LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA LENGKAP

GRAFIK HUBUNGAN ANTARA V2/2g & hf real
V2/2g (cm)
hf real (cm)

BAB I
PENDAHULUAN

A.Latar Belakang
Percobaan ini didasari oleh percobaan – percobaan sebelumnya dan untuk membuktikan percobaan – percobaan dari Newton yang lebih dikenal dengan hukum Newton, dimana kekentalan zat cair menyebabkan terbentuknya gaya-gaya geser antara dua elemen zat cair. Keberadaan kekentalan ini menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran atau diperlukan energi untuk menjamin adanya aliran.
Selain dari percobaan Newton, percobaan ini juga mengacu pada persamaan Bernaulli dimana percobaan ini merupakan perkembangan dari percobaan Newton. Setiap aliran melalui pipa atau aliran fluida atau saluran terbuka melalui sekeliling suatu objek akan senantiasa menimbulkan hambatan disebabkan gesekan antara fluida dan permukaan didalam pipa, alat saluran terbuka atau objek yang bersentuhan dengan aliran fluida. Gesekan ini menimbulkan kerugian energi mekanis yang menyebabkan penurunan tekanan resultan dari hambatan viskos ( Viskos Drug ) dan aliran turbulen.
B. Tujuan
Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari sifat-sifat aliran fluida tak termampatkan (income pressible fluid) di dalam pipa. Melalui percobaan ini akan diketahui sifat-sifat aliran fruid terutama hubungan perubahan tekanan dengan debit aliran fluida melalui pipa.
Selain itu, percobaan ini untuk mengetahui debit aliran, baik melalui fruid friction apparatus, venturi dan pancaran fluida , dan untuk mengetahui seberapa besar kerugian tekanan yang terjadi serta faktor gesekan di sepanjang pipa.

LANDASAN TEORI
Aliran pipa (conduit flow) atau dinamakan aliran tertutup dapat mengalir pada keadaan mantap (steady flow) maupun tidak mantap (non steady flow). Persamaan penentu (governing equation) untuk aliran mantap pada aliran pipa mengacu pada persamaan Bernoulli sebagai berikut ini.
AB
A
B
Va2/(2g) Grs energi hf
Vb2/(2g)
Pb/w
Pa/w

Za Zb

Garis referensi

Gambar 1. Prinsip Hukum Bernoulli

Menurut hukum Bernoulli (lihat pada Gambar 1. di atas), dapat dituliskan bahwa persamaan yang berlaku pada aliran pipa di atas adalah sebagai berikut ini.

dengan
Za, Zb = tinggi energi potensial fluida pada titik A & B (m)
Pa/, Pb/ = tinggi energi tekanan fluida pada titik A & B (m)
Va2/(2g) = tinggi energi kinetik fluida pada titik A (m)
hf = kehilangan energi (karena gesekan) (m)

Kehilangan energi karena gesekan dapat dirumuskan dengan berbagai persamaan antara lain :
Persamaan Darcy Weisbach

f = 64/Re (untuk aliran laminar, Re < 2000)
Re = VD/
Untuk aliran turbulen (Re>4000) koefisien gesek (f) dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.
Universal Colebrook & White

dari persamaan di atas nilai f harus ditrial sedemikian sehingga ruas kiri sama dengan ruas kanan.

Persamaan pendekatan Colebrook & White
atau memakai pers. Barr (1)

dengan
f = koefisien gesek antara fluida dengan dinding pipa
k = kekasaran pipa (tergantung bahan pipa) (m)
Re = bilangan renold (VD/)
= kekentalan kinematik
D = diameter pipa (m)
L = panjang pipa
V = kecepatan aliran (m/dt)

Persamaan Hazen William

dengan
hf = kehilangan energi karena gesekan fluida dengan pipa (m)
L = panjang pipa
Q = debit aliran (m3/dt)
CHW = koefisien hazen william

Persamaan Manning

dengan
hf = kehilangan energi karena gesekan fluida dengan pipa (m)
L = panjang pipa
Q = debit aliran (m3/dt)
n = koefisien manning dari bahan pipa
Baik untuk persamaan Hazen William maupun persamaan Manning digunakan untuk aliran turbulen.
Nilai kekasaran pipa, nilai koefisien Hazen William dan koefisien Manning untuk masing-masing pipa disajikan pada tabel berikut ini.

