LABORATORIUM LABORATORIUM KOMPUTER
Waktu : 13.00-16.00 Tanggal : 21 November 2017 Hari : Selasa
SPECENERG : SPECIFIC ENERGY AND DEPTH RELATIONSHIPS
Nama NIM Kelompok
: Danti Saputri : F44160057 :1
Nama Asisten : 1. Michelle Natali 2. Steven
(F44150050) (F44150052)
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2017
PENDAHULUAN
Fluida tidak dapat menahan perubahan secara permanen. Fluida akan berubah bentuk secara kontinu (terus menerus) bila terkena tegangan geser. Aliran fluida tersebut mengalir melalui suatu pipa akan mengalami gesekan dengan pipa sehingga terjadi kehilangan energi akibat adanya gaya tahanan yang ditimbulkan oleh pengaruh lapisan batas dan oleh adanya pemisahan aliran. Fluida dapat dibagi menjadi dua, yaitu fluida statis, fluida dalam keadaan diam atau tidak bergerak dan fluida dinamis, fluida yang bergerak (Fran dkk dkk 2017). Aliran dalam saluran terbuka dapat digolongkan menjadi berbagai jenis dan diuraikan dengan berbagai cara. Penggolongan berikut ini dibuat berdasarkan perubahan kedalaman aliran sesuai dengan waktu dan ruang (Bungin 2005). Aliran melalui saluran terbuka banyak dijumpai pada turbin air, pertambangan dan lainnya. Karakteristik aliran fluida yang melalui saluran terbuka mempunyai bentuk dan kecepatan yang berbeda untuk setiap perubahan tekanan dan kecepatan aliran. Sehingga diperlukan praktikum mengenai pengaruh kedalaman terhadap energi spesifik pada aliran. TUJUAN
Praktikum ini bertujuan menentukan energi spesifik dengan kedalaman aliran dan menentukan kedalaman kritis serta membandingkan nilai suatu energi spesifik minimum. ALAT DAN BAHAN
Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah : 1. Laptop 2. Program QB64 3. Perangkat lunak Microsoft lunak Microsoft Excel Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah : 1. Data debit aliran 2. Data kedalaman awal dan akhir aliran 3. Data interval kedalaman aliran METODE
Praktikum ini dilaksanakan pada hari Selasa, 21 November 2017, pukul 13.00 – 16.00 WIB di Laboratorium Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Peralatan yang digunakan adalah laptop atau komputer dengan program Quick Basic Basic dan Visual Basic. Basic. Program Quick Basic Basic menggunakan perangkat lunak QB64 QB64 sedangkan Visual Basic menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel 2007. Hasil perhitungan yang ditunjukan dengan program Quick Basic Basic dan Visual Basic Basic mengenai nilai nilai kedalaman aliran dan besarnya energi spesifik pada kedalaman tersebut. Secara sederhana langkah dalam praktikum ini digambarkan pada diagram alir berikut.
Mulai
Program QB64 diaktifkan.
Kode (coding (coding ) pada lampiran 2 dimasukkan dalam program.
Menu Run Menu Run diklik. diklik.
Data lebar saluran, debit aliran, kedalaman awal, kedalaman akhir dan interval kedalaman dimasukkan.
Lebar saluran (B) = 76 mm Debit aliran (Q) = 0.005 mm 3/det Kedalaman awal (Y0) = 10 mm Kedalaman akhir (Y1) = 200 mm Interval kedalaman = 10 mm
Tombol enter ditekan. ditekan.
Huruf Y diketik dan tombol enter ditekan. ditekan.
Kedalaman awal, kedalaman akhir dan interval kedalaman dimasukkan.
Tombol enter ditekan. ditekan.
Huruf N diketik dan tombol enter ditekan. ditekan.
Selesai
Gambar 1 Diagram alir pada Quick Basic
Mulai
Microsoft Excel diaktifkan. diaktifkan.
Tabel data lebar saluran, debit aliran, kedalaman awal, kedalaman akhir interval kedalaman, kedalaman dan energi spesifik (lampiran 2) dibuat.
