PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA FTSP – JURUSAN TEKNIK SIPIL INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL JL. PHH. Mustofa No.23 Bandung – 40124 Telp.022 – 7272215 ext. 134

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Bekalang praktikum Praktikum merupakan bagian dari proses pembelajaran yang bertujuan

agar mahasiswa mendapatkan kesempatan untuk menguji dan melaksanakan dalam keadaan nyata apa yang di peroleh dalam teori, sehingga seorang calon teknik sipil harus mempunyai pengalaman di lapangan agar nantinya ia dapat memanfaatkan pengalaman yang ia punya untuk melakukan pekerjaan seorang teknik sipil dengan baik pada saat ia sudah bekerja dilapangan. Penulisan laporan ini kami mencoba memaparkan apa saja yang berhubungan dengan praktikum mekanika fulida seperti pengukuran laju aliran volumetric, kalibrasi sebagai alat ukur tekanan air, tekanan hidrostatis, tinggi metacentrum benda apung, dimensi pipa, debit aliran air, garis energy, jenis-jenis aliran dan kekasaran pipa.Sehubungan dengan pentingnya praktikum ini dan menjadi salah satu syarat kelulusan mata kuliah Mekanika Fluida untuk itu maka laporan praktikum kami buat. 1.2

Maksud dan Tujuan Praktikum Tujuan dari dilakukan praktikum ini adalah untuk menguji secara nyata

apa saja yang di peroleh dalam teori dan memenuhi salah satu syarat kelulusan untuk mata kuliah Mekanika Fluida, dimana praktikum ini memiliki peranan yang sangat besar terhadap kelulusan di mata kuliah Mekanika Fluida. Dengan melakukan praktikum ini, diharapkan para mahasiswa sudah memiliki pengalaman menggunakan alat-alat yang nantinya akan mereka gunakan saat bekerja. 1.3

Ruang Lingkup Percobaan

Praktikum-praktikum yang dilakukan di Laboratorium yaitu: 1. Pengukuran Laju Aliran Volumetrik 2. Kalibrasi Alat Ukur Tekanan Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


3. Tekanan Hidrostatis (hydrostatic preasure) 4. Tinggi Metacentrum Benda Apung 5. Dimensi Pipa 6. Debit Aliran 7. Garis Energi 8. Jenis Aliran 9. Jenis Aliran Pada Pipa 10. Kekasaran Pipa. 1.4

Sistematika Penyusunan Laporan Laporan ini menggunakan sistematika sebagai berikut : a. Bab Pendahuluan Bab ini berisi tentang latar belakangpraktikum, maksud dan tujuan praktikum, ruang lingkup, rumusan masalah, dan sistematika penyusunan laporan ini. b. BAB 1 Pengukuraan Laju Aliran Volumetrik Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang pengukuran lajur aliran volumetrik. c. BAB 2 Kalibrasi Alat Ukur Tekanan Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Kalibrasi Alat Ukur Tekanan. d. BAB 3 Tekanan Hidrostatis (Hydrostatis Pressure) Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Tekanan Hidrostatis (Hydrostatic Pressure). e. BAB 4 Tinggi Metacentrum Benda Apung Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain.

Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


f. BAB 5 Dimensi Pipa Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Dimensi Pipa. g. BAB 6 Debit Aliran Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Debit Aliran. h. BAB 7 Garis Energi Bab ini membahas tentang teori,peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Garis Energi. i. BAB 8 dan 9 Jenis Aliran Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Jenis Aliran. j. BAB 10 Kekasaran Pipa Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Kekasaran Pipa. k. BAB 11 Aliran Melalui Peluap Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Aliran Melalui Peluap. l. BAB 11 Aliran Melalui Peluap Bab ini membahas tentang teori, peralatan yang digunakan, prosedur pengujian, perhitungan, dan lain-lain tentang Aliran Melalui Peluap.

1.5

Teknik Pengumpulan Data Didapatkan dari pengujian di laboratorium dan didapatkan dari Buku Modul Praktikum Mekanika Fluida.

MODUL 1Pengukuran Laju Aliran Volumetrik 1.1 Maksud : Mengetahui penggunan alat Hydraulics Bench. 1.2 Tujuan 1.

:

Dapat menggunakan alat Hydraulics Bench.



2.

Dapat mengukur debit menggunakan Hydraulics Bench.

1.3 Alat dan Bahan : 1.

Hydraulics Bench.

2.

Stop Watch.

3.

Air.

Gambar. 1.1 Hydraulics Bench

1.4 Dasar Teori

:

Laju volume aliran dapat dihitung dengan persamaan : Dimana : Q = Laju volume aliran/debit (m3/det) ∆ V = perubahan volume (m3) Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan

Q=

∆V ∆t


∆ t = selang waktu pengukuran (det) 1.5 Prosedur Pelaksanaan

:

1. Isi tangki dengan air ledeng hingga permukaan air berada di 10cm di 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

bawah pinggir tangki Hubungkan konektor power supply Tutup penutup pipa pada ujung pipa inlet Nyalakan power Nyalakan pompa Buka klep / kran aliran dengan hati – hati Tutup klep pengeluaran Isi tangki sampai dengan alat ukur menunjukan volume tangki sebesar 10

liter 9. Hitung waktu yang diperlukahn dengan menggunakan stopwatch untuk menaikan muka air mulai dari 10 liter ke 20 liter dan seterusnya dengan selisih kenaikan 10 liter 10. Lakukan percobaan ini kembali untuk bukan kran / klep berbeda

1.6 Hasil Percobaan Bukaan ke 1 Pengukuran

V1

V2

1

10

20

2

20

30

∆V (m3) 10 −3

×10

10

T

∆t

Q

12

12

0,83 × 10-3

13,2

13,2

0,75 × 10-3


LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA FTSP – JURUSAN TEKNIK SIPIL INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL JL. PHH. Mustofa No.23 Bandung – 40124 Telp.022 – 7272215 ext. 134 −3

×10

10 3

30

40

11,9

11,9

0,84 × 10-3

13,1

13,1

0,76 × 10-3

15,7

15,7

0,54 × 10-3

×10−3

13,18

0,744 × 10-3

×10−3 10

4

40

50

×10−3 10

5

50

60

×10−3 10

Rerata

−3

×10

10

Bukaan ke 2 Pengukuran

V1

V2

∆V(m3) 10

T

∆t

Q

1

10

20

×10−3

4,7

4,7

2,12 × 10-3

6,4

6,4

1,56 × 10-3

5,8

5,8

1,72 × 10-3

6,7

6,7

1,49 × 10-3

5,9

5,9

1,69 × 10-3

5,9

1,716 × 10-3

10 2

20

30

×10−3 10

3

30

40

×10−3 10

4

40

50

×10−3 10

5

50

60

Rerata

×10−3 10

10



×10−3

−3

×10

Bukaan ke 3 Pengukuran

V1

V2

∆V(m3) 10

t

∆t

Q

1

10

20

×10−3

2,3

2,3

4,35 × 10-3

3

3

3,33 × 10-3

3,3

3,3

3,03 × 10-3

3,5

3,5

2,86 × 10-3

3,5

3,5

2,86 × 10-3

3,12

3,12

3,286 × 10-3

10 2

20

30

×10−3 10

3

30

40

×10−3 10

4

40

50

×10−3 10

5

50

60

×10−3 10

Rerata

×10

−3

Bukaan ke 4



Pengukuran

V1

V2

∆V(m3) 10

t

∆t

Q

1

10

20

×10−3

1,8

1,8

5,56 × 10-3

2,1

2,1

4,76 × 10-3

2,3

2,3

4,35 × 10-3

2,7

2,7

3,70 × 10-3

2,6

2,6

3,85 × 10-3

2,3

2,3

4,444 × 10-3

10 2

20

30

×10−3 10

3

30

40

×10−3 10

4

40

50

×10−3 10

5

50

60

×10−3 10

Rerata

1.7 Analisa

×10

−3

:

∆ V =V 2−V 1 akhir−¿ t awal ∆ t=t ¿

Q=

∆V ∆t

Keterangan : V

= Volume (m3)



ΔV

= Selisih volume awal dan volume akhir (m3)

T

= waktu (s)

Δt

= Selisih waktu awal dan waktu akhir (m3)

Q

= Debit (m3/s)

1.8 Perhitungan Diketahui data sebagai berikut (Bukaan ke-1): ∆ V =V 2−V 1=30−20=10 akhir−¿ t awal =13,2−12=1,2 ∆ t =t ¿

Q=

∆V 10 = =0.75 liter /det ∆ t 13,2

0.75 =0.00075 m3/det 1000

1.9 Kesimpulan  Semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk mengisi bak semakin besar 

pula debit airnya. Selang waktu dari setiap percobaan dipengaruhi oleh laju volume aliran per detik.



