Aliran Melalui Lubang Kecil Baru

D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jaan Men!r "#$% S!ra&a'a

ALIRAN MELALUI LUBANG KECIL (GRAFIS) 1.1. Tujuan

Untuk menghitung koefisien kecepatan aliran melalui lubang kecil 1.2. .2. Peralatan tan

Perlengkapan (tangki air) berhubungan dengan suplai air melalui selang air. Selain itu juga dilengkapi dengan papan tempat meletakkan kertas untuk menggambarkan profit alirannya. Alat ini juga dilengkapi dengan dua lubang kecil yang berbeda diameter dan dapat ditukar tempatnya dengan mengendurkan aliran.

Gambar 1. Alat praktikum aliran melalui lubang kecil (A!") #ata teknis dari alat tersebut adalah $ 1. *.

#iameter lubang %.%%& meter ' & mm dan %%% meter '  mm !uas permukaan tampungan A+ ' 1,1* - 1%& m* 1


2.3. Ter!

Pada bagian ini akan dilakukan beberapa tahapan pengukuran yang meliputi $ 1. enghit enghitung ung koefi koefisie sienn kecepat kecepatan an alira aliran. n. *. enghitung enghitung koefisen koefisen debit pada kondisi kondisi muka muka air tetap (constant (constant head). head). &. enghitung enghitung koefisie koefisienn debit pada kondisi kondisi muka air air berubah (/arying (/arying head). 2.3.1. Men"#!tun" $e%!&!en $e'eatan al!ran (velocity)

0abel 0abel 1. dentitas d entitas "oefisien "ecepatan Aliran "omponen

Satuan

2otasi

0ipe #ata

#iameter lubang uka air (head) 3arak hori4ontal 3arak /ertikal

meter meter meter meter

d h y

#iukur #iukur #iukur #iukur

(y-h)%5

meter

#ihitung

#eskripsi #iameter lubang 0inggi muka air di reser/oir 3arak dari lubang yang diukur 3arak pancaran jatuh dari lubang embuat garis lurus hubungan antara koefisien kecepatan (6/) dengan jarak hori4ontal pancaran air. Grafik 7 diplot terhadap akan diperoleh kemiringan (slope) senilai *6/

Slope

S

#ihitung

"emiringan - terhadap

di

setiap titik "oefisien aliran

6/

#ihitung

6/ '

8erdasarkan persamaan 8ernaulli (kekekalan energy mekanik pada kondisi steady state, incompressible, aliran bebas) kecepatan ideal air yang keluar dari lubang kecil adalah V i =

"eterangan $ h merupakan tinggi air di atas lubang kecil. "ecepatan actual adalah V = C v ·

2


6/ merupakan koefisien kecepatan aliran yang tergantung pada /iskositas fluida sehingga 6/ 9 1. 2ilai 6/ dapat dihitung dari pancaran aliran dengan mengabaikan efek dari udara yang mela:an komponen hori4ontal kecepatan aliran dapat diasumsikan konstan berdasarkan :aktu t (steady state) maka jarak hori4ontal yang dicapai adalah $ x = v · t

"arena ada gaya gra/itasi fluida akan mendapatkan penurunan aliran secara /ertical (arah y) pada komponen kecepatannya. Sehingga pada t :aktu yang sama (pada jarak -) aliran akan mempunyai y jarak sebesar y = g

Atau t=

Sehingga dihasilkan persamaan berikut ini $ C v =

;leh sebab itu dapat dilakukan bah:a pada kondisi aliran tetap (constant head) 6/ dapat ditentukan dari koordinat - dan y aliran air. Grafik - diplotkan dengan

akan

menghasilkan kemiringan *6/. 2.3.2. Men"#!tun" $e%!&!en e*!t aa $n!&! +u$a a!r teta ( 'n&tant #ea)

0abel *. dentifikasi "oefisien #ebit Aliran "ondisi 6onsatant
Satuan meter meter m&

2otasi d h /

>aktu

#etik (s)

t

#ebit ratarata

m&?detik

@t

0ipe #ata #iukur #iukur #iukur #iukur #ihitung

#eskripsi #iameter lubang 0inggi muka air di reser/oir #iambil dari skala ambang hidrolik >aktu yang dibutuhkan untuk menampung air pada /olume tertentu @4' /?t 3


(h)

#ihitung

%.5

Slope

S

#ihitung

engikuti hubungan garis lurus antara koefisien kecepatan aliran (6/) dan debit aliran air (@t) "emiringan grafik hubungan debit rata rata dengan h di setiap titik