Menu Developer Menu Developer diaktifkan. diaktifkan.
Fitur Command Button dibuat Button dibuat sebanyak tiga buah dengan nama calculate 1, calculate 2, calculate 2, dan erase.
Coding (lampiran (lampiran 2) dimasukan dalam masing-masing Command Button.
Menu Run Menu Run diklik. diklik.
Tombol enter ditekan. ditekan.
Selesai
Gambar 2 Diagram alir pada Visual Basic Basic PEMBAHASAN
Energi spesifik adalah jumlah dari energi potensial dan energi kinetik fluida per satuan berat. Konsep energi spesifik seringkali berguna dalam pertimbangan aliran kanal terbuka (Munson et al 2005). Energi spesifik aliran pada setiap penampang tertentu dihitung sebagai total energi pada penampang itu dengan menggunakan dasar saluran sebagai referensi. Dalam suatu aliran fluida terdapat energi spesifik minimum yang terjadi saat kedalaman kristis. Untuk nilai energi spesifik yang ditentukan, suatu aliran dapat mempunyai kedalaman alternatif (Harianja 2007). Suatu aliran dapat dibedakan berdasarkan energi spesifik. Apabila energi spesifik minimum yang terjadi saat kedalaman kritis, maka aliran tersebut digolongkan sebagai aliran kritis. Apabila energi spesifiknya lebih besar dari energi spesifik minimum, maka aliran tersebut dapat digolongkan menjadi aliran subkritis atau aliran superkritis. Aliran subkritis dan superkritis dibedakan kembali berdasarkan kedalaman aliran. Aliran subkritis terjadi saat energi spesifiknya lebih besar dari energi spesifik minimum dan kedalaman alirannnya lebih besar dari kedalaman kritis. Aliran superkritis terjadi saat energi spesifiknya
lebih besar dari energi spesifik minimum tetapi kedalaman alirannnya lebih kecil dari kedalaman kritis (Munson et al 2005). 2005). Bilangan Froude (Fr) adalah parameter berdimensi penting dalam studi saluran aliran terbuka. Bilangan Froude didapat dari perhitungan kecepatan rata-rata, panjang karakteristik yang terkait dengan kedalaman (kedalaman hidrolik untuk aliran saluran terbuka), dan percepatan gravitasi. Untuk penampang persegi panjang, kedalaman hidrolik adalah kedalaman air. Secara fisik, bilangan Froude merupakan rasio gaya inersia untuk gaya gravitasi. Jenis aliran dapat berdasarkan pada bilangan Froude. Aliran Ali ran dikatakan kritis apabila bilangan Froude (Fr) sama dengan 1, sedangkan aliran disebut subkritis atau kadang-kadang dinamakan aliran tenang (trianguil (trianguil flow) flow) apabila Fr kurang dari 1 dan disebut superkritis atau aliran cepat (rapid (rapid flow) flow) apabila Fr lebih dari 1 (Fitriana 2014). Hasil perhitungan menggunakan program Quick Basic Quick Basic menunjukkan bahwa untuk lebar saluran 76 mm dan debit 0.005 mm 3/det, kedalaman awal 10 mm dan kedalaman akhir 200 mm dengan interval 10 mm, nilai energi spesifik tertinggi sebesar 2216.042 mm yang terjadi saat kedalaman aliran 10 mm. Selain itu, nilai energi spesifik terendah sebesar 114.4694 mm terjadi saat kedalaman aliran 80 mm. Untuk mendapatkan data energi spesifik minimum dan kedalaman kritis yang lebih detail, dilakukan perhitungan kedua yang mendekati kedalaman 80 mm yaitu, dengan kedalaman awal 70 mm dan kedalaman akhir 85 mm serta interval 1 mm. Dengan perhitungan menggunakan Quick Basic Basic didapat bahwa energi spesifik minimumnya sebesar 114.1933 mm terjadi saat kedalaman kritis alirannya 76 mm. Hasil perhitungan tersebut dapat dilihat pada lampiran 1. Tabel 1 Hasil perhitungan pertama menggunakan Visual Basic Basic No.
