dari manometer dengan cara membuka katup udara pada manometer, biarkan manometer terisi penuh, dan tunggu hingga gelembung udara sehingga tidak terlihat lagi pada manometer. Untuk proses pembacaan manometer, dengan cara atur katup suplai aliran dan pengatur aliran pada alat percobaan, sehingga didapatkan pembacaan manometer yang jelas. Jika diperlukan, tambahkan tekanan pada manometer dengan menggunakan pompa tangan. Setelah didapatkan hasil pembacaan manometer, hal yang dilakukan selanjutnya yaitu menghitung jumlah volume yang keluar dari alat percobaan dengan menggunakan stop wacth selama kurang lebih 3 detik, setelah kurang lebih 3 detik baca volume air yang terdapat di gelas ukur. Kemudian percobaan dilanjutkan dengan mencari hubungan antara tekanan dengan kecepatan aliran. Hal yang harus dilakukan adalah
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (99)
dengan menutup katup aliran air sehingga air tidak dapat keluar. Hitung volume air yang keluar selama sekitar 3 detik. Ulangi hal yang sama untuk tekanan 10 kg/cm2 , 14 kg/cm2 , 18 kg/cm2 , 20 kg/cm2, dan 24 kg/cm2.
Analisis Hasil
Berdasarkan dari hasil percobaan yang dilakukan oleh kelompk 11, maka diperoleh data berupa tekanan dari masing masing penampang serta debit aliran air. Dari percobaan tersebut, praktikan melihat bahwa semakin tinggi flowrate-nya maka akan mempengaruhi kecepatan air. Kecepatan air akan berpengaruh pada ketinggian tekanan, yaitu semakin tinggi kecepatan air maka tekanan yang diberikan pada masing-masing pipa akan semakin besar.hal ini berpengaruh pada nilai koefisien kehilangan energinya, karena semakin besar nilai tekanannya maka semakin besar nilai kehilangan energinya. Data yang telah didapat tersebut kemudian diolah dalam tiga jenis pengolahan data yaitu hubungan headloss dengan kuadratik kecepatan kecepata n aliran dengan hubungan headloss dengan kecepatan aliran, hubungan antara kehilangan tekanan dengan kecepatan aliran dengan hubungan antara kehilangan tekanan dengan kuadratik kecepatan aliran, dan membuat grafik.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (100)
Berikut adalah tabel nilai K dari setiap lengkungan : Tabel 41. Tabel nilai K percobaan (V2) , K literature, dan Kr Lengkungan
K Percobaan (V2)
K literatur
Kr
Mitre
1.14266
1.27
10.03 %
Enlargment
0.27553
0.27
2.05 %
Contraction
0.80754
0.89
9.27 %
Long Bend
0.43656
0.5
12.69 %
Short Bend
0.48458
0.56
13.47 %
45
1.05926
1.22
13.18 %
Elbow
0.75213
0.85
11.51 %
°
°
Dari table diatas kita tahu bahwa nilai k hanya pada lengkung mitre dan 45 saja yang mempunyai nilai K percobaan lebih dari 1, sedangkan yang lainya memiliki nilai k dibawah dari 1.
Analisis Grafik
Pada analisis grafik ini praktikan akan menjelaskan mengenai hasil grafik yang telah diperoleh dari hasil praktikum H07 ini. Penjelasan pada grafik koefisien korelasi hubungan antara kuadrat kecepatan (V 2)
∆
dengan selisih tinggi kehilangan energy ( h) di setiap lengkung mendapatkan hasil yang berbeda-beda. Maka dari itu, Apabila koefisien korelasinya mendekati 1, maka kehilangan tekanan dengan kuadrat kecepatan aliran dan kecepatan aliran mempunyai kedekatan hubungan. Apabila koefisien korelasinya mendekati 0, maka kehilangan tekanan dengan kuadrat kecepatan aliran dan kecepatan aliran tidak mempunyai kedekatan hubungan
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (101)
Pada grafik lengkung mitre diketahui bahwa persamaan regresi linier kedua besaran adalah y = 0.0593x dan y = 0.0595x. y adalah headloss pada lengkungan mitre dan x adalah kecepatan yang dialirkan. Pada grafik lengkungan mitre (x=v 2) terdapat adanya penurunan lalu naik stabil sejajar. Sedangkan pada grafik lengkung mitre (x=v) mengalami penurunan namun naik lagi stabil. Pada grafik lengkung enlargment diketahui bahwa persamaan regresi linier kedua besaran besar an adalah y = 0.0129x dan y = 0.013x. y adalah headloss pada lengkungan enlargment dan x adalah kecepatan yang dialirkan. Pada grafik lengkungan enlargment (x=v2) terdapat adanya penurunan lalu naik stabil sejajar. Sedangkan pada grafik lengkung mitre (x=v) mengalami penurunan namun naik lagi stabil. Pada grafik lengkung contracion contracion diketahui diketahui bahwa persamaan regresi linier kedua besaran adalah y = 0.0393x dan y = 0.0398x. y adalah headloss pada lengkungan contraction contraction dan x adalah kecepatan yang dialirkan. Pada grafik lengkungan contraction contraction (x=v2) (x=v2) terdapat adanya penurunan lalu naik stabil sejajar. Sedangkan pada grafik lengkung mitre (x=v) mengalami penurunan namun naik lagi stabil. Pada grafik lengkung long be diketahui bahwa persamaan regresi bend nd diketahui linier kedua besaran adalah y = 0.0209x dan y = 0.0219x. y adalah headloss pada lengkungan long bend dan x adalah kecepatan yang dialirkan. Pada grafik lengkungan long bend (x=v2) terdapat adanya penurunan lalu naik stabil sejajar. Sedangkan pada grafik lengkung mitre (x=v) mengalami penurunan namun naik lagi stabil. Pada grafik lengkung sh sho ort bend diketahui bahwa persamaan regresi linier kedua besaran adalah y = 0.0143x dan y = 0.0114x. y adalah headloss pada lengkungan short bend dan x adalah kecepatan yang dialirkan. Pada grafik lengkungan short bend (x=v2) terdapat adanya penurunan lalu naik stabil sejajar. Sedangkan pada grafik lengkung mitre (x=v) mengalami penurunan namun naik lagi stabil.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (102)
°
Pada grafik lengkung 45 diketahui diketahui bahwa persamaan regresi linier
°
kedua besaran adalah y = 0.0511x dan y =0.0524x. =0.0524x. y adalah headloss pada lengkungan 45 dan dan x adalah kecepatan yang dialirkan. Pada grafik lengkungan 45 (x=v2) terdapat adanya penurunan lalu naik stabil sejajar. Sedangkan pada grafik lengkung mitre (x=v) mengalami
°
penurunan namun naik lagi stabil. Pada grafik lengkung elbow diketahui bahwa persamaan regresi linier kedua besaran adalah y = 0.0371x dan y = 0.0364x. y adalah headloss pada lengkungan elbow elbow dan dan x adalah kecepatan yang dialirkan. Pada grafik lengkungan elbow elbow (x=v2) terdapat adanya penurunan lalu naik stabil sejajar. Sedangkan pada grafik lengkung mitre (x=v) mengalami penurunan namun naik lagi stabil. Pada grafik Hubungan P dengan V2 merupakan hubungan antara tekanan terhadap kecepatan. Dari grafik diketahui bahwa persamaan regresi linier kedua besaran adalah y= 467128x; y adalah nilai dari tekanan, sementara x merupakan kecepatan aliran. Pada Grafik Hubungan P dengan V ini, diketahui bahwa persamaan regresi linier kedua besaran adalah y= 204783x y adalah nilai dari tekanan dan x adalah kecepatan aliran yang terjadi. Dari grafik dapat kita lihat bahwa jumlah kecepatan aliran yang dialirkan berbanding lurus dengan nilai tekanan yang terjadi. Dari hasil semua grafik diatas, menghasilkan hasil yang berbeda – beda ada yang yang mengalami penurunan lalu naik stabil sejajar dan sebagai nya. Itu semua terjadi akibat adanya adan ya perbedaan koefisien dan perubahan penampang dari tiap-tiap lengkung.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (103)
Analisis Kesalahan
Pada percobaan praktikum yang dilakukan oleh kelompok 11 tentang kehilangan tekanan (energy) pada aliran dalam pipa melalui lengkungan, perubahan penampang dan katup, masih banyaknya kesalahan yang terjadi dalam pengambilan data, kesalahan dapat terjadi dari kesalahan praktikan atau kesalahan alat. Beberapa contoh dalam kesalahannya adalah :
Permukaan alat percobaan tidak datar sehingga saat pembacaan manometer tidak terlalu akurat.
praktikan
yang sering bercanda saat praktikum.
kekurang akuratan praktikan dalam pembacaan manometer.
masih adanya gelembung air dalam manometer.
nilai tekanan yang terbaca pada alat peraga tidak akurat sehingga hitungan tekanan mempunyai kesalahan relatif yang tinggi.
ketidak akuratan dalam perhitungan volume air dalam gelas ukur.
ketidak akuratan dalam perhitungan detik saat pengisian air kedalam gelas ukur.
tidak ratanya permukaan saat menaruh gelas ukur saat penghitungan volume volume air.
adanya air yang tumpah saat penghitungan volume air.
factor alat pompa yang tidak stabil sehingga dalam pembacaan pada manometer tidak stabil dan tidak akurat.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (104)
7.9 KESIMPULAN
Menurut data yang didapatkan kelompok 11 dari hasil praktikum kehilangan tekanan (energy) pada aliran dalam pipa melalui lengkung, perubahan penampang dan katup dapat disimpulkan :
Tiap – tiap tiap pipa menghasilkan nilai koefisien kehilangan energy yang berbeda – beda. beda.