"oefisien debit 6d #ihitung aliran 8erdasarkan persamaan 8ernouli (kekekalan energy mekanik pada kondisi steady state, incompressible, aliran bebas) kecepatan ideal air yang keluar dari lubang kecil adalah V i=

"eterangan $ h merupakan tinggi air di atas lubang kecil 2.3.3. Men"#!tun" Ke%!&!en ,e*!t aa Kn!&! Mu$a A!r Beru*a# (-arr!n" /ea)

0abel &. dentitas "oefisien #ebit "ondisi =arrying
Satuan meter

2otasi d

0ipe #ata #iukur

#eskripsi #iameter lubang

m*

Ao

#ihitung

!uas lubang

!uas reser/oir

m*

Ar

#iketahui

uka air (head) uka air a:al (initial head) >aktu

m

h

#iukur

!uas permukaan reser/oir termasuk luas tangki constant head 0inggi muka air pada :aktu ket

m

h1

#iukur

0inggi muka air pada :aktu t'%

det

t

#iukur

(h)%.5

m

>aktu percobaan engikuti hubungan garis lurus antara koefisien debit 6d dengan kehilangan energi (head loss) "emiringan grafik hubungan :aktu dengan h1hsetiap titik

Slope

#ihitung S

#ihitung

"oefisien debit 6d #ihitung s aliran Untuk debit aliran yang tidak tetap (unsteady state) pada t :aktu untuk setiap penurunan muka air dari h1 ke h maka$ t') "eterangan $ 4


Ar $ adalah luas penampang reser/oir (termasuk runag ke*).ni merupakan hasil perkiraan yang tidak bergantung sepenuhnya untuk efek aliran unsteady.

2.0. Pr&eur er'*aan 2.0.1. Men"#!tun" $e%!&!en $e'eatan al!ran

1. Posisi pipa pada tempat yang lebih tinggi. *. 6atat tinggi muka airnya. &. Aliran air dihasilkan dengan menggunakan jarum tegak pada papan /ertical untuk mengikuti profil aliran. B. "endurkan sekrup pengunci untuk setiap jarum putar dan pindahkan hingga jarum pada posisi tepat di atas aliran dan kembali eratkan sekrup. 5. !etakkan kertas pada papan belakang antara jarum dan papan rekatkan dengan jepit sehingga sebelah ujung atas pada kondisi /ertical. . Plot titik puncak setiap jarum pada kertas. C. 6atat jarak hori4ontal dari lubang kecil (-'%) ketitik koordinat posisi jarum pertama. ,. "oordinat pertama seharusnya cukup dekat dengan lubang untuk memperoleh nilai y'%. Sehingga letak y diukur relati/e pada posisi ini. D. Perkirakan kesalahan percobaan (experimental error ) untuk setiap titik yang diukur. 1%. 3ika :aktu masih mencukupi lakukan percobaan lagi untuk diameter lubang kecil yang lainnya. 2.0.2.

Men"#!tun" $e%!&!en e*!t aa $n!&! +u$a a!r teta ( constant head )

2.0.3.

Men"#!tun" $e%!&!en e*!t aa $n!&! +u$a a!r *eru*a# ( varrying head )

1. Ukur debit aliran berdasarkan :aktu yang dibutuhkan dengan menggunakan silinder (gelas ukur) dan catat tinggi muka airnya. *. Ulangi prosedur tersebut untuk berbagai tinggi muka air dengan cara mengatur tinggi pipa debit. &. Ulangi lagi untuk diameter lubang kecil yang lainnya. 1. Pada kondisi muka air tidak tetap pipa aliran air pada kondisi muka air maksimum tangki terisi penuh aliran yang masuk kedalam tangki ditutup dan pompa distop. *. encatat :aktu (dengan menghidupkan stopwatch) saat muka air mencapai skala h1 dengan tepat. &. Pembacaan penurunan muka air dilakukan setiap inter/al *% detik. 5


B. 6ara pencatatan yang lebih mudah adalah dengan member tanda pada reser/oir ketinggian muka air setiap inter/al *% detik. 5. 0erakhir akan terbaca posisi muka air terhadap perubahan :aktu. . Ulangi prosedur tersebut dengan menggunakan diameter lubang yang lainnya (jika :aktu masih memungkinkan). 2.. ,ata /a&!l Pra$t!$u+

Percobaan 1 menggunakan diameter lubang & mm 2..1.