Y
E
1
10
2216.04
2
20
571.51
3
30
275.12
4
40
177.88
5
50
138.24
6
60
121.28
7
70
115.02
8
80
114.47
9
90
117.24
10
100
122.06
11
110
128.23
12
120
135.32
13
130
143.05
14
140
151.26
15
150
159.80
16
160
168.62
17
170
177.63
18
180
186.81
19
190
196.11
20
200
205.52
Tabel 2 Hasil perhitungan kedua menggunakan Visual Basic Basic No.
Y
E
1
70
115.02
2
71
114.76
3
72
114.55
4
73
114.40
5
74
114.29
6
75
114.22
7
76
114.19
8
77
114.21
9
78
114.26
10
79
114.35
11
80
114.47
Hasil perhitungan pertama menggunakan program Visual Basic Visual Basic menunjukkan menunjukkan 3 bahwa untuk lebar saluran 76 mm dan debit 0.005 mm /det, kedalaman awal 10 mm dan kedalaman akhir 200 mm dengan interval 10 mm, nilai energi spesifik tertinggi sebesar 2216.04 mm yang terjadi saat kedalaman aliran 10 mm. Selain itu, nilai energi spesifik terendah sebesar 114.47 mm terjadi saat kedalaman aliran 80 mm. Untuk perhitungan kedua dengan kedalaman awal 70 mm dan kedalaman akhir 80 mm dengan interval 1 mm didapat bahwa energi spesifik minimumnya sebesar 114.19 mm terjadi saat kedalaman kritis aliran 76 mm. Hasil perhitungan tersebut dapat dilihat pada tabel 1 dan tabel 2. Hasil perhitungan menggunakan program Visual Basic dan Basic dan Quick Basic menunjukkan Basic menunjukkan nilai kedalaman aliran yang sama dan energi spesifik yang hampir sama, hanya berbeda dalam hal pembulatan angka desimal yang pada Visual Basic Visual Basic menggunakan pembulatan dua angka desimal.
Gambar 3 Kurva hubungan kedalaman dan energi spesifik 1
Gambar 4 Kurva hubungan kedalaman dan energi spesifik 2 Berdasarkan tabel hasil perhitungan program Visual Basic, Visual Basic, dihasilkan kurva hubungan antara kedalaman dan energi spesifik. Kurva hasil perhitungan pertama yang terlihat pada gambar 3 menunjukkan bahwa untuk kedalaman awal 10 mm dan kedalaman akhir 200 mm dengan interval 10 mm, garis kurva yang dihasikan tidak terlalu melengkung sehingga nilai kedalaman kritis dan energi spesifik minimumnya tidak dapat diketahui dengan jelas. Dengan perhitungan kedua kedalaman awal 70 mm dan kedalaman akhir 80 mm dengan interval 1 mm yang dapat dilihat pada gambar 4, kedalaman kritis dan energi spesifiknya dapat diketahui dengan jelas karena kelengkungan garis kurva menunjukkan titik perpotongan pada energi en ergi spesfik s pesfik minimum dengan kedalaman kritis. Berdasarkan kurva tersebut juga dapat diketahui bahwa aliran subkritis terjadi saat kedalamannya lebih besar dari 76 mm, aliran superkritis terjadi saat kedalamannya lebih kecil dari 76 mm dan aliran kritis terjadi saat kedalamannya sama dengan 76 mm dengan energi spesifik minimumnya sebesar 114.19 mm. Bentuk kurva hubungan antara kedalaman dan energi spesifik hasil praktikum ini sesuai dengan literatur yang terdapat pada lampiran 4. Aplikasi perhitungan energi spesifik dan kedalaman aliran dalam bidang Teknik Sipil dan Lingkungan diantaranya dapat kita temukan pada kanal irigasi dan sungai, baik yang alami maupun buatan. Selain itu, perhitungan kedalaman pada saluran juga diterapkan perancangan drainase suatu perkotaan (Putri 2012). Perhitungan energi spesifik dan kedalaman kritisnya juga diterapkan untuk membuat bangunan peredam energi pada pembangkit listrik (Djauhari 2012). Pemilihan saluran terbuka sering kali didasarkan pada proses pembangunannya yang sederhana dan biaya yang relatif murah dibandingkan saluran tertutup (Andreas dan Dalu 2012). SIMPULAN