Semakin besar bukaan kransemakin kecil pula perubahaan

∆ t karena

perubahan volume yang semakin besar maka membuat debit air semakin membesar.



1.10 Dokumentasi

(Drainage Tray)

(Flow Measurement Bucket)

(Bench Supply Valve)

(Hydraulic Bench)



MODUL 2 Kalibrasi Alat Ukur Tekanan 2.1 Maksud : Mengkalibrasi satuan tekanan (bar) ke massa (kg). 2.2 Tujuan

:

Mahasiswa mampu mengkalibrasi dengan menggunakan Dead Weight Piston Gauge. 2.3 Alat dan Bahan : Satu set Dead Weight Piston Gauge.

Gambar. 2.1 Dead Weight Piston Gauge



2.4 Dasar Teori

:

Tekanan diaplikasikan pada pemberat yang ditempatkan di atas suatu pen penahan berat atau beban. Yang mana terhubung ke piston berisi minyak dalam sistem pipa, sedemikian hingga manometer akan menunjukkan tekanan tertentu. p=

F = m.g π 2 π 2 2 A= . d = . 12 =113,1 mm 4 2

KR 01=

M manometer −M aktual X 100 M aktual

KR 02=

M timbang −M aktual X 100 M aktual

F A

g = 9,81

m det 2

2.5 Prosedur Pelaksanaan : 1. 2. 3. 4.

Buka kran overflow Buka penutup Jika perlu, isikan minyak ke dalamnya Atur manometer hingga menunjukkan angka nol dengan memutar

Counterbalance Cylinder 5. Masukkan piston 6. Putar Counterbalance Cylinder hingga angka di manometer menunjukkan angka sesuai dengan tekanan piston 7. Tambahkan tekanan sesuai dengan petunjuk asisten 8. Ukur / baca manometer pada setiap penambahan tekanan.



2.6 Hasil Percobaan : Tekanan Aktual (bar)

Tekanan

Gaya F

Gaya F

Aktual

Mano

M

M

M

(N)

(N)

Aktual

Mano

Timbang

(kg)

(kg)

(kg)

0,3920

0,3800

0,5649

0.5710

1,1414

1.1410

1,7294

1.7110

0

1,0639

2,3058

2.2810

0

1,0755

2,8592

2.8510

Manometer (bar)

0,385 0,334

0,34

3,7775

3,8454

0,500

0,49

5,6550

5,5419

0 0,576 5 1,152

1

0,99

1,5

11,3100 11,1969

1,5

2

2

2,5

2,48

2.7 Analisa

16,965 0 22,620 0 28,275 0

9 1,729

16,9650

4 2,305

22,6200

8 2,882

28,0488

3

:

F aktual = P aktual × A F aktual = (33400 N/m2 )× (113.1 × 10-6 m2 ) F aktual = 3.7775 N M aktual = F aktual / Gravitasi M aktual = 3.7775 / 9.81 M aktual = 0.385 Kg Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan

KR 01

KR 02

(%)

(%)

1,818 1 2,012 1 0,997 4

1,085 9

1,2987

0,9540

1,0321

1,0859


F mano = P mano × A F mano = (34000 N/m2 )× (113.1 × 10-6 m2 ) F mano = 3.8454 N M mano = F mano / Gravitasi M mano = 3.8454 / 9.81 M mano = 0.3920 Kg Kr 01 = {(M mano – M aktual) / M aktual } × 100% Kr 01 = {(0.3920– 0.385) / 0.385} × 100% Kr 01 = 1,8181% Kr 02 ={(Mtimbang – Maktual) / M aktual } × 100% Kr 02 = {(0.38– 0.385) / 0.385} × 100% Kr 02= 1,2987 % 2.8. Kesimpulan 

 



:

Semakin besar nilai KR, maka tingkat kesalahan semakin besar. Jika dilihat dari hasil pengamatan, tingkat kesalahannya kecil karena nilai KR nya kecil. Dead weight piston gauge merupakan alat untuk memproduksi dan mengukur tekanan. Tekanan yang diberikan oleh beban piston menunjukkan tekanan pada manometer dengan selisih yang semakin besar setiap penambahan pada beban piston. Semakin besar benda yang diberikan semakin besar M manometer.

2.9 Dokumentasi

:



(Dead Weight Piston Gauge)

(Scale)

MODUL 3 Hydrostatic Pressure (Tekanan Hidrostatik) 3.1 Maksud : 1. Menghitung tekanan hidrostatik. 2. Menentukan pusat tekanan. 3.2 Tujuan : 1. Mahasiswa dapat menggunakan alat Hydrostatic Pressure Apparatus. 2. Mahasiswa dapat menghitung tekanan hidrostatik. 3. Mahasiswa dapat menentukan pusat tekanan. 3.3 Alat dan Bahan : 1. Satu set Hydrostatic Preassure Apparatus. 2. Pipet Air.

Gambar.

3.1 Hydrostatic

Pressure Apparatus

3.4 Dasar Teori

:

Tekanan Hidrostatik dari suatu zat cair adalah phyd dan dihitung dari Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


phyd = p. G . t Dimana, p

= Densitas zat cair

g

= Percepatan gravitasi = 9.81

t

= Jarak dari muka air

3.5 Prosedur Pelaksanaan : 1. Set sudut Water Vessel (1) ke α = 00 2. seimbangkan sistem dengan memutar slider (3), pin stop (4) harus tepat pada tengah lubang 3. Tetapkan teh rider, untuk menentukan panjang lengan l, menurut 4. 5. 6. 7.

petunjukasisten Isi air sampai seimbang Baca ketinggian muka air s dan masukkan ke lembar kerja Tingkatkan anak timbangan Dan ulangi pengukuran dengan sudut Water Vessel (α) 400 dan 900.

3.6 Hasil Percobaan: Angel α (°) 0 Level arm I (mm) 150 150 150 150 150

Lowest Water Level st (mmWC) 0 Timbangan FG Water Level s (N) (mm) 1 48 1,5 2,5 3,5 5,5

59 78 92 120


Highest Water Level sh (mmWC) 100 ID (mm) Resultan FP (N) 184,00

0,847

180,33 174,00 169,33 161,90

1,280 2,238 3,113 5,150


150 Angel α (°) 20 Level arm I (mm) 150 150 150 150 150 150

8 154 Lowest Water Level st (mHOW) 10 Timbangan FG Water Level s (N) (mm) 1 58 1,5 69 2,5 88 3,5 102 5,5 130 8 164

3.7 Analisa Analisa menggunakan perhitungan sebagai berikut :

1. α = 0° s = 48 mm ( s<100mm ) 1 I D =200− x 48=184,00 mm 3 pc =1000 x 9,81 x

0,048 =235,440 kg /m s2 2

A act =48 x 75=3600 mm2=3,6 x 10−3 m2 −3

F p =235,440 x 3,6 x 10 =0,847 N

2. α = 0° s = 120 mm ( s>100mm )


158,01 7,651 Highest Water Level sh (mmHOW) 106 ID (mm) Resultan FP(N) 180,66 177,00 170,66 166,00 160,72 157,31

0,901 1,362 2,381 3,313 5,372 7,873


1 1002 I D =150+ x =161,90 mm 12 120−50 pc =1000 x 9,81 x ( 0,12−0,05 )=686,700 kg /m s2 A act =100 x 75=7500 mm2=7,5 x 10−3 m2 F p =686,700 x 7,5 x 10−3=5,,150 N

3. α = 20° s = 58 mm ( s
A act =

0,058−0,01 =235,440 k g /m s2 2

58−10 2 −3 x 75=3831 mm =3,831 x 10 cos 20 −3

F P=235,440 x 3,831 x 10 =0,901 N

4. α = 20° s = 130 mm ( s>sh ) 2

I D =150+

1 100 x =160,72mm 12 130−10 −50 cos 20

20 2 0,13−0,01−0,05 x cos ¿=716,280 kg /m s p c =1000 x 9,81 x ¿



A act =100 x 75=7500 mm2=7,5 x 10−3 m2 −3

F P=716,280 x 7,5 x 10 =5,372 N

3.9 Kesimpulan 



:

Semakin besar berat gaya yang diberikan pada timbangan alat Hydrostatic Pressure Apparatus, maka semakin besar pula nilai water level (s), nilai ID, dan nilai resultan FP. Hydrostatic Pressure Apparatus merupakan salah satu alat untuk menghitung suatu tekanan hidrostatis.