Dari pengolahan data di atas terdapat kesalahan relatif diatas 10 % dimana tidak dapat menjadi acuan dikarenakan kesalahan relatif yang baik yaitu di bawah 10 %.
Jenis Lengkungan
K Percobaan
K Teori
Mitre
1.14266
1.27
10.03
Enlargement
0.27553
0.27
2.049
Contraction
0.80754
0.89
9.265
Long Bend
0.43656
0.50
12.69
Short Bend
0.48458
0.56
13.47
45
1.05926
1.22
13.18
°
0.75213
0.85
11.5
K Relatif
Pipa
Elbow
%
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (105)
7.10
APLIKASI
Dalam alat ukur PDAM untuk mengetahui debit minimum dan maksimum, dapat ditentukan jumlah pasokan air bersih yang dibutuhkan konsumen untuk memenuhi kebutuhan hidup mereka serta untuk pengukuran headloss yang digunakan dalam system pengolahan air minum, pada turbin reaksi, turbo pump dan turbo
blower . 7.11
DAFTAR PUSTAKA
Laboratorium Hidrolika, Hidrologi dan Sungai Departemen Teknik
Sipil UI. “Pedoman Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika”.
Finnemore, E.john and Jhoseph B. Franzini. 2002, Fluid 2002, Fluid Mechanic With
Engineering
Companies.
Aplications. California Aplications.
:
The
McGraw
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (106)
7.12
DOKUMENTASI
Gambar 17. Seperangkat Alat Peraga Kehilangan Energy
Gambar 18. Membaca Manometer Dan Menghitung Volume Air
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (107)
LABORATORIUM HIDROLIKA HIDROLOGI & SUNGAI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FTUI LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM HIDROLIKA
KELOMPOK
: 11 (SEBELAS)
MODUL PRAKTIKUM
: H.07. KEHILANGAN TEKANAN ENERGI PADA ALIRAN DALAM PIPA MELALUI LENGKUNGAN, PERUBAHAN PENAMPANG DAN KATUP
ASISTEN PRAKTIKUM
: NISRINA HANAN
NO
1.
MASALAH
PARAF ASISTEN
5 OKTOBER 2019, Asistensi perhitungan excell.
2.
12 OKTOBER 2019. Asistensi Laporan.
3.
13 OKTOBER 2019, Revisi laporan ms.word.
4.
16 OKTOBER 2019, Revisi laporan ms.word. Acc
ASISTEN MODUL
( NISRINA HANAN )
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (108)
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
KELOMPOK XI 1. Aldo Anugrah Saputra
1211700061
2. Fajarudin Assalam
1211700062
3. Feryan Firdaus Haris
1211700064
4. Muhroz Al Afat
1211700066
5. Risky Chaniago Putra
121805001
PJ Modul
: Fajarudin Assalam
Asisten Modul
: Firda Aulia Sartika
Tanggal Praktikum
: 21 September 2019
Tanggal Disetujui
: 17 Oktober 2019
Nilai Laporan
:
Paraf Asisten
:
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (109)
H.08 GESEKAN DALAM PIPA 8.1. TUJUAN
Menyelidiki perubahan tekanan akibat adanya gesekan dalam pipa bundar dengan kecepatan aliran rata-rata.
Menunjukkan adanya aliran laminer dan turbulen.
8.2. TEORI
Kehilangan tekanan aliran di dalam pipa timbul akibat adanya gesekan di dalam pipa. Makin tinggi kecepatan aliran, kehilangan tekanan makin besar h1
2g v P γ = h
v2g P γ = h
Gambar H-08.1.
Pada gambar H. 08.1 tampak kehlangan energi (h f ) sama dengan kehilangan
tekanan (h2-h1), karena kecepatan sepanjang pipa konstan.
Menurut Poiseuille Menurut Poiseuille untuk untuk aliran laminar : hf = dimana :
....
hf
= h1-h2
v
= kecepatan aliran rata-rata
k
= dynamic viscosity viscosity
L
= panjang pipa
p
= massa jenis cairan
D v
= diameter pipa = kinematic viscosity
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (110)
g
= percepatan gravitasi bumi
Darcy dan Weisback memberikan hubungan antara kehilangan tekanan dan Darcy kecepatan aliran turbulen sebagai berikut : hf = =
f . L.v 2 2. g . D
2
f = faktor gesekan Bila persamaan Poiseuille persamaan Poiseuille dan dan Darcy-Weisback Darcy-Weisback disatukan disatukan maka : 32 .v.v. L
g . D f=
2
=
16 .v D.v
=
4. f . L.v
2
2. g . D 16 Re
=
D. D.v Re v
Re = Bilangan Reynold
Kehilangan tinggi tekan pada aliran melalui pipa ini, akan mengamati dan menghitung kehilangan tinggi tekan aliran fluida yang melalui suatu jaringan pipa. Beberapa kehilangan tinggi tekan (head losses) dalam losses) dalam system pipa antara lain: 1. Kehilangan Tinggi Tekan Utama (Major Loss) Loss) Disebut pula sebagai kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (fiksi) 2. Kehilangan Tinggi Tekan Minor (Minor Loss) Loss) Yang disebabkan oleh:
Pelebaran tiba-tiba (Sudden Expansion) Expansion)
Penyempitan tiba-tiba (Sudden Contraction) Contraction)
Tikungan atau belokan pada pipa
Faktor gesekan pipa lurus
Aliran fluida yang mengalir didalam pipa dapat diklasifikasikan kedalam
dua tipe aliran yaitu “laminar” dan “turbulen”. Aliran laminar jika partkel pertikel fluida yang yang bergerak bergerak mengikuti garis lurus yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama Aliran turbulen, jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang sembaran g di sepanjang pipa dan hanya gerakan
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (111)
rata
– ratanya
saja yang mengikuti sumbu pipa. Dari hasil eksperimen
diperoleh bahwa koefisien gesekan untuk pipa silindris merupakan fungsi sari bilangan reynold (Re). dalam menganalisa aliran di dalan saluran tertutup, sangatlah penting untuk mengetahui tipe aliran yang mengalir dalam pipa tersebut. untuk iu harus dihitung besarnya bilangan reynold dengan mengetahui parameter yang diketahui besarnya. Besarnya reynold (Re), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Re = pdv / u Dimana : P = massa jenis fluida (kg/m^3) D = diameter dalam pipa (m) V = kecepatan aliran reta – rata rata fluida (m/s) U = viskositas dinamik fluida (Pa s) Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat lain. Kekentalan (viskositas) adalah ukuran dari kekentalan fluida yang mempengaruhi besar kecilnya gesekan yang terjadi di dalam fluida. Jika fluida memiliki viskositas yang besar maka fluida tersebut t ersebut akan sulit untuk bergerak atau mengalir dan semakin sulit juga benda untuk bergerak didalam fluida tersebut. viskositas berasal dari gaya kohesi yang terjadi antar molekul zat cair. Koefisien viskositas adalah besaran kuantitatif untuk menentukan viskositas pada zat cair. Koefisien viskositas memiliki satuan SI yaitu N/m2. S atau Pa.s. kekentalan atau viskositas adalah gesekan fluida dengan lintasan saat fluida itu mengalir dan gesekan antar lapisan fluida yang berdekatan saat lapisan tersebut bergerak. Kekentalan atau viskositas pada cairan disebabkan karena adanya gaya kohesif yang terjadi antar molekul sedangkan pada gas kekentalan atau viskositas yang terjadi akibat tumbukan antar molekul. Setiap jenis fluida memiliki kekentalan fluida yang berbeda dan dinyatakan secara kuantitatif
dengan
koefisien
dilambangkan dengan
μ.
kekentalan.
Kekentalan
atau
viskositas
Kekentalan dapat dibuktikan dengan acara
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (112)
meletakkan fluida di antara dua lempeng datar dimana salah satu lempeng diam dan lempeng yang lain dibuat bergerak. Fluida yang bersinggungan secara langsung dengan dua lempengan datar akan ditarik pada permukaan oleh gaya rekat diantara molekul – molekul molekul cairan dengan kedua lempengan tersebut. hal ini menyebabkan permukaan fluida yang berasal bagian atas bergerak dengan laju v mendekati kecepatan lempengan bagian atas sedangkan fluida yang dekat atau bersinggungan dengan lempengan datar yang diam akan diam. Kecepatan yang terjadi akan bervariasi secara linear dari 0 hingga v pada penentuan kekentalan (helmizar, 2010).