2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

Men"#!tun" $e%!&!en $e'eatan al!ran

0abel B. Pencatatan
6


2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

0abel 5. Pencatatan
7


2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

0abel . Pencatatan
0abel C. Pencatatan

2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

#iameter !ubang (d) (m) %%%& %%%& %%%& %%%& %%%& %%%& %%%& %%%&

0inggi uka Air (h) (m) %&1 %&1 %&1 %&1 %&1 %&1 %&1 %&1

3arak
3arak =ertikal (y) (m) %%%5 %%11 %%* %%&, %%5 %%, %1%D %1B&

Slope ("emiringan) (m) %%&D %%5, %%CD %1%D %1&* %15C %1,B %*11

*%1%

0abel ,. Pencatatan

2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

#iameter !ubang (d) (m) %%%& %%%& %%%& %%%& %%%& %%%& %%%& %%%&

0inggi uka Air (h) (m) %*, %*, %*, %*, %*, %*, %*, %*,

3arak
3arak =ertikal (y) (m) %%%5& %%11 %%*& %%B* %%* %%,D %1*B %15,

Slope ("emiringan) (m) %%&D %%5C %%,% %1%, %1&* %15, %1, %*1%

1DD1

10


Plot -

/ersus dan hitung kemiringan dari grafik yang dihasilkan. "oefisien

kecepatan 6/dapat dihitung$

2..2.

Men"#!tun" $e%!&!en e*!t aa $n!&! +u$a a!r teta ('n&tant #ea)

0abel D. Pencatatan Pengamatan "oefisien #ebit pada "ondisi 6onstant
0inggi uka Air (h)

=olume (=)

>aktu (t)

#ebit +ata +ata (@t)

(m)

(m)

(m&)

(detik)

(m&?detik)

%%%& %%%& %%%& %%%& %%%&

%B %&C %&B %&1 %*,

%%%%%C* %%%%%, %%%%%5 %%%%%& %%%%%1

5 5 5 5 5

%%%%%1BB %%%%%1& %%%%%1&% %%%%%1* %%%%%1**

Slope ("emiringa n) (

)

%&*B %%,*, %5,&1 %55C, %5*D15

%%%%%*1

11


Plot debit ratarata @t dengan

dan hitung kemiringan grafik yang dihasilkan.

"oefisien debit 6d dapat dihitung$

12


2..3. Men"#!tun" $e%!&!en e*!t aa $n!&! +u$a a!r *eru*a# ( varying head )

0abel 1%. Pencatatan Pengamatan "oefisien #ebit Pada "ondisi =arrying
2o. 1 * & B 5  C , D 1% 11 1* 1& 1B 15 1 1C 1, 1D *% *1 ** *&

#iameter !ubang (d)

!uas 0inggi >aktu +eser/oir uka Air (t) (Ar) (h)

(m)

(m)

(m)

(detik)

%.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%& %.%%&

%.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1* %.%%1,1*

%.B %.&,D %.&CD %.&C& %.&5 %.&5, %.&5 %.&B& %.&&5 %.&*D %.&*1 %.&1B %.&%C %.& %.*D& %.*, %.*, %.*CB %.*C %.*%5 %.*55 %.*B, %.*B*

% 1% *% &% B% 5% % C% ,% D% 1%% 11% 1*% 1&% 1B% 15% 1% 1C% 1,% 1D% *%% *1% **%

Slope (

)

%.&*B %.*&C% %.15& %.1%CB %.%B15 %.5D,&& %.5D11 %.5,5 %.5C,CD %.5C&5D %.55C %.5%& %.55B%, %.5BCC* %.5B1*D %.5&BCD %.5*D15 %.5*&B5 %.51C* %.51%&D %.5%BD, %.BD,%% %.BD1D&

%.%%% %.%%D %.%1C %.%** %.%*, %.%&B %.%B1 %.%BC %.%5B %.%5D %.% %.%C* %.%C, %.%,5 %.%D1 %.%D, %.1%& %.1%D %.11 %.1** %.1*C %.1&B %.1B1

%.%%%*B&

13


Plot t :aktu terhadap

dan hitung kemiringan grafiknya. "oefisien debit 6d dapat

dihitung $

14


Percobaan * menggunakan diameter lubang  mm 2..0.

2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

Men"#!tun" $e%!&!en $e'eatan al!ran

0abel 11. Pencatatan
0abel 1*. Pencatatan

2o . 1. *. &. B. 5. . C. ,.