3.10 Dokumentasi

:

(Hydrostatic Pressure Apparatus)

(Hydrostatic Pressure Apparatus)

(Beban) Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan

( Slider dan Rider)


MODUL 4 Tinggi Metacentrum Benda Apung 4.1 Maksud : 1. Mengetahuicarakerjaalat Metacentric Height Apparatus. 2. Mengetahui menghitungtinggi metacentric. 4.2 Tujuan

:

1. Mahasiswamengertitentangtinggi metacentric. 2. Mahasiswadapatmenghitungtinggi metacentric. 4.3 Alat dan Bahan: Satu set alat Metacentric Height Apparatus.

Gambar. 4.1Metacentric Height Aparatus Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan




4.4 Dasar Teori

:

Stabilitas Benda Terapung : 1. Stabil jika zm > 0 2. Tidak stabil jika zm< 0 Persamaan – persamaan yang digunakan : α

Zm

= xs .cot

Xs

= mh × x / ( m + mh + mv ) = 0.055x

Zs

= mv × z + ( m + mh ) . zg / ( m + mh + mv ) = 5.364 +

0.156 z dxs/ d α

= xs /

α

4.5 Prosedur Pelaksanaan : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Isi bakdengan air sesuaikebutuhan Siapkanbendaapung Tentukannilai x Tentukannilai z sesuaipetunjukasisten Masukkanbendaapungkedalambak, amati yang terjadi Ukursudutderajatkemiringanbendaapung Lakukanprosedurinidengannilai 0,5 cm hingga 4 cm



4.6 Hasil Percobaan Pengukuran 1 X = 1,5 cm

Xs = 0.0825 zm

Xs/ά

kondisi pengamatan

5.832

1.179804966

0.020625

stabil

5

6.3

0.942979315

0.0165

stabil

9

6

6.768

0.784935067

0.01375

stabil

12

10

7.236

0.46788075

0.00825

stabil

15

20

7.704

0.226666887

0.004125

stabil

18

30

8.172

0.142894192

0.00275

stabil

Z

ά

Zs

3

4

6

Pengukuran 2 X = 2,5 cm

Xs = 0.1375

Z

Ά

zs

3

5

6.144

6

8

6.612

9

4

5.988

12

15

7.704

15

24

9.108

18

30

10.044

Xs/ά

kondisi pengamatan

0.0275

stabil

0.01718 75

stabil

1.96634161

0.03437 5

stabil

0.51315698 6

0.00916 67

stabil

0.30883005

0.00572

6 0.23815698 6

92 0.00458 33

zm 1.57163219 2 0.97836333 7


stabil stabil


Pengukuran 3 X = 3,5 cm

Xs = 0.1925

Z

Ά

zs

3

8

6.612

6

10

6.924

9

13

7.392

12

19

8.328

15

25

9.264

18

30

10.044

zm

Xs/ά

1.36970867 2 1.09172175 0.83380910 6 0.55906059 4 0.41281758 2

0.02406 25 0.01925 0.01480 77 0.01013 16

0.33341978

zs =

mv z ( m+mh ) zg =5,364+0,156 x m+mv+ mh

xs α

Zm = xs cot 3° = 1.179804966 Zs = 5,364 + 0,156 (3) = 5.832 Xs = 0.055 x 1,5 = 0.0825

xs α

0,055 2

stabil

stabil

xs =

=

stabil

0.00641 67

mb x =0,055 x m+mv +mh

dy dα

stabil

stabil

Zm = xs cot α Zm = 0,055 cot 3°

=

stabil

0.0077

4.7 Analisa :

dy dα

kondisi pengamatan

= 0.020625

Zm (1) = 5,364 + 0,156 (5,364) = 6,2007 Zm (2) = 5,364 + 0,156 (5,9804) = 6,296


LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA FTSP – JURUSAN TEKNIK SIPIL INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL JL. PHH. Mustofa No.23 Bandung – 40124 Telp.022 – 7272215 ext. 134 Zm (3) = 5,364 + 0,156 (0,223) = 5,398

Kurva / Grafik Pengiukuran 1

grafik hubungan antara dxs/da

zs

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

f(x) = 0.47x + 5.36 R² = 1 grafik hubungan anatara dxs/da Linear (grafik hubungan anatara dxs/da)

0

1

2

3

4

5

6

7

dxs/da

Pengiukuran 2

grafik hubungan antara dxs/da dengan zs 9 8

f(x) = 36.34x + 5.98 R² = 0.89

7 6

grafik hubungan antara dxs/da dengan zs

5

zs 4

Linear (grafik hubungan antara dxs/da dengan zs)

3 2 1 0 0

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

dxs/da



Pengiukuran 3

grafik hubungan antara dxs/da dengan zs 0.15 0.1

f(x) = 0.04x - 0.23 R² = 0.9

zs 0.05 0 4

6

8

10

grafik hubungan antara dxs/da dengan zs Linear (grafik hubungan antara dxs/da dengan zs)

dxs/da

4.9 Kesimpulan :  Apabila jarak metacentrum di atas titik pusat berat, maka benda stabil karena ada gaya apung yang menimbulkan momen yang berusaha untuk 

mengembalikan benda pada kedudukan semula dan stabil. Dari percobaan yang di lakukan seluruh pengukuran dalam keadaan stabil



saat terapung karena nilai Zm lebih besar dari nol. Jika nilai Zm lebih dari nol maka benda tersebut stabil, sebaliknya jika



kurang dari nol maka benda tersebut tidak stabil. Sudut atau angel berpengaruh pada tinggi metacentrum yang apabila



semakin besar sudutnya maka semakin kecil tinggi metacentrum (Zm). Ketika posisi “x” digeser ke kiri maupun ke kanan dengan nilai “z” yang sama akan memiliki kestabilan benda yang berbeda-beda.

MODUL 5 Dimensi Pipa 5.1 Maksud : Untuk mengetahui penggunaan alat ukur jangka sorong dan mengetahui dimensi pipa. 5.2 Tujuan : Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


Mahasiswa dapat mengerti cara dan penerapan pengukuran pipa. 5.3 Alat dan Bahan : 1. Pita Ukur. 2. JangkaSorong. 5.4 Prosedur Pelaksanaan : 1. Persiapkan alat alat yang digunakan. 2. Ukur dengan menggunakan jangka sorong, diameter dalam pipa dan diameter luar pipa. 3. Ukur jarak tiapsegmen dengan menggunakan pita ukur, yaitu jarak baku udik dan bak hilir, bak dan ambang ukur Thompson, sambungan pipa pada piezometer.

5.5 Hasil Percobaan : Data Dimensi Pipa (Warna Pipa : biru muda) Tabel 5.1. Data ukuran pipa NO

1

segmen

Hulu-4

Panjang (m)

D luar

D dalam

A

P

R

(m)

(m)

(m²)

(m)

(m)

5,067x10-4

7,980x10-2

0,46


6,350x10


2

4 - 4e

4,645

5,067x10-4

7,980x10-2

6,350x10

3

4e – 4d

0,17

5,067x10-4

7,980x10-2

6,350x10

4

4d – 4c

0,93

5,067x10-4

7,980x10-2

6,350x10

5

4c – 4b

0,445

5,067x10-4

7,980x10-2

6,350x10

6

4b – 4a

3,88

5,067x10-4

7,980x10-2

6,350x10

7

4a- hilir

0,15

5,067x10-4

7,980x10-2

6,350x10

0,032

0,0254

Data Tinggi Pipa (Warna: biru muda) Segmen

Tinggi (m)

Hulu

0,68942

4

0,68142

4e

0,66417

4d

0,89692

4c

0,92067

4b

0,71017

4a

0,68267

Hilir

0,68585

5.6 Analisa Data : 1 1 2 2 π Ddalam π 0.0254 2 A= 4 = 4 = 5.067x10-4 m P = π x Ddalam = π x 0.0254 = 0.0798 m A 5.07 x 10−4 R = P = = 0.00635 m 0.0798 Kemiringan pada piezometer dapat mempengaruhi hasil yang diperoleh dalam pengukuran. 5.7 Kesimpulan

:





Jangka sorong merupakan alat ukur untuk mengukur dimensi atau ketebalan dari suatu pipa.Dengan memahami pembacaan diameter



menggunakan jangka sorong kita dapat mengidentifikasi suatu pipa. Penggunaan jangka sorong harus terampil karena pengukuran dimensi



pipa harus diukur secara detail. Dari hasil pengukuran disimpulkan bahwa diameter pipa berpengaruh



terhadap panjang pipa. Diameter luar dan diameter dalam pipa dapat mempengaruhi terhadap

 

karakteristik debit aliran. Semakin kecil diameter pipa semakin cepat laju aliran pipa tersebut. Pizometer adalah bentuk sederhana dari manometer dimana tekanan cairan yang diukur dapat dilihat secara langsung pada ketinggian cairan



tersebut didalam tabung. Dari hasil praktikum dapat disimpulkan bahwa pengukuran dimensi pipa menggunakan

jangka

sorong,

perhitungan

diameter

pipa

dapat

mempengaruhi debit aliran air pada pipa.