8.3. ALAT DAN BAHAN
1. Meja Hidrolika 2. Stop Watch 3. Gelas Ukur 4. Alat peraga gesekan dalam pipa 5. Pompa
Gambar H-08.1. Seperangkat Alat Peraga Gesekan Dalam Pipa
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (113)
Keterangan Gambar : 1. Pipa aliran masuk
8. Pengaturan tekanan
2. Pipa masuk tangki
9. Katup pengatur aliran
3. Pipa mengalir keluar tangki
10. Kaki penyangga
4. Pengatur tekanan
11. tangki
5. Pipa uji (Ø 2 mm)
12. Katup keluar/masuk udara
6. Manometer air raksa
13. Pompa tangan
7. Manometer air
14. Pipa pelimpas
8.4 CARA KERJA
A. Pembacaan manometer raksa 1. Mengukur panjang pipa uji (5), dan juga temperatur air 2. Menghubungkan alat percobaan dengan meja Hidrolika 3. Menyambungkan ujung pipa (3) dengan suplai dari meja Hidrolika 4. Membuka katup pengatur aliran pada ujung pipa (9) dan pada meja Hidrolika, setelah itu membiarkan air mengalir sampai sa mpai seluruh udara terdesak keluar 5. Menutup kembali kedua katup, manometer air raksa (6) pada saat ini harus dalam keadaan seimbang 6. Membuka katup pengatur aliran pada meja Hidrolika 7. Kemudian membuka katup pada ujung pipa (9) sedikit demi sedikit 8. Mencatatkan beda tingi manometer air raksa 9. Mengukur debit aliran dengan menggunakan gelas ukur dan stop watch 10. Melakukan kembali langkah 7 s/d 10 untuk berbagai beda tekanan B. Pembacaan manometer air 1. Menutup kembali kedua katup , pipa masuk dari meja Hidrolika (3) dilepaskan kemudian disambungkan dengan aliran masuk dari tangki (11) 2. Menghubungkan suplai dari meja Hidrolika ke tangki 3. Membuka katup pengatur aliran pada meja Hidrolika sehingga air melimpas melalui pipa pelimpas (14)
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (114)
4. Mengatur tingi manometer air (7) sehingga berada di tengah-tengah skala dengan menggunakan pompa (13) 5. Membuka katup pengatur aliran pada ujung pipa (9) sedikit 6. Mencatat beda tingi manometer air 7. Mengukur debit aliran dengan menggunakan gelas ukur dan stop watch 8. Melakukan kembali langkah 5 s/d 8 untuk berbagai beda tekanan
8.5 DATA PRAKTIKUM
Tabel 1. Data Hasil Praktikum Water Manometer Reading No
1
2
1 2
287 248
3 4 5
Mercury Manometer Reading Volume
Time
278 293
15 78
30.7 30.1
234 217
305 319
111 130
30.26 30.14
270
328
144
30.41
1
2
6 7
298 300
277 276
36 56
5.21 5.19
8
316
259
90
5.08
9 10
329 337
247 238
107 128
5.05 5.23
8.6 PENGOLAHAN DATA 1. Data water manometer reading
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (115)
hf=2ℎ │ℎ1ℎ2│
Untuk Water Manometer Reading :
Faktor Gesekan :
Bilangan Reynold :
=== .
Regresi Linear Water Manometer Reading
Grafik Hubungan Antara Log v^2 dengan Log hf 0 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 -0.5
0.4846x 6x - 0.914 0.9141 1 y = 0.484 R² = 0.936
f h g o l
-1 -1.5 -2
log ^2
-2.5
Gambar.1. Grafik hubungan antara Log V^2 dengan Log hf
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (116)
Grafik Hubungan Antara Log Re dengan Log f 0 0
0.5
1
1.5
2
-0.5
+ 1.8212 2.5 y = -1.0308x 3 3.5 R² = 0.943
f g -1 o l -1.5 -2
log Re
Gambar.2. Grafik Hubungan Antara Log Re dengan Log f
4
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (117)
Grafik Hubungan Log V dengan Log hf 0 -1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0 -0.5
0.969 y = 0.9692x - 0.914 0.9141 1 R² = 2x 0.936
f h g o l
-1
-1.5
-2
log V
Gambar.3. Grafik Hubungan Log V dengan Log hf
2. Data Mercury Manometer Reading
Untuk Mercury Manometer Reading :
hf ==2ℎ │ℎ1ℎ2│ . ==
Faktor Gesekan :
Bilangan Reynold :
-2.5
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (118)
Regresi Linier Mercury Manometer Reading
Grafik Hubungan log V^2 dengan Log hf 0 -0.2
-0.1 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-0.2 f h g o l
0.656x - 0.743 y = 0.656x 0.7437 7 R² = 0.9404
-0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8
log ^2
Gambar.4. grafik Gubungan log V^2 dengan Log hf
1.2
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (119)
Grafik Hubungan Antara Log Re dengan Log f 0 3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4
4.1
4.2
-0.5
f g o l
-1 -1.5
y = -0.6879x + 0.7726 R² = 0.8125
-2 -2.5
log Re
Gambar.5. Grafik Hubungan Antara Log Re dengan Log f
Grafik Hubungan Antara Log V dengan Log hf 0 -0.1
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
-0.2 f h g o l
0.4
0.5
y = 1.3121x 1.3121x - 0.743 0.7437 7 R² = 0.9404
-0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8
0.6
log V
Gambar.6. Grafik Hubungan Antara Log V dengan Log hf
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (120)
LogLogRef 1.03081.8212=0.68790.7726 = 1. 0 486 1. 0 308 =1. 8 2120. 7 726 0. 3 429 =1010. == .,.,
Mencari Vcritical
y air = y raksa
+ 0.6879
-0.3429x
= -1.0486
= 3.05803441 3.058034412 2
= = 1142.968897
Vcritical
0.318507333
Mencari hf Praktikum dan Kesalahan Relatif (KR) 1. Water Manometer Reading
Log hfV
Log hf prak = a Log V + b Log hf prak = 0.9692 . log(0.318507333) +(-0.9141) = -1.395676644
−. 10 − hf prak = = 0,04020900 0,040209008 8
│×100% == ││ ,−, │×100%
KR
,
= 29.45788 %
LogLog hfV
2. Mercury Manometer Reading
Log hf prak = a Log V + b Log hf prak =. 1.3121 Log(0.318507333)+ Log(0.318507333)+ (-0.7437) = -1.39565698 -1.395656989 9
= │
KR
−. 10 − hf prak = = 0,04021082 0,040210828 8
.−.,
= 92.89561 %
│×100%
│
│×100%
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (121)
8.7 ANALISIS 1. Analisis Percobaan
Praktikum
kali
ini
praktikan
melakukan
percobaan
untuk
menyelidiki perubahan tekanan yang terjadi akibat adanya gesekan dalam pipa bundar dengan kecepatan aliran rata-rata dan mengetahui jenis aliran , apakah itu jenis aliran Laminer , Transisi atau Turbulen. Aliran itu bisa kita baca dengan kasat mata ataupun dengan cara perhitungan. Pada praktikum kali ini, hal pertama yang harus di lakukan adalah buka katup pengatur aliran pada ujung pipa dan meja Hidrolika, biarkan udara mengalir sampai seluruh udara terdesak keluar. Setelah itu tutup kedua katup tersebut pada manometer udara raksa dan manometer udara harus dalam keadaan seimbang. Setelah dibuka pengatur aliran pada meja hidrolika dan pada ujung pipa lakukan pengukuran dari p menurun dengan kelipatan 10 mm 240-200. pada manometer udara raksa mengalami kenaikan kelipatan 5mm 320-340 . Setelah itu menghitung debit airnya dengan cara memasukan air yang keluar dari ujung pipa ke dalam gelas ukur dalam waktu sekitar 30
²
detik untuk water manometer dan 5 detik untuk mercury manometer. Setelah itu mencari bilangan bil angan re, hubungan log hf dengan log v , log f dengan log Re, log hf dengan log v. Dari data tersebut kita bisa mengetahui jenis aliran-aliran yang sedang di praktikan apakah laminer, transisi,atau turbulen.
2. Analisis Hasil
Dari praktikum yang di lakukan di dapat Nilai kehilangan energi (Hf) dari air dan raksa. Debit Aliran (Q), kecepatan aliran (v) , faktor gesekan (f) bilangan Reynolds( kembali) : Untuk mencari kembali rumus yang digunakan: Hf= [h1-h2] F=
.D..².
= =
V
=Q/A
Sedangkan berikut ini merupakan ketentuan untuk menentukan jenis aliran berdasarkan nilai Re
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (122)
0 < Re ≤ 2000 Aliran ini disebut Laminer 2000 < Re ≤ 3000, Aliran disebut Transisi Re < 4000 , Aliran diebut Turbulen
Dari hasil praktikum dapat diketahui bahwa pada water manometer reading lebih dominan ke aliran laminar, sedangkan pada mercury manometer reading lebih dominan aliran turbulen. Ini dapat diketahui karena terdapat perbedaan dari aliran yang di keluarkan oleh pipa pembuang, yaitu :
Aliran laminar halus sedangkan aliran turbulen tidak
Partikel fluida dalam aliran laminar tidak saling silang sedangkan partikel aliran turbulen saling silang dalam aliran fluida.