#iameter !ubang (d) (m) %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%%

0inggi uka Air (h) (m) %&C %&C %&C %&C %&C %&C %&C %&C

3arak
3arak =ertikal (y) (m) %%%1 %%%5 %%1B %%*C5 %%B* %%5C5 %%,& %1%,

Slope ("emiringan) (m) %%1D %%B& %%C* %1%1 %1*5 %1B %1C5 %*%%

1D&*

0abel 1&. Pencatatan
16


2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

#iameter !ubang (d) (m) %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%%

0inggi uka Air (h) (m) %&B %&B %&B %&B %&B %&B %&B %&B

3arak
3arak =ertikal (y) (m) %%%1 %%% %%15 %%& %%B5 %%,5 %%DB5 %1**

Slope ("emiringan) (m) %%1, %%B5 %%C5 %1%1 %1* %15& %1CD %*%B

1,,C

0abel 1B. Pencatatan
17


2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

#iameter !ubang (d) (m) %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%%

0inggi uka Air (h) (m) %&1 %&1 %&1 %&1 %&1 %&1 %&1 %&1

3arak
3arak =ertikal (y) (m) %%%1 %%% %%1, %%&B %%5&5 %%C, %1%B %1&5

Slope ("emiringan) (m) %%1, %%B& %%C5 %1%& %1*D %155 %1,% %*%5

1,5C

0abel 15. Pencatatan

2o. 1. *. &. B. 5. . C. ,.

#iameter !ubang (d) (m) %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%% %%%

Plot -

0inggi uka Air (h) (m) %*, %*, %*, %*, %*, %*, %*, %*,

3arak
3arak =ertikal (y) (m) %%%* %%%, %%* %%&C %% %%,5 %11 %15*

Slope ("emiringan) (m) %%*B %%BC %%C5 %1%* %1&% %15B %1,% %*%

1D%1

/ersus dan hitung kemiringan dari grafik yang dihasilkan. "oefisien

kecepatan 6/ dapat dihitung$

19


2...

Men"#!tun" $e%!&!en e*!t aa $n!&! +u$a a!r teta ('n&tant #ea)

0abel 1. Pencatatan Pengamatan "oefisien #ebit pada "ondisi 6onstant
2o. 1 * & B 5

#iameter 0inggi !ubang uka (d) Air (h)

=olume (=)

>aktu (t)

#ebit +ata +ata (@t)

(m)

(m)

(m&)

(detik)

(m&?detik)

%%% %%% %%% %%% %%%

%B %&C %&B %&1 %*,

%%%%&15 %%%%&%C %%%%*,& %%%%*5B %%%%*5

5 5 5 5 5

%%%%%&% %%%%%1B %%%%%5 %%%%%5%, %%%%%5%%

Slope ("emiringan) (

)

%&*B %%,*, %5,&1 %55C, %5*D15

%%%%1B*

20


Plot debit ratarata @t dengan

dan hitung kemiringan grafik yang dihasilkan.

"oefisien debit 6d dapat dihitung$

2..2. Men"#!tun" $e%!&!en e*!t aa $n!&! +u$a a!r *eru*a# ( varying head )

0abel 1C. Pencatatan Pengamatan "oefisien #ebit Pada "ondisi =arrying
2o. 1 * & B 5 

#iameter !ubang (d)

!uas +eser/oir (Ar)

0inggi uka Air (h)

>aktu (t)

(m)

(m)

(m)

(detik)

%%% %%% %%% %%% %%% %%%

%%%1,1* %%%1,1* %%%1,1* %%%1,1* %%%1,1* %%%1,1*

%&C& %&B& %&1 %*,, %*& %*&,

1% *% &% B% 5% %

Slope ("emiringan) (

)

%1%CB %5,5 %5*1B %5& %51*,B %B,C,5

%%%*B*B

21


Plot t :aktu terhadap

dan hitung kemiringan grafiknya. "oefisien debit 6d dapat

dihitung $

2.. Ke&!+ulan

1. Apakah dapat dibenarkan mengasumsikan bah:a nilai 6d adalah konstan pada aliran tetap ( steady state) E *. 8andingkan nilai 6d yang diperoleh dari constan dan alling head (varrying ) test . 2ilai mana yang lebih realitis E 3a:ab$ 1. 2ilai 6d konstan karena nilai 6d bergantung pada luas lubang aliran dan luas reser/oir dan juga dipengaruhi oleh kemiringan (slope) baik constan maupun falling head *. Fang lebih realistis adalah nilai 6d falling head karena nilai dari slope maupun 6d yang diperoleh bedasarkan tinggi muka air yang ber/ariasi.

22


2.. ,$u+enta&!

23

Aliran Melalui Lubang Kecil Baru

Recommend Documents