MODUL 6 Debit Aliran 6.1 Maksud : Untuk mengkalibrasi koefisien ambang ukur Thompson. 6.2 Tujuan : 1. Mahasiswa dapat mengukur debit dengan menggunakan ambang ukur Thompson. 2. Mahasiswa dapat menghitung koefisien debit dan debit dengan persamaan Thompson. 6.3 Alat dan Bahan : 1. Bak ukur debit dengan ambang Thompson. Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


2. Stopwatch. 3. GelasUkur. 4. Ember. 6.4 Dasar Teori : 6.4.1. Ambang Ukur Thompson Ambang ukur Thompson merupakan salah satu ambang ukur yang ada. Bentuk ambang ukur menyerupai huruf “V” dengan sudutnya sebesar 90°. Persamaan Thompson yang dipergunakan adalah : Dimana :

h = tinggi air pada ambang α = 90° C = koefisien Thompson = 1,39 Q = debit aliran (m3/s)

6.4.2

Debit Aliran

Jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu satuan waktu disebut debit aliran (Q). Debit aliran biasanya diukur dalam volume zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik per detik (m3/s) atau satuan lain (liter/detik, liter/menit, dan sebagainya). Didalam zat cair ideal, dimana tidak terjadi gesekan, kecepatan aliran v adalah sama disetiap titik pada tampak lintang. Apabila tampang aliran tegak lurus pada arah aliran adalah A, maka debit aliran diberikan oleh bentuk berikut : Q= A . v Apabila zat cair tidak kompresibel mengalir secara kontinyu melalui pipa atau saluran terbuka, dengan tampang aliran konstan maupun tidak konstan, maka volume zat cair yang lewat tiap satuan waktu adalah sama disetiap penampang. Keadaan ini disebut dengan Hukum Kontinuitas aliran zat cair. v 1 . A 1=v 2 . A 2 atau Q= A . v

adalah konstan.

6.5 Prosedur Pelaksanaan : 1. Siapkan Stopwatch dan ember. Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


2. Setelah aliran stabil, tampung air pada ember secukupnya dan catat waktu di Stopwatch. 3. Ukur banyaknya air yang ditampung tadi dengan menggunakan gelas ukur, catat hasilnya. 4. Hitung debit dan hitung koefisien Thompson yang terjadi. 5. Bandingkan dengan angka yang ditentukan. 6. Lakukan prosedur ini beberapa kali sehingga diperoleh angka yang mendekati dengan toleransi < 5%. 7. Ukur tinggi zat cair pada masing - masing piezometer.

6.6 Data

:

Koefisien Ambang Ukur Thompson

3. ∆h

1. hawal =10,24 cm = 0,1024 m 2. hakhir =14,62 cm = 0,1462 m = 4,38 cm = 0,0438 m

Tabel 6.1. Hasil Pengukuran Koefisien Ambang Ukur Thompson dengan Debit .yang berbeda Pengukur Volume Waktu an 1. 2. 3. 4.

3

Q 3

Toleran ∆H

5/2

(m )

/t (dt)

(m /dt)

0,0009

0.54

0,00175

50 0,0013

0,68

00 0,0011

92 14 0,00191 0,00040 14 18

1,62

00 0,0011

1,38

0,00040 4,38

0,00067 0,00040 14 90 0.00083 0,00040


C

si C (%) 215,32

3 4,76

242,66

3 1,69

21,73

2 2,08

50


55 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

0,0012 20 0,0009

70 1 1,53

14

5

0,00122 0,00040 14 0,00058 0,00040 14 82

00 0,0010

1,44

60 0,0008

0,00073 0,00040 14 61

1,41

70 0,0008

0,00061 0,00040 14 70

1,44

00 0,0009

0,00055 0,00040 14 55

1,28

0,00070 0,00040 14 31

00 0,0008 40 0,0008 40 0,0010 00 0,0006 00 0,0006 80

1,25 1,19 1,38 1,22 1,38

0,00067 0,00040 14 20 0,00070 0,00040 14 59 0,00072 0,00040 14 46 0,00049 0,00040 14 18 0.00060 0,00040 14 18

3,03

186,63

9 1,46

5,40

5 1,83

31,94

4 1,53

10,58

7 1,38

0,43

4 1,75

26,04

2 1,67

20,43

4 1,75

26,55

9 1,80

29,86

5 1,22

11,87

5 1,49

7,84

9

Tabel 6.2. Hasil Pengukuran Tinggi Piezometer Tinggi Awal (m)

Tinggi Akhir (m)

Tinggi Rata-Rata (m)

4

1,450

1,450

1,450

4E

1,215

1,220

1,2175

4D

1,035

1,030

1,0325

4C

97,000

97,000

97,000

Segmen



4B

88,500

88,000

88,250

4A

68,000

67,500

67,75

6.7 Analisa Data

:

Pada percobaan ini menentukan nilai koefisien Thompson pada beberapa percobaan. Dimana besar kecilnya nilai koefisien Thompson di pengaruhi oleh besarnya perubahan ketinggian dan debit air. Dan debit itu sendiri di pengaruhi pula oleh nilai voleme air dan waktu. Nilai koefisien thompson memiliki syarat dengan nilai toleransi C sebesar ≤ 5%. Sedangkan setelah di lakukan percobaan sebanyak 15 kali yang berguna untuk memperoleh angka yang mendekati dengan toleransi, nilai toleransi C yang memenuhi syarat tersebut hanya terdapat satu nilai yaitu toleransi

C9

sebesar 0,43%. Hal ini di sebabkan oleh kesalahan

praktikan saat melakukan praktikum. Pada saat menampung air di dalam ember yang di sinkronkan dengan waktu tidak sama, karena praktikan yang melakukan penampungan air dan yang memegang stopwatch dengan orang yang berbeda. Kemungkinan yang terjadi saat stopwatch sudah mulai atau dihentikan air dalam ember masih ad yang tertampung yang akan mempengaruhi nilai toleransi. Maka dari itu di lakukannya percobaan 15 kali untuk mencari nilai C dengan toleransi C nya ≤ 5%. 6.7 Hasil Perhitungan

:

Volume

= 800ml

= 800 x 10-6 m3

dt

= 1,44 s



∆h

= 4,38 cm

= 0,0438 m

∆h5/2

= 0,04385/2

= 4,014 x 10-4 m

Q

= V/dt

= 800 x 10-6 / 1,44

=

5,555 x 10-4 m3/s = Q / ∆h5/2

C

= 5,555 x 10-4

/ 4,014 x10-4 =

1,384 m2/s CToleransi

=|

C−1,39 ∨¿ × 100 % 1.39

=

1,384−1.39 × 100 % 1.39

= 0,43 % 6.8 Kesimpulan Setelah melakukan percobaan debit aliran dengan menghitung toleransi nilai C 





Volume berbanding terbalik dengan waktu, apabila volume air lebih besar daripada nilai waktu maka debit air akan semakin besar, dan sebaliknya. Debit air berbanding terbalik dengan delta H, apabila debit air yang di hasilkan lebih besar daripada nilai delta H maka nilai C akan semakin besar, dan sebalinya. Dari 15 kali percobaan hanya terdapat satu nilai yang toleransi C di bawah ≤ 5% yaitu percobaan 9 dengan toleransi C sebesar 0,43%. Kemungkinan yang di sebabkan saat stopwatch mulai atau di hentikan air dalam ember masih ada yang tertampung sehingga mempengaruhi toleransi C.