Selain dari perbedaan aliran yang praktikan lihat diatas, kami mempunyai data yang dapat mendukung pendapat kami yaitu data dari hasil h asil perhitungan sebagai berikut : Dari hasil data tersebut dapat dibedakan jenis alirannya : Air (Water Manometer Reading) Tebel 10. Nilai Re dan jenis aliranya
Re
JENIS ALIRAN
248.1737
laminer
1316.227
laminer
1863.189
laminer
2190.801
Transisi
2405.187
Transisi
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (123)
Raksa (Mercury Manometer Reading) Tebel 11. Nilai Re dan jenis alirannya
Re
JENIS ALIRAN
3509.68055
Transisi
5480.54162
Turbulen
8998.73802
Turbulen
10762.05509
Turbulen
12431.14385
Turbulen
Dan pada praktikum ini, praktikan mengetahui dari hasil perhitungan bahwa tekanan yang dihasilkan fluida akan menurun jika kecepatan aliran fluida meningkat, hal ini berarti sama seperti yang dikatakan H ukum B er no noully ully yang menyatakan bahwa kecepatan aliran fluida akan menyebabkan penurunan tekanan fluida secara bersamaan atau penurunan energy potensial fluida tersebut. Kemudian pada perhitungan data terdapat Vcritical, Vcritical ini di proleh dari hasil grafik 2 water manometer reading dan mercury manometer reading yang nantinnya akan menghasilkan nilai Re dan Mendapatkat nilai Vcrit dari nilai Re tersebut. satuan Vcritical ini yaitu m/s. Vcrit ini juga digunakan untuk menghitung log hf prak, karena v yang digunakan itu ialah Vcritical/ Vrerata dimana yang dipakai ialah yang mempunyai hasil lebih kecil. 3. Analisa Grafik
Dari tabel jenis aliran diatas menunjukkan bahwa water manometer reading lebih tepat digunakan untuk menyelidiki aliran-aliran laminer dan transisi, sedangkan mercury manometer reading lebih tepat digunakan untuk menyelidiki aliran transisi dan turbulen. Pada hubungan Log Re dengan Log f dapat diacari kecepatan kritis (Vcritical) aliran dengan menggunakan metode regresi linear pada kedua
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (124)
manomeer sehingga didapatkan persamaan yair = yraksa yaitu sebesar 3.058034412 m/s. Lalu pada hubungan Log V dengan Log hf, jika nilai kecepatan rata-rata lebih kecil dari kecepatan kritis maka nilai hf dicari dengan menggunakan kecepatan rata-rata, dan juga sebaliknya jika nilai kecepatan kritis lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan rata-rata maka nilai hf dicari dengan menggunakan kecepatan kritis. Grafik regresi linear hubungan antara Log v terhadap Log hf mendapatkan kesalahan relatif pada manometer air sebesar s ebesar 29.46 % sedangkan kesalahan relatif pada manometer raksa sebesar 92.89 %.
4. Analisis Kesalahan Kesalahan – kesalahan kesalahan berikut ini akan berpengaruh kepada hasil yang tidak sesuai, sehingga hasil nya akan tidak maksimal. Berikut ini kesalahan – kesalahan kesalahan yang mungkin terjadi saat praktikum berlangsung : Kurangnya persiapan praktikan, tidak membaca modul dan tidak
memahami teori.
Ketidak akuratan dalam menghitung volume
Praktikan yang sering bercanda sehingga tidak focus dalam mendengarkan arahan asisten.
Kesalahan dalam membaca manometer air / air raksa .
Kurang ketelitian praktikan saat menghitung.
Dari pengolahan data di atas terdapat kesalahan relatif diatas 10 % dimana tidak dapat menjadi acuan dikarenakan kesalahan relatif yang baik yaitu di bawah 10 %.
Pembulatan desimal yang cukup besar sehingga mempengaruhi hasil dari pengolahan data.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (125)
8.8 KESIMPULAN
Dari praktikum ini praktikan dapat mengetahui perubahan tekanan akibat adanya gesekan dalam pipa bundar dengan kecepatan aliran rata-rata. Dan dapat mengetahui mana aliran laminar, transisi, dan turbulen. Selain itu dari hasil praktikum dapat disimpulkan :
Dari percobaan di atas manometer air adalah Janis aliran laminar sedangkan manometer raksa adalah jenis aliran turbulen. tur bulen.
Jenis zat cair yang mempengaruhi aliran.
Tekanan yang dihasilkan fluida akan menurun jika kecepatan aliran fluida meningkat
Semakin besar kecepatan aliran maka nilai total akan semakin besar.
Semakin besar nilai bilangan reynold maka faktor gesekan semakin kecil.
Dari percobaan ini dapat diketahui adanya aliran laminer dan turbulen serta mengetahui perubahan tekanan akibat adanya gesekan dalam pipa bundar dengan kecepatan aliran rata-rata, dari data pengolahan praktikum inilah didapatkan hasil yang yang sesuai dengan tujuan percobaan.
Dan dari percobaan pratikum ini didapatkan hasil nilai Kesalahan relatif pada percobaan air sebesar 29.45788 % sedangkan pada percobaan raksa sebesar 92.89561 %. Maka percobaan air dan raksa tidak dapat menjadi acuan.
8.9 REFERENSI Laboratorium Hidrolika, Hidrologi dan Sungai Departemen Teknik
Sipil UI. “Pedoman Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika”.
http://www.academia.edu/9400603/Laporan_Praktikum_Mekanika _Fluida
http://repository.umy.ac.id/bitstream/handle/123456789/18789/BAB% 20II.pdf?sequence=6&isAllowed=y
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (126)
8.10 DOKUMENTASI
Gambar.7. Alat Peraga Gesekan Dalam Pipa.
Gambar.8. Pembacaan Volume Air Pada Gelas Ukur Dan Melihat Jenis Aliran Yang Dihasilkan.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (127)
LABORATORIUM HIDROLIKA HIDROLOGI & SUNGAI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FTUI LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM HIDROLIKA
KELOMPOK
: 5 ( LIMA )
MODUL PRAKTIKUM
: H-08 GESEKAN DALAM PIPA
ASISTEN PRAKTIKUM
: FIRDA AULIA SARTIKA
NO
1.
PARAF
MASALAH
ASISTEN
25 SEPTEMBER 2019 Asistensi pengolahan data dengan Ms. Excel
2.
27 SEPTEMBER 2019 Asistensi revisi excell
3.
30 SEPTEMBER 2019 Asistensi revisi Vcritical.
4.
5 OKTOBER 2019 Asistensi laporan ms.word
5.
13, 15, & 16 OKTOBER 2019 Asistensi revisi laporan Acc
ASISTEN MODUL
( FIRDA AULIA SARTIKA )
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (128)
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
Klompok 11 : 1. Muhros Al Afat
1211700066
2. Fajarudin Assalam
1211700062
3. Aldo Anugrah
1211700061
4. Feryan Firdaus H
1211700064
PJ Kelompok
: Muhros Al Afat
Asisten Modul
: Paras Ayu Cinta Nanditha
Tanggal Praktikum
: 21 September 2019
Tanggal disetujui
: 16 Oktober 2019
Nilai Laporan
:
Paraf Asisten
:
LABORATURIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI JURUSAN SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (129)
H.09 DAMPAK ALIRAN JET 9.1. Tujuan :
Menyelidiki keabsahan berlakunya rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang ditimbulkan aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran. 9.2. Teori A. Dasar Teori
ρ
ρ
Suatu aliran jet dengan kecepatan V dan debit Q mempunyai momentum persatuan waktu sebesar
. Q . V, dimana berat jenis zat cair.