Energi spesifik memiliki hubungan dengan kedalaman suatu aliran, yaitu energi spesifik minimum terjadi saat kedalaman kritis. Hubungan antara energi spesifik dan kedalaman juga dapat menjadi dasar untuk menentukan jenis aliran, yaitu aliran kritis, aliran subkritis dan aliran superkritis. Berdasarkan hasil praktikum ini, untuk lebar saluran 76 mm dan debit 0.005 mm 3/det, dapat
diketahui bahwa aliran subkritis terjadi saat kedalamannya lebih besar dari 76 mm, aliran superkritis terjadi saat kedalamannya lebih kecil dari 76 mm dan aliran kritis terjadi saat kedalamannya sama dengan 76 mm dengan energi spesifik minimumnya sebesar 114.19 mm. Saran
Praktikum berjalan dengan aman dan tertib. Sedikit terjadi kendala saat running data. Sebaiknya praktikan lebih teliti dalam dalam meng-input meng-input data data agar tidak terjadi kesalahan. Selain itu, untuk membuat suatu saluran kita harus mempertimbangkan dan memperhitungkan kedalaman kritis serta energi spesifik yang sesuai kebutuhan. Suatu saluran yang energi spesifiknya terlalu besar dapat dikurangi dengan bangunan peredam energi agar saluran tersebut tidak mudah rusak. Daftar Pustaka
Andreas S dan Dalu S. 2012. Pemodelan dan pengujian model dinamis saluran terbuka hidrolik yang menggunakan weir segitiga. Jurnal segitiga. Jurnal Ilmiah Elektroteknika. 11(1) : 65 – 74. 74. Bungin SW. 2005. Pengaruh kedalaman kedalaman aliran di hulu pintu air terhadap ketelitian ket elitian pengukuran aliran [skripsi]. Makassar (ID) : Universitas Hasanudin. Djauhari A. 2012. Perencanaan bendung pembangkit listrik tenaga minihidro di Kali Jompo [Skripsi]. Jember (ID) : Universitas Jember. Fran F, Helmi, Prabawati.2017. Penyelesaian persamaan blasius dengan metode new homotopy pertubation (NHP). pertubation (NHP). Buletin Buletin Ilmiah Math. Stat. dan Terapannya. Terapannya . 6(1) : 37-44. Fitriana N. 2014. Analisis gerusan di hilir bendung tipe vlughter (uji model laboratorium). Jurnal Teknik Sipil dan Lingkungan. 2(3) : 418-423. Harianja J, Gunawan S. 2007. Tinjauan energi spesifik akibat penyempitan pada saluran terbuka. Majalah Ilmiah UKRIM. 1(21) : 30-46. Munson B, Young D, Okiishi T. 2005. Meknika Fluida Edisi Keempat. Jakarta (ID) : Erlangga. Putri A. 2012. Kajian sistem drainase di daerah Jalan Swadarma Saya, Jakarta Selatan [skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.
LAMPIRAN
Lampiran 1 Daftar coding proportional coding proportional depth pada depth pada beberapa program. (a) Quick Basic, Basic, (b) lanjutan Quick Basic, (c) Basic, (c) Visual Visual Basic, (d) Basic, (d) lanjutan Visual Basic.
(a)
(b)
(c)
(d)
Lampiran 2 Hasil perhitungan proportional perhitungan proportional depth menggunakan depth menggunakan program. (a) kondisi 1 Quick Basic, Basic, (b) kondisi 2 Quick Basic, Basic, (c) kondisi 1 dan 2 Visual 2 Visual Basic.
(a)
(b)
(c)
(d)
Lampiran 3 Diagram energi spesifik
Sumber : Buku Mekanika Fluida Jilid 2 Edisi Keempat karya Munson et al 2005