6.9 Dokumentasi

:









MODUL 7 GARIS ENERGI 7.1 Maksud : Untuk mengetahui besarnya garis energi serta besarnya kehilangan energi yang terjadi pada sistem perpipaan. 7.2 Tujuan

:

1. Mahasiswa mengerti tentang garis energi. 2. Mahasiswa dapat menghitung persamaan garis energi. 3. Mahasiswa dapat menghitung kehilangan energi pada sistem perpipaan. 7.3 Alat dan Bahan : 1. Piezometer. 2. Data-data yang ada. 3. Hasil perhitungan sebelumnya. 7.4 Dasar Teori

:

Garis Energi Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


Garis Energi adalah pernyataan grafis dari energi tiap bagian energi total terhadap suatu data yang dipilih sebagai suatu harga linier dalam meter fluida, dapat digambarkan pada tiap bagian yang mewakilinya dan garis yang diperoleh dengan cara tersebut akan miring dalam arah aliran. Hukum Bernoulli Hukum ini merupakan penerapan prinsip kekekalan energi. Dimana energi tidak dapat diciptakan ataupun dihilangkan, melainkan dapat dirubah kebentuk lain. Di dalam hukum Bernoulli ini selalu ada kehilangan energi. Persamaan yang digunakan : v 21 2g Dimana :

+

p1 ρg

+

z1

=

v 22 2g

+

p

= tekanan air

�

= kerapatan air (kg/ m ∆H

p2 ρg

3

)

= kehilangan energi (m)

v

= kecepatan aliran (m/dt)

g

= percepatan gravitasi (m/ dt

p/ ρg

+

2

= tinggi tekan

v2/2g = tinggi kecepatan z

= tinggi tempat (m)

Persamaan Chezy Persamaan Cheezy adalah sebagai berikut : V=C. Dimana :

√R . I V = kecepatan aliran (m/dt) C = koefisien Chezy


)

z2

+

∆H


R = jari-jari hidraulik (m) I = kemiringan garis energi

Persamaan Darcy-Weishbach Persamaan Darcy-Weishbach untuk kehilangan energi adalah sebagai berikut : 2

∆ H=

λ . L. V 2. g . D

ΔH

Dimana :

λ

7.5 Data

= kehilangan energi = koefisien tak berdimensi

V

= kecepatan aliran

g

2 = percepatan gravitasi (m/ dt )

D

= diameter pipa (m)

L

= panjang pipa (m)

: Tabel 7.1 Hasil Pengukuran Garis Energi (Metode Bernoully)

Segmen

V

V2/2g

p/ρg

z

H

∆H

4

1,09

0,06

0,7845

0,6687

1,51

1,51

4E

1,09

0,06

0,5693

0,6514

1,28

0,23

4D

1,09

0,06

0,1515

0,8842

1,09

0,9

4C

1,09

0,06

0,0653

0,9079

1,03

0,06

4B

1,09

0,06

0,1883

0,6974

0,94

0,15



4A

1,09

0,06

0,0108

0,6699

0,74

0,2

Tabel 7.2 Hasil Pengukuran Garis Energi (Metode Darcy-Weisbach) Segmen 4 4E 4D 4C 4B 4A

I 3,28 0,04 1,11 0,064 0,33 0,05

C 7,55 68,39 12,98 55,84 23,81 61,17

Λ 1,37 0,016 0,42 0,025 0,13 0,02

7.6 Analisa : Contoh perhitungan Segmen 4E v

z

=

Q A

=

9.3 x 10−4 5,067 x 10−4

= 1,09 m/s

= tinggi pipa – ½ Ddalam = 68,942 – ½ 0,0254 = 0,6514

v2/(2×g) = 1,092/(2×9.8) = 0,06 m p/ (ρxg)

= (h pizometer – h pipa) + ½ D luar = (1, 2175– 0,68142) + 1\2 x 3,2x10-2 = 0,5693 m

z

= h pipa – 1/2 D dalam = 0,68142 – ½ 0,0254 = 0,6514

H = z + v2/(2×g) + p/ (ρxg) = 0,6514 + 0,06 + 0,5693 = 1,28 m


∆H 1,50 0,177 0,170 0,05 0,13 0,18


∆H = 1,51 –1,28 = 0,23 m I = ∆H/L = 0,23/4,645 = 0,04 C=

V √( R × I )

=

λ=

8× g C2

8× 9.81 68,392

∆H =

=

λ× L× v 2 2×g×D

1,09 √( 6,350 x 10−3 × 0,04)

=

= 68,39

= 0,016

0,016× 0,46 ×1,092 2× 9.81 ×0.0254 = 0,177 m

Yang di dapatkan dari perhitungan nilai ∆H atau kehilangan energi menggunakan meode Bernoulli dan Daray-Weisbach memiliki selisih yang tidak jauh. 7.7 Kesimpulan 

kehilangan energy dipengaruhi oleh kecepatan aliran, koefisien, gravitasi,



dan dimensi pipa. untuk dapat menentukan besar kecilnya suatu garis energy kita dapat



membandingkan antara diameter pipa dengan kecepatan aliran. dengan menggunakan persamaan darci weisbach kita dapat mengetahui



besarnya kehilangan energy. kehilangan energy tergantung pada koefisien yang berdimensi, panjang



pipa, diameter pipa, dan kecepatan aliran. besarnya garis energy serta besarnya kehilangan energy yang terjadi pada system perpipaan dapat diketahui tinggi tekan dan kecepatan aliran



besarnya. Untuk dapat menentukan besar kecilnya suatu garis energi kita dapat membandingkan antara diameter pipa dengan kecepatan aliran. Besar kecilnya kehilangan energi dipengaruhi panjang pipa, diameter pipa, dan kecepatan aliran.



MODUL 8 Jenis Aliran 8.1 Maksud : Mengetahui penggunaan alat Osborne Reynolds. 8.2 Tujuan

:

1. Dapat menggunakan alat Osborne Reynolds. 2. Mengerti dan mengetahui aliran laminer dan turbulen. 8.3 Alat dan Bahan: 1. Osborne Reynolds DemonstrationApparatus dan kelengkapannya. Praktikum Mekanika Fluida – Teknik Lingkungan


2. 3. 4. 5. 6.

Tinta. Slang. Air. Stop Wacth. Thermometer.

Gambar 9.1 Osborne Reynolds Keterangan Gambar : 1. Base plate

7. Overflow section

2. Water reservoir

8. Test section

3. Flow optimised inflow 4. Aluminium well 5. Metering tap

9. Ball block

6. Brass inflow tip

10. Connection for water supply


pipe


11. Waste water discharge

14. Lid

12. Drain cock

15. O-ring

13. Control valve


8.4 Dasar Teori

:

Hukum Newton Tentang Kekentalan Zat Cair Kekentalan zat cair menyebabkan terbentuknya gaya-gaya geserantara duaelemenzat cair. Keberadaan kekentalan inimenyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran atau diperlukannya energi untuk menjamin adanya pengaliran. Hukum Newton tentang kekentalan menyatakan bahwa tegangan geser antara dua partikel zat cair yang berdampingan adalah sebanding degan perbedaan kecepatan dari kedua partikel (gradien kecepatan).

Hukum Newton Tentang Kekentalan ZatCair Aliran viskositas dapat dibedakan menjadi 2 tipe yaitu aliran laminer dan aliran turbulen. Dari percobaan Osborne Reynolds dapat disimpulkan bahwa aliran laminer pada kecepatan kecil, pencampuran tidak terjadi dan partikel partikel zat cair bergerak dalam lapisan - lapisanyang sejajar,dan menggelincir terhadap lapisan di samppingnya. Sedangkan aliran turbulen bahwa kecepatan lebih besar, warna menyebar pada seluruh penampangnya pipadan terlihat bahwa percampurandaripartikel-partikel zat cair terjadi. Reynoldsmenunjukkan bahwa aliran dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu angka tertentu. Angka tersebut diturunkan dengan membagi kecepatan aliran di dalam pipa dengan angka Reynolds. Angka Reynolds mempunyai bentuk berikut ini : Re = (v×D) / ν D = 1 cm = 0.01 m

ν=

9,9×10-7m2/s

(A)

(B)

(C)

Keterangan : (A) Re < 2300 (laminer) (B) 2300 4000 (critical) (C) Re > 4000 (turbulen) 8.5 Prosedur Pelaksanaan : 1. Isi tabung tinta dengan tinta yang sudah dicampur dengan air. 2.

Tempatkan alat diatas Hydraulic Bench. 3. Hubungkanslang inlet ke pipa inlet. 4. Alirkan air dari pipa inlet untuk mengisi water reservoir hingga ketinggian di atas flow-optimised inflow. 5. Buka kran pembuangan dan pastikan aliran air stabil. 6. Buka kran pipa tinta, atur supaya tidak terlalu banyak. 7. Atur kran inflow dan kran pembuangan hingga diperolehjenis aaliranyang ditunjukkan oleh perilaku tinta di tabung pengamataan. 8. Ukur volume air yang melalui pembuangan dan catat waktunya menggunakan stop watch. 9. Lakukan percobaan ini beberapa kali. 10. Ukur suhu air pada saat percobaan.