Bila aliran jet menabrak suatu benda, maka benda tersebut mengalami gaya dorong sebesar perubahan momentum aliran jet. Gaya yang timbul untuk berbagai benda sasaran;
Gambar.1 Macam-macam Bentuk Bidang Sasaran ( sumber: sumber: Pedoman praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika Laboraturium Laboraturium,, Hidrolika dan Sungai, Fakultas Fakultas Teknik, Universitas Indonesia) Indonesia)
° =
Datar : 180 F
dimana : A =
Luas Luas Nozzel Nozzel
Q =
Debit
F =
Gaya
=
Massa jenis air
° =
Kerucut : 120 F
Hemispherical F
=
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (130)
B. Teori Tambahan Percobaan pancaran fluida adalah merupakan salah satu cara untuk menghasilkan usaha serta daya dari suatu fluida yang ada dengan memanfaatkantekanan. Akibat tekanan tersebut, fluida/zat cair akan memancar dengan kecepatanyang tinggi, dimana gaya tumbukan yang dihasilkan oleh suatu pancaran fluida ( jet impact ) dapat diukur dan dibandingkan dengan besar laju aliran momentum dalam pancaran tersebut.Percobaan ini didasarkan atas hukum kelembaman Newton:
“Sebuah
benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dalam
kecepatan yang beraturan dalam garis lurus sampai suatu pengaruh akibat beban luar. “ Derajat perubahan momentum dari suatu benda adalah sebanding dengan gayayang bekerja pada benda itu dan arahnya sama dengan arah gaya yang bekerja.Terhadap setiap gerakan aksi dan reaksi yang bekerja bersamasama, maka pancaranfluida yang terjadi simetris dalam arah sumbu x.Pada percobaan ini air akan terpancar keluar dari Nozzle.. Nozzle Impact of jet merupakan suatu percobaan yang menyelidiki tentang pengaruh momentum tumbukan tumbukan suatu fluida terhadap suatu permukaan (vane (vane). ). Fluida yang mengalir melalui nozzle nozzle akan akan mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dibanding sebelum melalui nozzle nozzle.. Perubahan kecepatan ini akan menimbulkan perubahan momentum karena kecepatan berbanding lurus terhadap momentum ( P=m.v P=m.v). ). Momentum yang yang besar ketika menumbuk suatu bidang akan menimbulkan gaya yang besar pula. Gaya yang timbul berupa gaya tolak yang dialami bidang bidang yang ditumbuk (dalam percobaan percobaan ini fluida menumbuk pada vane). vane). Dalam mekanika fluida kita sangat erat hubungannya dengan tekanan dan kecepatan. Karena dua fungsi tersebut adalah pokok mengapa bisa terjadi proses mekanik. Tekanan dan kecepatan pada dasarnya memiliki nilai yang berbalik. Artinya jika suatu substansi memiliki kecepatan yang tinggi maka substansi tersebut akan memiliki tekanan te kanan yang rendah, begitu juga sebaliknya.
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (131)
Pada praktikum impact of jet dapat kita ketahui bahwa penurunan tekanan dapat meningkatkan kecepatan, peristiwa tersebut dapat kita lihat aplikasinya pada nozzle nozzle.. Perubahan kecepatan sebelum dan sesudah dari nozzle akan menimbulkan perubahan momentum. Momentum adalah besaran yang berhubungan dengan kecepatan dan massa suatu benda. Dalam mekanika klasik, momentum (dilambangkan dengan P dengan P ) diartikan sebagai hasil perkalian dari massa dan kecepatan, sehingga menghasilkan vektor. Momentum suatu benda P yang bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v diartikan sebagai: P = m.v Di bawah ini persamaan momentum antara nozzle dan plat dimana titik referensinya adalah sumbu x.
=.. ,,11cos cos , =. cos cos = . . = =
Untuk plat datar, B datar, B = 900
Dimana: P : momentum (kg.m/s) m : massa (kg) v : kecepatan (m/s) F : gaya fluida yang yang keluar dari nozzle nozzle (N) (N)
: massa jenis (kg/m3)
Q : debit (m3/s)
V : volume (m3)
: sudut defleksi ( 0)
A : luas permukaan (m2)
ṁ
: laju aliran massa (kg/s)
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (132)
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda atau Swiss yang bernama
ℎ 12 =
Daniel Bernoulli.
Di bawah ini persamaan Bernoulli antara nozzle dan plat dimana titik referensinya adalah sumbu x.
22 = 22 = 0 = = 2
Dimana
dan
Maka
Keterangan: P
: tekanan (Pa)
Pn, P p
: tekanan masuk, keluar (Pa)
g
: gravitasi bumi (m/s2)
h, s
: ketinggian (m)
Zn, Z p
: ketinggian masuk, keluar (m)
u, v
: kecepatan masuk dan keluar (m/s)
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (133)
9.3. Alat-alat :
1. 2.
Meja Hidrolika Alat peraga aliran jet: a. Benda sasaran b. Beban c. Stop Watch d. Nivo
Gambar 2. Alat percobaan ( sumber: sumber: Pedoman praktikum Mekanika Mekanika Fluida dan Hidrolika Laboratu Laboraturium, rium, Hidrolika dan Sungai, Fakultas Fakultas Teknik, Universitas Indonesia) Indonesia)
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (134)
Keterangan Gambar : 1. Lubang pembuang
9. Nozzel
2. Cungkup
10. Tabung tembus pandang alat
3. Mur 4. Ventilasi udara
peraga Jet 11. Pipa aliran masuk
5. Piringan beban
12. Kaki penyangga
6. Acuan tinggi
13. Garis tebal tanda pertengahan
7. Penyipat datar
piringan beban
8. Benda sasaran
9.4. Cara kerja:
1. Mengangkat cungkup dan tabung tembus pandang, mengukur diameter Nozzel . 2. Memasang benda sasaran pada batang yang dihubungkan dengan piringan beban. 3. Memasang kembali cungkup dan tabungnya, menyambungkan pipa aliran masuk dengan meja hidrolika. 4. Mengatur kaki penyangga tabung sampai nivo menunjukkan alat sudah horizontal. 5. Mengatur acuan tinggi sehingga tepat menunjuk pada garis tanda pertengahan teal piringan beban. 6. Meletakkan beban dengan berat tertentu di atas piringan beban. 7. Air mulai dialirkan dengan membuka katup pengatur pada meja hidrolika. 8. Kecepatan aliran disesuaikan sedemikian rupa sehingga piringan beban bersisian kembali dengan acuan tinggi. 9. Mencatat besarnya volume dan waktu aliran serta berat bebannya. 10. Mengulangi langkah ke 6 s/d 9 untuk setiap penambahan beban. 11. Mengulangi lagi prosedur di atas dengan benda sasaran yang lain. .
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (135)
9.5.DATA PERCOBAAN
9.6.PENGOLAHAN 9.6.PENGOLAHA N DATA
1. Benda Sasaran Datar 180º
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (136)
Grafik Hubungan Debit Kuadrat Dengan Massa Pada Sasaran Datar (180⁰) 0.14 0.12 0.1 0.08
M
0.06 0.04 y = -2E+07x + 0.1473 R² = 0.7833
0.02 0 2.00E-09
3.00E-09
4.00E-09
5.00E-09
6.00E-09
7.00E-09
8.00E-09
Q²
Grafik 1. hubungan Q² dan dan M pada sasaran
keterangan : air
= 1000 kg/m³
g
= 9,81 dm/s²
d Nozzel
= 0.008 mm
A Nozzel
= 5.02857E-05 mm²
b teori
=
b praktikum
= 2029220.77 2029220.779 9 = 10159989.9
Kr
=
, .−
= − ×100% .. − . . ×100% =
= 400.684302 %
2. Benda Sasaran Kerucut 120º
180⁰
9.00E-09
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (137)
Grafik Hubungan Debit Kuadrat Dengan Massa Pada Sasaran Kerucut (120⁰) 0.14 0.12 0.1 y = -1E+06x + 0.0761 R² = 0.0002
0.08 M
0.06 0.04 0.02
0 5.00 E-09 5.00E-0 95.2 5.20E0E-09 095.40 5.40E-0 E-09 95.6 5.60E0E-09 095.8 5.80E0E-09 096.00 6.00E-0 E-09 96.2 6.20E0E-09 096.40 6.40E-0 E-09 96.6 6.60E0E-09 096.80 6.80E-0 E-09 9 Q²
Grafik 2. hubungan Q² dan dan M pada sasaran 12 0⁰
keterangan: air
= 1000 kg/m³
g
= 9,81 dm/s²
d Nozzel
= 0.008 mm
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (138)
A Nozzel
= 5.02857E-05 mm²
b teori
=
= 3043831 b praktikum Kr
= ,.−− ×100% 12022662.9− ×100% = 12022662.9 =
=
= 294.984553 %
3. Benda sasaran hemispherical
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (139)
Grafik Hubungan Debit Kuadrat Dengan Massa Pada Sasaran Hemispherical 0.14 0.12 0.1 y = 4E+06x + 0.0517 R² = 0.0473
0.08 M
0.06 0.04 0.02 0 0.00E+0 0.00 E+00 01.00 1.00E-0 E-09 92.00 2.00E-0 E-09 93.00 3.00E-0 E-09 94.00 4.00E-0 E-09 95.00 5.00E-0 E-09 96.00 6.00E-0 E-09 97.00 7.00E-0 E-09 98.00 8.00E-0 E-09 99.00 9.00E-0 E-09 9 Q²
Grafik 3. hubungan Q² dan dan M pada sasaran hemispherical
keterangan: air
= 1000 kg/m³
g
= 9,81 dm/s²
d Nozzel
= 0.008 mm
A Nozzel
= 5.02857E-05 mm²
b teori
=
b percobaan
= 4058441.55 4058441.558 8 = 12637819.8
Kr
=
, .−
= − ×100% .. −. . ×100%
=
= 211.395881 %
LABORATORIUM HIDROLIKA UNIVERSITAS INDONESIA (140)
9.7.ANALISIS
1. Analis percobaan Pada praktikum modul H.09 dengan judul Dampak aliran jet yang bertujuan untuk menyelidiki keabsahan rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang ditimbulkan aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran. Pada praktikum kali ini alat yang digunakan adalah meja hidrolika dan seperangkat alat peraga aliran jet yang terdiri dari benda sasaran,beban,stopwatch dan nivo. Fungsi dari benda sasaran adalah sebagai titik untuk menembakan air, terdapat tiga jenis bentuk yaitu datar dengan permukaan 180 ⁰ , kerucut dengan permukaan 120⁰ dan hemispherical permukaan seperti bentuk setengah bola. Untuk beban yang digunakan disesuaikan dengan beban yang ditentukan untuk dianalisis. Disini melakukan percobaan berulang – ulang ulang sebanyak enam kali dengan pembebanan semakin berat. Urutan pembebanannya yaitu dari beban seberat 20 gram, 40 gram, 60 gram, 80 gram, 100 gram, 120 gram. Hal yang pertama dilakukan adalah membuka cungkup untuk dipasang dengan benda sasaran, untuk percobaan pertama menggunakan benda sasaran berupa bidang datar 180 ⁰ . Langkah berikutnya adalah dengan mengatur acuan tinggi tepat menunjuk pada garis tanda pertengahan tebal piringan beban yang terletak dibagian atas tabung. Lalu kita meletakan beban pertama dengan berat 20 gram. Volume air yang digunakan adalah 1 liter. Mesin dihidupkan dengan tetap melihat tekanan airnya. Saat air mulai menembak tunggu air sampai air menembak dengan kecepatan dan debit yang stabil. Dalam menembakan air kesasaran dihitung juga waktunya dengan stopwatch dengan berhenti saat menembakan 1 liter air. Langkah – langkah ini diulangi dalam beban yang berbeda dan mengganti sasaran tembak yang lain. 2. Analisa hasil dan grafik Setelah peraktikum selesai dilaksanakan didapatkan data dari hasil percobaan modul H.09 dengan judul Dampak aliran jet. Selanjutnya adalah melakukan pengelolaan data untuk mencari nilai F. nilai F adalah gaya dorong
141
yang timbul akibat ditembakannya air dengan kecepatan V dan debit Q yang mempunyai momentum persatuan waktu sebesar ρ berat jenis air. Sebelum data dihitung satuan diubah terlebih dahulu, volume air yang tadinya liter kita ubah ke m³ dan massa sebelumnya gram ubah ke kg. dilakukan pengolahan data untuk memperoleh b percobaan, b teori, Kesalahan Relatif dan Grafiknya. Hasil b percobaan, b teori, dan kesalahan relatif dari benda sasaran datar 180º, benda sasaran kerucut 120º, dan benda sasaran hemispherical:
TA B E L 5.1 H Ha asil pe perr hitun hitungan gan b teor i Bidang Sasaran
hasil
benda sasaran datar 180º
2029220.78
benda sasaran kerucut 120º
3043831.17
benda sasaran hemispherical
4058441.56
b teori telah didapat nilainya seperti yang tertera pada tabel 5.1, sedangkan untuk mendapatkan nilai b praktikum didapat dengan den gan membuat tabel dengan Q² sebagai variable X dan Massa sebagai variable Y. dengan menggunakan rumus
∑∑
setelah dihitung maka hasilnya sebagai berikut:
TA B E L 5.2 H Ha asil pe perr hitun hitungan gan b pr aktik ktikum um Bidang Sasaran benda sasaran datar 180º benda sasaran kerucut 120º benda sasaran hemispherical
Hasil 10159989.9 12022662.9 12637819.8
Setelah didapat nilai b percobaan dan b praktikum dapat dihitung nilai kesalahan relatifnya dengan rumus
142
Kesalahan relatif =
− ×100%
Dari data-data tersebut mendapatkan Kesalahan Relatif sebesar: Sasaran Datar 180º
Sasaran Kerucut 120°
Sasaran Hemispherical
400.6843 %
294.98 %
211.395 %
Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa kesalahan relative sangat besar dan yang paling besar kesalahan relative nya adalah sasaran datar yaitu 400.6843 % diikuti sasaran kerucut sebesar 294.98 % san sasaran hemispherical 211.395 %. kesalahan relative ini menggambarkan akurasi dari data yang telah diambil, karena nilai Kr sangat tinggi maka disimpulkan d isimpulkan bahwa pada praktikum ini terjadi beberapa kesalahan dalam pengambilan data. Untuk Analisa grafik kita gunakan b praktikum dicari dengan meregresi data hasil praktikum dengan x = Q2; y=m: b=gradient grafik x terhadap y berikut adalah grafik regresi linier dari masing masing benda sasaran:
Grafik Hubungan Debit Kuadrat Dengan Massa Pada Sasaran Datar (180⁰) 0.14 0.12 0.1 0.08
M
0.06 0.04 y = -2E+07x + 0.1473 R² = 0.7833
0.02 0 2.00E-09
3.00E-09
4.00E-09
5.00E-09
6.00E-09
7.00E-09
8.00E-09
9.00E-09
Q²
143
Grafik Hubungan Debit Kuadrat Dengan
Massa Pada Sasaran Kerucut (120 ) 0.14 0.12 0.1 y = -1E+06x + 0.0761 R² = 0.0002
0.08
M
0.06 0.04 0.02
0 5.00E-09 5.00 E-095.20 5.20E-09 E-095.40 5.40E-09 E-095.60 5.60E-09 E-095.80 5.80E-09 E-096.00 6.00E-09 E-096.20 6.20E-09 E-096.40 6.40E-09 E-096.60 6.60E-09 E-096.80 6.80E-09 E-09 Q²
Grafik Hubungan Debit Kuadrat Dengan Massa Pada Sasaran Hemispherical 0.14 0.12 0.1 y = 4E+06x + 0.0517
0.08
R² = 0.0473
M
0.06 0.04 0.02
0 0.00E+00 0.00 E+001.00 1.00E-09 E-092.00 2.00E-09 E-093.00 3.00E-09 E-094.00 4.00E-09 E-095.00 5.00E-09 E-096.00 6.00E-09 E-097.00 7.00E-09 E-098.00 8.00E-09 E-099.00 9.00E-09 E-09 Q²
Dari grafik diatas dapat kita simpulkan bahwa b praktikum sebagai berikut: Sasaran Datar 180º
Sasaran Kerucut 120°
Sasaran Hemispherical
-2E+07
-1E+06
4E+06
Sasaran Datar 180º
Sasaran Kerucut 120°
Sasaran Hemispherical
0.7833
0.0002
0.0473
Dan mendapatkan
:
144
Dengan nilai b teori yang sama menggunakan nilai pada tabel 5.1 maka didapat nilai Kr sebagai berikut: Kesalahan relatif =
− ×100%
Dari data-data tersebut mendapatkan Kesalahan Relatif sebesar:
Sasaran Datar 180º
Sasaran Kerucut 120°
Sasaran Hemispherical
400.6843 %
294.98 %
211.395 %
Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa kesalahan relatif sangat besar hanya sasaran hemispherical yang kesalahannya kecil dengan 211.395 %. Maka untuk analisis menggunakan grafik dapat kita simpulkan bahwa pengambilan data untuk sasaran hemispherical cukup akurat karena nilai Krnya cukup kecil. Namun jika dilihat pada nilai Kr sasaran datar dan kerucut sangat jauh kesalahannya yang bahkan menyentuh angka 400.6843 %. Kesalahankesalahan yang membuat ketidak akuratnya data akan dibahas pada Analisa kesalahan. 3. Analisis kesalahan Ketika melakukan praktikum bukan tidak mungkin terdapat beberapa kesalahan dalam pengambilan data dimana kesalahan tersebut berasal dari praktikan (humans error) maupun kalibrasi dari alat itu sendiri. Dalam percobaan modul H09 terdapat kesalahan yang terjadi dalam pengambilan data yang disebabkan beberapa hal seperti:
Kesalahan dalam penghitungan waktu, hal ini terjadi karena saat pompa mulai dihidupkan aliran air yang keluar masih belom stabil dan waktu akan dihitung saat air sudah stabil. Terkadang praktikan telah menghitung men ghitung waktu walapun air masih belom benar- benar stabil.
Kesalahan pada pembacaan volume, kurang tepatnya praktikan saat mematikan pompa mempengaruhi penghitungan wakru.
145
Pengaturan tekanan air yang keluar dari kran meja hidrolika karena harus tepat dengan acuan tinggi beban. Jika salah maka menyebabkan tinggi acuan dengan garis tanda tengah pada piringan beban tidak sejajar.
9.8.APLIKASI
Aplikasi dari modul ini adalah untuk menyelidiki keabsahan berlakunya rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang ditimbulkan aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran. Aplikasi aliran jet dapat kita temukan banyak hal dalam
kehidupan sehari hari. Contohnya pada mesin steam untuk membersihkan kendaraan. Pada prinsipnya alat ini merubah tekanan menjadi kecepatan sehingga dapat membersihkan kendaraan dari debu maupun lumpur yang menempel pada kendaraan.