8.6 Hasil Percobaan Suhu air saat percobaan = 24oC Viskositas zat cair V = 9,9 x 10-7 m2/s Jenis Aliran (pengamatan)

Volume (m3)

T (detik)

Q

Kecepata n (v)

Re

Laminer

66x10-6

5.94

1,11 x10-5

0,1414

14028,28

Jenis Aliran (perhitung an) Laminar

Turbulent

44x10-6

5,59

0,78x10-5

0,0993

1003,03

Laminar

Critical

11x10-6

5,38

0,20x10-5

0,0254

256,56

Laminar

Turbulent

96x10-6

1,21

7,93x10-5

1,0101

10203,03

Turbulent

Laminar

25x10-6

20,41

0,12x10-5

0,0152

153,53

Laminar

4

Analisa Percobaan ke-1 Q = v/t Maka ; Q = 66x10-6 / 5,94 = 1,1x10-5 m3/s V = Q/A V= 1,1x10-5/ 7,85x10-5 = 0,1414 m/s Re = (v x D) / V Re = (0,1196 x 0,01) / 9,9 x 10-7 = 1428,28 Re < 2300 maka alirannya adalah Laminer Percobaan ke-2 Q = v/t Maka ; Q = 44x10-6/ 5,59 = 0,78x10-5 m3/s V = Q/A

V= 7,87x10-5 / 7,85x10-5 = 0,0993 m/s Re = (v x D) / V Re = (0,994 x 0,01) / 9,9 x 10-7 = 1003,03 Re > 2300 maka alirannya adalah Laminar Percobaan ke-3 Q = v/t Maka ; Q = 44x10-6 / 5,38 = 0,20x10-5 m3/s V = Q/A V= 8,18x10-6 / 7,85x10-5 = 0,0254 m/s Re = (v x D) / V Re = (0,1049 x 0,01) / 9,9 x 10-7 = 256,56 Re < 2300 maka alirannya adalah Laminer Percobaan ke-4 Q = v/t Maka ; Q = 96x10-6 / 1,21 = 7,93x10-5 m3/s V = Q/A V= 7,93x10-4 / 7,85x10-5 = 1,0101 m/s Re = (v x D) / V Re = (10,102 x 0,01) / 9,9 x 10-7 = 10203,03 Re > 2300 maka alirannya adalah Turbulent Percobaan ke-5 Q = v/t Maka ; Q = 25x10-6 / 20,41 = 0,12x10-5 m3/s

V = Q/A V= 1,224x10-5 / 7,85x10-5 = 0,0152 m/s Re = (v x D) / V Re = (0,1559 x 0,01) / 9,9 x 10-7 = 153,53 Re < 2300 maka alirannya adalah Laminar

5

Kesimpulan  Apabila kecepatan alirannya cepat maka angka Reynoldnya menjadi besar sehingga alirannya adalah turbulent.  Apabila kecepatan alirannya lambat maka angka Reynoldnya menjadi kecil sehingga alirannya adalah laminar.  Suatu jenis aliran dipengaruhi oleh debit air.  Apabila debit kecil maka termasuk laminar, jika debit sedang maka critical,sedangkan saat debit tinggi hal itu menunjukkan turbulen.  Bilangan Reynold (Re) merupakan perbandingan gaya-gaya yangdisebabkan oleh gaya inersia, gravitasi, dan kekentalan (viskositas). Bilangan Reynold digunakan untuk menentukan jenis aliran yang terjadi pada suatufluida.  Kecepatan aliran dan diameter pipa dapat menentukan jenis aliran karena kecepatan aliran dan diameter aliran termasuk dalam rumus untuk mencari bilangan reynolds. Apabila bilangan reynoldnya kurang atau sama dengan 2300 maka termasuk jenis aliran laminer, apabila bilangan reynold sama dengan 2300 maka termasuk jenis aliran critical, dan apabila lebih dari 2300 bilangan reynoldnya maka termasuk jenis aliran turbulen.

8.7 Dokumentasi

(Osborne Reynolds)

(Volume yang ditampung)

(Jenis Aliran)

(Osborne Reynolds)

MODUL 9 Jenis Aliran Pada Pipa 9.1 Maksud : Untuk mengetahui jenis aliran yang terjadi pada pipa. 9.2 Tujuan

:

1. Mahasiswa dapat menghitung Bilangan Reynolds. 2. Mahasiswa dapat menentukan jenis aliran yang terjadi. 9.3 Alat dan Bahan : 1. Data-data yang ada. 2. Hasil perhitungan sebelumnya. 9.4 Dasar Teori

:

Jenis aliran Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 2 tipe yaitu aliran laminer dan aliran turbulen. Dalam aliran laminer, partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikuti lintasan yang saling sejajar. Aliran ini terjadi apabila kecepatan kecil atau kekentalan besar. Pada aliran turbulen, gerak partikel-partikel zat cair tidak teratur. Aliran ini terjadi apabila kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil.

Re =

v μ ρD

=

ρDv μ

atau

Re =

vD ν

Dimana : ν = kekentalan kinematik Adapun batasan untuk bilangan Reynolds adalah sebagai berikut :

 Re < 2100  Re > 4000

aliran laminer aliran turbulen

9.5 Hasil Percobaan Tabel 9.1 Analisa Aliran Tiap Segmen Segmen 4

D 0,0254

V 1,09

v 9.9 x 10-7

Re 27965,65

JenisAlir an Critical

4E

0,0254

1,09

9.9 x 10-7

27965,65

Critical

4D

0,0254

1,09

9.9 x 10-7

27965,65

Critical

4C

0,0254

1,09

9.9 x 10-7

27965,65

Critical

4B

0,0254

1,09

9.9 x 10-7

27965,65

Critical

4A

0,0254

1,09

9.9 x 10-7

27965,65

Critical

9.6 Analisa Data: Re = (V xDdalam)/v = (1,09 x0,0254)/9.46 x 10-7 = 27965,65 2300 < Re > 4000 Critical 9.7 Kesimpulan : 

Dengan mengetahui besaran bilangan Reynolds kita dapat mengetahui jenis aliran apakah Laminer atau Turbulen atau di antara Laminer dan



Turbulen (Critical). Pada perhitungan yang di hasilkan jenis aliran yang di hasilkan yaitu



critical, karena 2300 < Re > 4000 Perhitungan bilangan Reynolds di lakukan untuk mengidenifikasi jenis aliran suatu fluida yang mengalir pada pipa.



3 komponen yang memperngaruhi bilangan Reynolds. Yaitu diameter



dalam (D), viskositas kinematik (v), dan kecepatan (V). Dari praktikum ini diketahui bahwa distribusi kecepatan dipengaruhi oleh kedalaman air, lebar saluran dan kecepatan aliran.

MODUL 10 Kekasaran Pipa 10.1 Maksud : Untuk mengetahui kekasaran suatu pipa. 10.2 Tujuan : Mahasiswa dapat menentukan kekasaran pipa yang dipergunakan. 10.3 Alat dan Bahan : 1. Data-data yang ada. 2. Hasil perhitungan sebelumnya. 10.4 Dasar Teori

:

Kekasaran Permukaan Konsep adanya sub lapis laminer di dalam lapis batas pada aliran turbulen dapat digunakan untuk menjelaskan perilaku kekasaran permukaan. Apabila permukaan bidang batas dibesarkan, akan terlihat bahwa permukaan tersebut tidak halus. Tinggi efektif ketidakteraturan permukaan yang membentuk keakasaran disebut dengan tinggi kekasaran k. Perbandingan antara tinggi kekasaran dan jarijari hidraulis (k/R) atau diameter pipa (k/D) disebut kekasaran relatif. Persamaan Prandtl δ=

12 ν √g R I

Dimana : δ = tebal lapisan batas (m)

ν= kekentalan kinematic (m ) 2

g = percepatan gravitasi (m/dt2) I = kemiringan garis energi R = jari-jari hidraulik Persamaan Kekasaran Pipa Hidraulik Kasar 12 R C = 18 log k Hidraulik Licin

12 R 1 k+ δ 4

[ ]