Gambar.2 steam untuk membersihkan kendaraan (sumber: https://www.jakartanotebook.com/mesin-steam-jet-cuci-motor-mobil portable-60w-130psi-gree portable-60w130psi-green n)
Alat lain yang menggunakan system s ystem aliran jet adalah mesin water jet cutting atau abrasive jets. Sebuah jet air untuk memotong bagian logam dengan aliran sangat tinggi tekanannya.
146
. Gambar.3 Water Jet Cutting (sumber: h (sumber: https://www.thefabricator.com/article/waterj ttps://www.thefabricator.com/article/waterjetcutting/lean-andetcutting/lean-andclean-in-waterjet-cutting) clean-in-waterjet-cutting)
9.9.KESIMPULAN
Rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang di timbulkan aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran dapat dibuktikan walapun dengan berbagai kesalahan dan nilai Kr yang sangat besar
Adapun kesalahan relative dari tiap benda sasaran sebagai berikut Benda Sasaran Datar 180º Kesalahan relatif = 400.684302% Pada Sasaran Kerucut 120° Kesalahan relatif = 294.98 % Sasaran Hemispherical Kesalahan relatif = 211.396 %
Kesalahan yang sangat mungkin di lakukan adalah kurang tepatnya penggunaan stop watch dan kurang telitanya melihat garis sisian beban dengan acuan tinggi
9.10. REFERENSI
Pedoman praktikum Mekanika Fluida dan d an Hidrolika Laboraturium, Hidrolika dan Sungai, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia https://www.academia.edu/33464593/BAB_I_IMPACT_OF_JET
147
9.11. DOKUMENTASI
Gambar.7 sasaran datar 180 ⁰ ( sumber: sumber: dokumen praktikan diLaboraturium, Hidrolika dan Sungai, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia) Indonesia)
Gambar.8 sasaran kerucut 120 ⁰ 148
( sumber: sumber: dokumen praktikan diLaboraturium, Hidrolika dan Sungai, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia) Indonesia)
Gambar.9 sasaran hemispherical ( sumber: sumber: dokumen praktikan diLaboraturium, Hidrolika dan Sungai, Fakultas
Teknik, Universitas Indonesia) Indonesia)
149
LABORATORIUM HIDROLIKA HIDROLOGI & SUNGAI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FTUI LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM HIDROLIKA
KELOMPOK
: 5 ( LIMA )
MODUL PRAKTIKUM
: H-09 ALIRAN DALAM JET
ASISTEN PRAKTIKUM
: Paras Ayu Cinta Nandhita
NO
1.
2.
3.
4.
5.
MASALAH
PARAF ASISTEN
ASISTEN MODUL
( Paras Ayu Cinta Nandhita) 150
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
KELOMPOK XI 1. Aldo Anugrah Saputra
1211700061
2. Fajarudin Assalam
1211700062
3. Feryan Firdaus Haris
1211700064
4. Muhroz Al Afat
1211700066
5. Risky Chaniago Putra
121805001
PJ Modul
: Aldo Anugrah Saputra
Asisten Modul
: Dwitiya Sharaswati
Tanggal Praktikum
: 21 September 2019
Tanggal Disetujui
:18 Oktober 2019
Nilai Laporan
:
Paraf Asisten
:
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019
151
H.10. BENDUNG DASAR
A. TUJUAN 1. Menentukan koefisien kontraksi dari pengukur debit berbentuk segi empat.
2. Menentukan koefisien kontraksi dari pengukur debit berbentuk segi tiga. B. TEORI.
Pada ponton diterapkan hukum Archimedes dan prinsip kestabilan benda terapung. Pada p ponton onton terdapat terdap at dua gaya yang bekerja yaitu gaya berat ponton dan gaya apung fluida yang bekerja pada ponton. Sebuah ponton berbentuk kotak terapung dalam keadaan seimbang. Berat benda terapung bekerja vertikal ke bawah melalui titik berat dan diimbangi oleh suatu gaya apung yang memiliki besar yang sama dan bekerja berlawanan arah. Untuk memeriksa sistem kestabilan benda ini dimisalkan terjadi sebuah
perpindahan sudut yang kecil sebesar sebes ar dθ terhadap kesetimbangan awal seperti pada gambar 4.3. Titik berat zat cair berubah dari kedudukan B menjadi B1. Garis vertikal gaya apung ditunjukkan pada gambar dan memotong perpanjangan garis BG di titik M (Metasentris). (Metasentris). Gambar 4.3 juga menunjukkan bagaimana ketinggian metasentris GM dapat ditentukan secara eksperimental dengan menggunakan beban horizontal ( jockey jockey weight ) untuk memindahkan titik berat dari G ke arah samping.
152
ds
M
x
dθ G1 A1
L
G F
ds
F1
C A
B
B1
dx
G
D Tampak Atas
Tampak Depan B
Tampak Depan
Gambar 4.3 Skema Benda Terapung
Bila perpindahan ini menghasilkan suatu posisi keseimbangan baru
pada suatu sudut guling sebesar dθ, maka pada gambar 4.3 G1 adalah posisi titik berat total yang baru.
(4.1) Ketinggian metasentris GM dapat ditentukan dengan mengukur (dx1/dθ) untuk harga ω dan W yang diketahui. BM dapat dihitung dari pengukuran dimensi ponton dan volume zat cair yang dipindahkan. Berdasarkan gambar 4.3, dapat diketahui bahwa momen terhadap B akibat pergeseran pusat apung ke B1 dihasilkan oleh penambahan gaya apung (digambarkan olehsegitiga AA1C) pada salah satu sisi garis sumbu dan pengurangan gaya apung (digambarkan oleh FF 1C) pada sisi yang lain.
153
Elemen yang berarsir pada gambar 4.3 memiliki luas sebesar ds pada
tampak atasnya dan tinggi sebesar x.dθ pada potongan vertikalnya s ehingga volume elemen adalah x.dθ.ds.w (w adalah berat jenis zat cair), ini adalah penambahan gaya apung akibat elemen. 2
.ds.dθ sehingga momen pengembali (restoring momen) total terhadap B adalah w.dθ ∫x 2.ds Momen dari elemen gaya apung terhadap B adalah w.x
dimana integral meliputi seluruh luasan s dari ponton yang terdapat pada permukaan air.
= ∫ x2. ds
(4.2)
Yaitu momen kedua dari luas s terhadap sumbu X-X. (Cari I terhadap Y-Y!) Restoring momen total terhadap B dapat juga dicari sehingga diperoleh persamaan :
. .
1=
= 1⁄
.
∫
2
.
(4.3)
(4.4)
Untuk ponton berbentuk persegi panjang, B terletak pada suatu kedalaman di bawah permukaan air, yaitu sama dengan setengah kedalaman total tercelupnya ponton dalam zat cair tersebut, sementara I dinyatakan dalam hubungan dimensi ponton sebagai berikut :
(4.5)
1. Lubang segi empat
=23 22
154
Dimana : Q
= Debit aliran yang melimpas diatas dasar lubang.
Cd
= Koefisien kontraksi.
B
= Lebar lubang.
H
= Head diatas dasar lubang
g
= 9,81 m/det2
2. Lubang segitiga
Dimana :
=158 2t2tan2
Q
= debit aliran yang melimpas diatas dasar lubang
Cd
= koefisien kontraksi
ϴ
= sudut bukaan segitiga
H
= head diatas dasar lubang.
C. ALAT-ALAT.
1. Meja hidrolika 2. Dinding peredam 3. Alat duga dengan perlengkapan yang berbentuk jarum atau pancing 4. Bendung dasar 5. Stop watch D. CARA KERJA.
1. Menyiapkan meja hidrolika, menyiapkan alat-alat bendung dasar, menggunakan lubang segi empat terlebih dahulu.
155
2. Mengatur alat-alat peraga seperti gamabar H.10. sebaiknya alat duga ditempatkan ditengah antara bendung dasar dan dinding peredam.
3. Mengalirkan air kedalam saluran hingga melimpas melalui bendung dasar. 4. Menutup katup pengatur aliran dan diamkan sampai air diata lubang bukaan tepat berhenti melimpas. 5. Memuka sekrup halus A lalu set 0 jarum atau pancing pada alat duga dengan kondisi langkah 4 diatas. 6. Membuka sekrup halus C untuk menaikkan jarum atau pancing setinggi 5mm (Head= 5 mm). 7. Mengalirkan kembali aliran, mengatur besar kecilnya debit aliran untuk mendapatkan harga Head (H) yang telah dinaikkan (langkah 6), hal ini dapat dilakukan dengan melihat ujung jarum atau pancing pada alat duga tepat pada permukaan air. 8. Mencatat volume yang melimpas dalam waktu tertentu untuk mendapatkan debit alirannya. 9. Mengulangi langkah (6-8) untuk setiap kenaikan Head kira-kira 5 mm. Hal ini dilakukan sampai Head-nya tidak memungkinkan untuk dinaikkan lagi. 10. Mengulangi langkah (1-9) untuk lubang segitiga. Spesifikasi alat : a. Lebar lubang segi empat (B) = 3 cm b. Sudut bukaan segi tiga ( ϴ) = 900 E. PENGOLAHAN DATA
1. Bukaan Segiempat B = 3 cm = 0,03 m Tabel 1. Data Pengamatan Bukaan Segiempat No 1 2 3 4
H (mm) 10 15 20 25
Volume (l) 1 1 1 1
Duration(s) 14 11 9 8
Discharge Q (l/s) 0.071428571 0.090909091 0.111111111 0.125
156
Tabel 2. Perhitungan Cd Teori No 1 2 3 4
V (m³) 0.001 0.001 0.001 0.001
t (s) 14 11 9 8
H (m) 0.01 0.015 0.02 0.025
H (3/2) Q (m³/s) 0.001 7.14286E-05 0.001837117 9.09091E-05 0.002828427 0.000111111 0.003952847 0.000125
Q (2/3) Cd Teori 0.00172153 0.806292216 0.0020218 0.558587135 0.55858713 5 0.002311204 0.443438095 0.0025 0.356960781
∑
0.433055645
Tabel 3. Regresi Linier No 1 2 3 4
H (X) 0.01 0.015 0.02 0.025
Q (2/3) (Y) X^2 0.00172153 0.0001 0.0020218 0.000225 0.002311204 0.0004 0.0025 0.000625 ∑ 0.00027
Y^2 2.96367E-06 4.08768E-06 5.34167E-06 0.00000625 3.7286E-06
XY 1.72153E-05 3.0327E-05 4.62241E-05 0.0000625 0.00 00625 3.12533E-05
∑ .− ∑^ . . . , . . , √ √ = = = − 100% 1 00% . ..− 100% . 100% =
= 0.11575288
= 0.00784982
=
Kesalahan relatif =
=
= 54,16 %
157
Diagram Hubungan H dan Q2/3 Bukaan Segiempat 0.003 0.0025 3 / 2
0.002
0.00172153
0.0020218
0.002311204
0.0025
0.0015
Q
0.001
y = 0.0003x + 0.0015 R² = 0.9899
0.0005 0 0.01
0.015
0.02
H (m)
0.025
2. Bukaan Segitiga B = 90° Tabel 4. Data Pengamatan Bukaan Segitiga
No 1 2 3 4
H (mm) 10 15 20 25
Volume (l) Duration(s) 1 22 1 16 1 8 1 6
Discharge Q (l/s) 0.045454545 0.0625 0.125 0.166666667
Tabel 5. Perhitungan Cd Teori N o
V (m³)
t (s)
H (m)
1
0.001
22
2
0.001
16
0.01 0.01 5
3
0.001
8
4
0.001
6
0.02 0.02 5
H (3/2)
Q (m³/s) 4.54545E05
0.001 0.00183711 7 0.00282842 7 0.00395284 7
0.0000625
Q (2/3) 0.00127365 4 0.00157490 1
0.000125 0.00016666 7
0.0025 0.00302853 4
∑
Cd Teori 1.92410642 5 0.96007163 8 0.93537723 2 0.71392156 1 0.90669537 1
158
Tabel 6. Regresi Linier No 1 2 3 4
H (X) 0.01 0.015 0.02 0.025
Q (2/3) (Y) X^2 0.001273654 0.0001 0.001574901 0.000225 0.0025 0.0004 0.003028534 0.000625 ∑ 0.00027
Y^2 1.6222E-06 2.48031E-06 0.00000625 9.17202E-06 3.90491E-06
∑ .− . . ∑^ = = = ..−°√ √ .., 100% 100% =
= 0.120054
=
Kesalahan relatif =
XY 1.27365E-05 2.36235E-05 0.00005 7.57134E-05 3.24147E-05
= 0.24265
=
100% ..−. . 100%
= 2,37 %
Diagram Hubungan H dan Q2/5 Bukaan Segitiga 0.0035
0.003028534
0.003 0.0025 0.0025 3 / 2
0.002
Q0.0015
0.001574901 0.001273654
y = 0.0006x + 0.0005 R² = 0.9672
0.001 0.0005 0 0.01
0.015
0.02
0.025
H (m)
159
F. ANALISA 1. Analisa percobaan
Pertama-tama praktikum ini memerlukan peralatan meja hidrolika dan seperangkat alat-alat bendung dasar seperti bukaan berbentuk segitiga dan bukaan berbentuk segiempat. Setelah alat praktikum praktikum selesai di dipasang pasang praktikan melakukakan percobaan lubang bukaan berbentuk segiempat terlebih dahulu. Setelah itu alirkan air hingga air mengalir keluar dari lubang bukaan. Tutup katup dan tenangkan air yang ketinggiannya tepat di bawah lubang bukaan tempat air mengalir. Kemudian atur mata pancing di atas permukaan air yang tenang sebagai titik nol dan naikkan mata pancing 5 mm di atas permukaan air yang tenang, lalu alirkan kembali air sehingga air mengalir keluar dari lubang bukaan dan atur sampai tinggi air mengalir sejajar di atas mata pancing. Dalam kondisi itu dapat dicari debit dan kecepatan aliran dari air yang mengalir keluar dari lubang bukaan tersebut. Tinggi mata pancing yang ditentukan dari titik nol yaitu 15 mm, 20 mm, 25 mm, dan 30 mm. Pengukuran debit air dihitung dengan volume konstan
sebesar 1 L. Dari praktikum ini didapat kecepatan air mengalir serta debit air, data tersebut digunakan untuk mencari koefisien kontraksi air pada lubang bukaan. Setelah percobaan pada lubang lubang bukaan berbentuk segiempat, praktikan mengganti lubang bukaan dengan yang berbentuk segitiga lalu mengulangi percobaan yang sudah dilakukan terhadap lubang bukaan segiempat. 2. Analisa hasil Dari hasil pengolahan data yang dilakukan pada lubang bukaan segiempat dapat diketahui bahwa nilai dari Cd praktikum sebesar 0.00784982 dan nilai Cd teorinya sebesar 0.433055645. Kesalahan relatif nilai Cd ini adalah 54.16 %. = 90o Nilai Cd
Sementara itu pada lubang bukaan segitiga dengan
∅
praktikumnya 0.24265 dan nilai Cd teori sebesar 0.906695371 dengan nilai
160
kesalahan relatif 2,37 %. Tentu saja nilai kesalahan relatif ini sangat besar dikarenakan kesalahan yang dilakukan praktikan. Seharusnya nilai debit dan nilai Cd pada lubang bukaan segiempat lebih besar daripada lubang bukaan segitiga dikarenakan aliran air yang melalui lubang bukaan segiempat dapat mengalir lebih banyak. 3. Analisa grafik Terdapat dua grafik yang dihasilkan dari percobaan ini. Terdapat tabel perbandingan ketinggian muka air terhadap debit dari dua model bukaan. Segiempat dan segitiga. Grafik dengan bukaan segiempat menghasilkan nilai regresi sebesar 0,9899. Dari nilai itu dapat disimpulkan bahwa keakuratan data mendekati akurat. Sedangkan untuk nilai regresi pada grafik yang kedua. Didapatkan nilai regresi sebesar 0,9672. Dari hasil ini, kualitas keakuratan data antara bukaan segiempat dan segitiga, bukaan segiempat lebih akurat. Dari hal ini dapat dap at ditarik benang merah bahwa ada faktor kesalahan yang terlibat ketika praktikan melakukan praktikum. 4. Analisa kesalahan Pada praktikum kali ini terdapat beberapa kesalahan sehingga hasil
data yang di dapat menjadi tidak tepat, kesalahan-kesalahan tersebut di antaranya :
Saat menghitung kecepatan aliran air dengan stopwatch praktikan kurang teliti mengakibatkan data yang didapatkan kurang akurat
Ketinggian alat duga atau mata pancing tidak sesuai yang seharusnya.
Saat alat duga dinaikkan praktikan menaikkan titik nol, sehingga ketinggian alat duga terhadap air tidak berubah, sehingga kesalahan relative yang didapat sangat tinggi.
Kesalahan melakukan perhitungan data.
161
G. APLIKASI
Pada praktikum ini diaplikasikan di lapangan diimplementasikan pada pintu air waduk atau sungai untuk mengatur debit air sehingga volume air yang dialirkan tidak berubah secara derastis sehingga tidak terjadi surut atau memuapnya air pada suatu wilayah.
H. KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa debit aliran air yang mengalir melalui lubang bukaan segiempat lebih besar daripada lubang bukaan segitiga, dan terbukti nilai Cd lubang bukaan segiempat lebih besar daripada lubang bukaan segitiga di karnakan aliran air yang mengalir pada bukaan segiepat lebih banyak.
I. REFERENSI Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. 2009. Modul 2009. Modul Praktikum Mekanika Mekanika Fluida dan dan Hidrolika. Depok: Laboratorium Hidrolika, Hidrologi dan Sungai.
View more...
Comments