C = 18 log

Dimana : δ = tebal lapisan batas R = jari-jari hidraulik C = koefisien Chezy k = kekasaran pipa Syarat batas : k>6 δ hidraulik kasar δ > 4k

hidraulik licin

k/ δ < δ <4k

10.5 Data

teknik kasar

: Tabel 10.1 Analisa Kekasaran Pipa Tiap Segmen

Segmen

C

R

I

ν

δ

κ

Syarat

4

7,55

6,350x10-3

3,28

9.9x10-7

2.62x10-5

0,029

κ>6δ

4E

68,39

6,350x10-3

0,04

9.9x10-7

2,37x10-4

1,209

κ>6δ

4D

12,98

6,350x10-3

1,11

9.9x10-7

4,51x10-5

0,014

κ>6δ

4C

55,84

6,350x10-3

0,06

9.9x10-7

1,94x10-4

6,02x10-5

κ>6δ

4B

23,81

6,350x10-3

0,33

9.9x10-7

8,28x10-5

3,62x10-3

κ>6δ

4A

61,17

6,350x10-3

0,05

9.9x10-7

2,12x10-4

3,04x10-9

δ>4κ

10.6 Analisa Data

:

Segmen 4 −7

δ=

12 ν 12 x 9,9 x 10 −3 = =2.62 x 10 m √ gRI √ 9.8 x 6,35 x 10−3 x 3,28

Jenis Hidraulik Kasar Hidraulik Kasar Hidraulik Kasar Hidraulik Kasar Hidraulik Kasar Hidraulik Licin

12 R

k=

10

C 18

=

12 x 6,35 x 10−3 10

k>6 δ δ > 4k k/ δ < δ < 4k

7,55 18

=0,029

−4 hidraulik kasar = 0,029 > 1,572 x 10 (Benar)

−3 hidraulik licin = 2.62 x 10 > 0,116 (Salah)

−3 teknik kasar = 11,068 < 2.62 x 10 < 0,116 (Salah)

Maka jenis pipa tersebut Hidraulik Kasar 10.7 Kesimpulan : 

Perbandingan antara tinggi kekasaran dan jari-jari hidraulis atau diameter



pipa disebut kekasaran pipa. Dari percobaan yang sudah dilakukan didapatkan bahwa pipa pada segmen 4-4B berjenis hidraulik kasar karena memenuhi syarat k > 6 δ

dan pada

pipa 4A berjenis hidraulik licin karena memenuhi syarat δ > 4k . 

Untuk menentukan jenis kekasaran suatu pipa dapat diketahui dari



koefisien Chezy. Untuk mengetahui jenis kekasaran suatu pipa dapat diketahui dari koefisien chezy, jari-jari hidraulik kemiringan garis energi, kekentalan



kinematik, tebal lapisan batas, dan kekasaran pipa. Faktor yang mempengaruhi dalam perhitungan kehilangan tekanan pada aliran fluida dalam pipa adalah faktor gesekan antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa. Faktor gesekan didefinisikan sebagai perbandingan antara shear stress fluida dengan energy kinetik persatuan volume.

.

MODUL 11 Aliran Melalui Peluap 11.1 Tujuan :    

Mempelajari aliran melalui peluap ambang pintu Mengukur debit yang mealui ambang thompson dan menghitung koefisien debitnya. Mengetahui hubungan antara kedalam aliran dengan debit. Mampu menggambarkan kurva lengkung debit.

11.2 Dasar Teori Peluap merupakan suatu bukaan pada salah satu sisi kolam atau tangki yang berfungsi untuk mengukur debit yang dari bulu. Debit diukur berdasarkan tinggi energi (head H), yaitu muka air yang diukur dari puncak peluap (tinggi peluapan). Berdasarkan ketebalaannya, peluap ada 2 macam, peluang ambang tipis (t < 0,5 H) dan peluap ambang tebal (t > 0,66 H). Brdasarkan muka air di hilir, peluap ada 2 macam yaitu peluap terendam dan peluap terjunan. Peluap disebut terenggang jika muka air di hilir melebihi puncak peluap sedangkan pada peluap terjunan, muka air di hilir lebih rendah dari puncak peluap. Merupakan bentuknya peluap dibedakan menjadi peluap segitiga, segiempat, dan trapesium. Ambang thompson merupakan peluap ambang tipis berbentuk segitiga. Debit yang mengalir melalui peluap segitiga dihitung dengan rumus : Q=

8 α Cd tg 15 2

()

5

√2 g H 2

Thompson memberikan rumus debit sebagai berikut : 5

α 2 Q = C.tg( 2 ¿ H Kedua rumus disederhanakan menjadi : 5

Q = C . H2 Dengan Q = debit aliran ; C = Koefisien debit ; α = 90 ; H = kedalaman air pada ambang peluap (m).

Kurva lengkung debit sangat berguna untuk perencanaan bangunan air, terutama jika harus merencanakan suatau bangunan air pada daerah tertentu yang belum ada bangunan air disekitarnya. Debit yang diketahui, diperlukan untuk mendinensi saluran, tampungan dan menentukan muka air maksimal suatu bangunan air. 11.3 Alat Percobaan 1. 2. 3. 4.

Bak air (flume) Peluap ambang thompson Alat ukur kedalaman aliran (point gauge meter) Alat tulis

Thompson H awal (m)

H akhir (m)

ΔH (m3/d )

1

0,14 3

0,18 3

0,04

2

0,14 3

0,19 2

3

0,14

0,19

Udik Bendung Q

H awal (m)

H akhir (m)

ΔH (m3/d )

444, 8

0,26 84

0,277 4

0,00 9

444,8

0,04 9

738, 7

0,26 84

0,280 5

0,01 2

0,05

808,

0,26

0,281

0,01

10-6 (m)

Q

H 10^2 (m^ 3/d)

C

0,00 3

0,00 9

1,0 6

738,7

0,00 5

0,01 2

1,1 3

808,4

0,00

0,01

1,0

10-6 (m)

v^2 / (2g)

3

4

1

4

84

5

3

6

3

9

4

0,14 3

0,19 5

0,05 2

836, 6

0,26 84

0,281 8

0,01 3

836,6

0,00 6

0,01 3

1,0 9

5

0,14 3

0,20 7

0,06 4

1406 ,8

0,26 84

0,283 2

0,01 5

1406, 8

0,01

0,01 5

1,5 8

6

0,14 3

0,24 4

0,10 1

4461 ,7

0,26 84

0,296 8

0,02 8

4461, 7

0,03 2

0,02 8

1,8 8

7

0,14 3

0,25 2

0,10 9

5452 ,3

0,26 84

0,303 5

0,03 5

5452, 3

0,04

0,03 5

1,6 7

,143

0,26 3

0,12

6948 ,2

0,26 84

0,307 7

0,03 9

6948, 2

0,05

0,03 9

1,7 9

9

0,14 3

0,27 6

0,13 3

8966 ,9

0,26 84

0,313

0,04 5

8966, 9

0,06 5

0,04 5

1,9 1

10

0,14 3

0,28 5

0,14 2

1054 3,1

0,26 84

0,316 3

0,04 8

10543 ,1

0,07 6

0,04 8

2,0 2

11

0,14 3

0,29 1

0,14 8

1155 5,3

0,26 84

0,322

0,05 4

11555 ,3

0,08 4

0,05 4

1,8 7

12

0,14 3

0,29 9

0,15 6

1331 7,82

0,26 84

0,324 1

0,05 6

13317 ,82

0,09 6

0,05 6

2,0 4

13

0,14 3

0,31 2

0,16 9

1629 6,3

0,26 84

0,33

0,06 2

16296 ,3

0,11 8

0,06 2

2,1 4

14

0,14 3

0,32 2

0,17 9

1863 3,1

0,26 84

0,334 4

0,06 6

18633 ,1

0,13 5

0,06 6

2,2 1

15

0,14 3

0,34 5

0,20 2

2536 5,3

0,26 84

0,347 8

0,07 9

25365 ,3

0,18 4

0,07 9

2,2 7

8

11.6 Analisa dan Perhitungan

:

Rumus yang digunakan:  Thompson 1.

ΔHt =H akhir −H awal = 18,114 – 14,33 = 0,04 m3/s

2.

Qt=C . ΔH

5 /2

= 1,39 . 3,7845/2 = 444,8x10-6 m  Udik Bendung ∆ Hu=H akhir −H awal 1. = 27,77-26,84 = 0,009 m3/d 2.

Qu=Qt = 444,8x10-6 m

3.

V2 2g

= 83,262/(2 . 9,81)

= 0,003 m V2 ∆ H + 4. H = 2. g

5.

= 0,93 + 353,33 = 0,009 H ¿ ¿ B¿ Qu C= ¿ = 1,06

Kurva dan Grafik Grafik hubungan Ht dan Qt

Hubungan Ht & Qt 0.02 0.02 Ht

f(x) = 0.12x - 0.01 R² = 0.95

0.01

Hubungan Ht & Qt2 Linear (Hubungan Ht & Qt2)

0.01 0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

Qt

Grafik hubungan ΔHu dan Qu

Hubungan Hu & Qu 0.02 0.02 Hu

f(x) = 0.3x - 0 R² = 0.97

Hubungan Hu & Qu

0.01

Linear (Hubungan Hu & Qu)

0.01 0 0

0.02

0.04 Qu

0.06

0.08

Grafik Hubungan Hu dan C

Hubungan Hu & C 2.5 f(x) = 19x + 1.01 R² = 0.86

2 1.5 Hu

Hubungan Hu & C Linear (Hubungan Hu & C)

1 0.5 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

C

11.6 Kesimpulan Dari hasil grafik dapat disimpulkan : a Hubungan antara Ht terhadapat Qt Semakin besar nilai Ht maka nilai Qt semakin tinggi dan semakin b

kecil nilai Ht maka nilai Qt akan turun Hubungan Hu terhadap Qu Semakin besar nilai Hu maka nilai Qu semakin tinggi dan semakin

c

kecil nilai Ht maka nilai Qt akan turun Hubungan Grafik Hu terhadap C Semakin besar nilai Hu maka nilai C semakin tinggi dan semakin kecil nilai Ht maka nilai Qt akan turun

MODUL 12 Distribusi kecepatan 12.1 Tujuan :



 

Mampu mengukur kecepatan alirah arah vertikal dan transversal menggunakan alat ukur current meter dan menghitung kecepetan rerata aliran Mampu menggambarkan profil distribusi kecepatan Mampu menghitung koefisien koreksi momentun dan koefisien koreksi kinetis

12.2 Dsar Teori Kecepatan aliran pada setiap penampang saluran terbuka mempunyai bentuk atau profil berupa kurva distribusi kecepatan. Profil distribusi kecepatan pada saluran terbuka ada 2 macam yaitu distribusi kecepatan arah vertikal diperoleh dengan melakukan pengukuran kecepatan pada beberapa titik di sepanjang kedalaman air sedangkan distribusi kecepatan arah transversal diperoleh dengen membagi lebar saluran menjadi beberapa titik dan melakukan pengukuran kecepatan secara vertikal pada titik-titik tersebut kemudian dibuat kurva dengan menghubungkan titik-titik kecepatan pada kedalaman yang sama. Kecepatan rerata suatu aliran dapat diperoleh dengan merata-rata kecepatan dari 1, 2, dan 3 titik pengukuran saja, sebagaimana ditulis pada persamaan berikut : V´ =V 0.6 H

V´ =0.5 (V 0.2 H +V 0.8 H )

V´ =

0.5 ( V 0.2 H +V 0.8H ) +V 0.6 H 2

Distribusi kecepatan vertikal pada setiap tampang saluran terbuka berbeda-beda, tergantung koefisien distribusinya. Oleh karena itu ada koefisien distribusi kecepatan, yaitu koefisien koreksi energi kinetik ( α ) dan koefisien koreksi momentum ( β ), yang ditulis dalam persamaan sebagai berikut V 3i . Ai α =∑ 3 v=1 V A n

n

β=∑ v=1

2

V i . Ai 2

V A

Dengan α = koefisien koreksi energi kinetik ; β = koefisien koreksi momentum; Vi = kecepatan pada kedalaman y/H; V = kecepatan aliran; Ai = luas pias dan A = luas tampang saluran 12.3 Alat Percobaan 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Bak Air Flume Ambang Thompson Currentmeter lengkap dengan alat bantu Alat ukur kedalaman aliran (point gauge meter) Stopwatch Meteran

12.4 Langkah Percobaan 1. Baca tinggi muka air awal pada ambang thompson. 2. Ukur kedalaman aliran (H) pada flume dengan menggunakan meteran. Pengukuran dilakukan pada saat aliran sudah stabil. 3. Hitung dan ukur titik pengukuran arah vertikal pada 0.2H, 0.6H, dan 0.8H. 4. Ukur lebar flume (B) dan bagi dengan sejumlah titik pengukuran arah transversal dengan jarak yang sama (misal : 0.2B, 0.25B, dan 0.5B) 5. Lekukan pengukuran kecepatan aliran pada titik 0.2H, 0.6H, dan 0.8H. pengukuran tersebut dilakukan pada titik-titik 0.2B, 0.25B, dan 0.5B. 6. Lakukan pengukuran kecepatan dengan menghitung jumlah putaran currentmeter selama 20 detik pada setiap posisi titik-titik pengukuran. Pengukuran kecepatan tiap titik dilakukan duakali. 7. 12.5 Analisan Perhitungan Perhitungan Kecepatan H awal

=

0,1433 cm

H ambang Thompson

=

0,2751 cm

Debit Thompson

=

0,00876 m3/s

Kedalaman aliran saluran (h)

=

0,279 cm

Titik I II

0.2 h Vbar 0,3 0,2

0.6 h Vbar 0,2 0,2

0.8 h Vbar 0,3 0,1

III

0,1

0,3

0,1

Hitungan kecepatan rata-rata V = 0,0627 m/s Titik

Kecepatan Rata-rata Pengukuran titik 1

Pengukuran titik 2

Vbar = 0,6 h

Vbar = 0,5 (v0,2h+v0,8h)

|

Vbar 1 2 3

0,2 0,2 0,3

12.5 Analisa V=

|

Vbar V −Vbar X 100 v

218,97% 218,97% 378,46%

0,3 0,15 0,1

|

Pengukuran titik 3 Vbar=0,6h+0,5(v0,2h+v0,8h)/2

|

Vbar V −Vbar X 100 v

378,46% 139,23% 59,48%

0,25 0,175 0,2

:

Q 0,00876 = =0,0627 m/ s A 0,5 x 0,279

Pengukuran titik 1 (Vbar = 0,6h)

I.

|V −Vbar |X 100 v

=

x 100 =218,97 |0,0267−0,2 0,0627 |

Pengukuran titik 2 (Vbar = 0,5 (0,3+0,3) = 0,3)

I.

|V −Vbar |X 100 v

Pengukuran titik 3 ( Vbar =

I.

|V −Vbar |X 100 v

=

x 100 =378,46 |0,0267−0,3 0,0627 |

0,2+ 0,3 2

=

= 0,25)

x 100 =298,72 |0,0267−0,25 0,0627 |

|V −Vbar |X 100 v 298,72% 179,10% 218,97%

12.6 Kesimpulan : 1.

Distribusi kecepatan vertical pada setiap penampang tergantung pada koefisien distibusinya. 2. Distribusi kecepatan pada penampang saluran tergantung pada beberapa factor, yaitu Bentuk penampang, Kekasaran saluran, Adanya tekukantekukan. 3. Nilai V pada tengah saluran biasanya lebih besar dibanding disisi saluran ini dikarenakan akibat lebih kecilnya gesekan dari dasar saluran maupun dari sisi saluran. 4. Pada distribusi kecepatan terdapat dua saluran terbuka yaitu distribusi kecepatan secara vertikal dan distribusi kecepatan secara transversal. 5. Pengukuran kecepatan aliran Menggunakan alat pengukur aliran (current meter) mengukur kecepatan rata-rata pada segmen-segmen penampang dengan membagi-bagi penampang saluran secara vertidal. 6. Rapat massa dan kecepatan pada tiap titik di dalam suatu ruang, akan berubah setiap waktu. Fluida sebagai rapat massa dan medan vektor kecepatan. Jika kecepatan tiap partikel fluida pada suatu titik tertentu adalah tetap, maka aliran tersebut bersifat lunak. 7. Kecepatan aliran pada setiap penampang saluran terbuka mempunyai bentuk atau profil berupa kurva distribusi kecepatan. 8. Semakin besar kecepatan fluida dalam suatu pipa maka tekanannya makin kecil dan sebaliknya makin kecil kecepatan fluida dalam suatu pipa maka semakin besar tekanannya. 9. Nilai V pada kedalaman tertentu tidak berbeda jauh nilainya namun terlihat bahwa V pada 0,8H lebih besar dibanding dengan kedalaman 0,2H dan 0,6H. 10. Semakin tinggi rpm maka semakin tinggi pula kecepatannya.

11. Distribusi kecepatan aliran di dalam alur tidak sama arah horisontal maupun arah vertikal, dengan kata lain kecepatan alir pada tepi alur tidak sama dengan tengah alur, dan kecepatan aliran dekat permukaan tidak sama dengan kecepatan pada dasar alur.

PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

Recommend Documents