Tabel 1. Nilai kekasaran (k) dalam mm untuk erbagai jenis pipa
No
Material Pipa
halus
Rata2
Kasar
1.
Gelas
0
0.003
0.006
2.
Baja halus, PVC, AC
0.015
0.03
0.06
3.
Baja biasa
0.03
0.06
0.15
4.
Galvanis
0.06
0.15
0.3
5.
Besi, pipa lining semen
0.15
0.3
0.6
6.
Beton
0.3
0.6
1.5
7.
Baja kasar
1.5
3
6
8.
Water mains
6.0
15
30
9.
Batu yg tak dilining, tanah
60
150
300
(sumber: Pipeflow Analysis, Stepenshon)

Tabel 2. Nilai kekasaran Hazen William dan Manning
No
Material Pipa
CHW
n
1.
PVC
150
0.009
2.
Semen, Pipa lining Besi
140
0.012
3.
Baja (welded steel)
130
0.014
4.
Kayu, beton
120
0.016
5.
Lempung, Lining Baja baru
110
0.017
6.
Besi cetak (lama)
100
0.020
7.
Besi cetak terkorosi
80
0.035
Sumber: Hydraulics of pipelines System

Dalam perencanaan nilai k, CHW dan Manning dapat langsung dipakai dengan mengasumsikan nilai k, CHW danmanning yang paling kasar, untuk sisi keamanan perencanaan. Akan tetapi nilai k, CHW dan n dapat dicari di laboratorium dengan mengamati debit yang lewat, perbedaan tinggi tekanan (pada piezometer), menghitung kecepatan yang terjadi dan menghitung nilai kekasaran dengan persamaan yang telah ada.
Kehilangan energi sekunder
Kehilangan energi karena gesekan (pada uraian di atas) dinamakan kehilangan utama, sedangkan kehilangan energi sekunder pada aliran pipa dapat terjadi karena terjadi perubahan tampang pipa (dari pipa besar ke kecil, kecil-besar), belokan-belokan maupun melalui valve serta lubang. Kehilangan energi karena belokan pipa ditabelkan berikut ini.

Tabel 3. Koefisien Kehilangan energi pada belokan pipa (pipa seragam)

20o
40o
60o
80o
90o
Kb
0.05
0.14
0.36
0.74
0.98
Sumber: Hidraulika II, Bambang Triatmodjo
Hf= Kb.V2/(2g)
Khusus belokan 90º dengan tikungan (belokan halus) kehilangan energi tergantung pada perbandingan jari-jari tikungan dengan diameter, yang ditabelkan berikut ini.
Tabel 4. Koefisien Kehilangan energi pada belokan pipa (pipa seragam)
R/D
1
2
4
6
10
16
20
Kb
0.35
0.19
0.17
0.22
0.32
0.38
0.42

BAB II
FLUID FRICTION APPARATUS TANPA RESERVOIR

A. Tujuan
Mahasiswa memahami prinsip kehilangan energi karena gesekan pipa dengan zat alir
Mahasiswa memahami kehilangan energi sekunder (karena perubahan tampang, dan belokan-belokan).
Mahasiswa dapat menentukan nilai kekasaran pipa maupun koefisien gesek (f) dengan pengamatan di laboratorium.

Gambar 2. Alat Percobaan Fluid Friction Apparatus

B. Alat dan Bahan
Papan dan rangkaian Fluid Friction Apparatus
Hydraulics bench
Stopwatch
Bejana ukur
C. Langkah-langkah Percobaan
Percobaan gesekan pipa dan perbesaran dan pengecilan pipa
Siapkan alat percobaan fluid friction apparatus termasuk bejana ukur (untuk menampung debit yang mengalir) dan stopwatch.
Buka kran aliran pipa paling atas (kran 1) dan tutup rapat kran-kran lainnya, bukaan kran (1) diperkirakan 1/5 dari bukaan penuh.
Pasang selang outlet pada bejana ukur
Hidupkan saklar pompa bersamaan dengan stopwotch, atau saklar pompa dulu, stopwatch baru dihidupkan setelah air melewati bagian bejana ukur yang tidak teratur.
Amati perbedaan tekanan aliran pada piezometer yang menunjukkan kehilangan energi pada gesekan, perbesaran tampang maupun pengecilan tampang
Pengamatan dihentikan setelah waktu alir sebesar 1 menit (dapat juga dengan mengamati dengan kontrol volume air setelah memenuhi bejana ukur pada ketinggian tertentu).
Ulangi langkah 2 – 6 dengan debit yang berbeda-beda dengan variasi debit 4 kali.

D. Langkah Analisis
Dari volume air yang tertampung (dalam bejana air) selama waktu tertentu dapat dihitung debit yang mengalir
Dari pengamatan piezometer dan data-data tampang pipa dapat dihitung kehilangan energi karena gesekan maupun karena perubahan tampang.
Kehilangan energi karena gesekan mengacu pada rumus Bernoulli sebagai berikut ini.

Ea = Eb

jika pipa mendatar, maka Za sama dengan Zb, dan jika diameter pipa sama maka Va2/(2g) sama dengan Vb2/(2g), sehingga persamaan tersebut menjadi sebagai berikut.

Untuk kasus perbesaran maupun pengecilan tampang, pada pipa mendatar, persamaan Bernoulli dapat ditulis sebagai berikut ini.

besarnya (Pa-Pb)/ sama dengan perbedaan pada tinggi piezometer titik A dan B. Va & Vb perlu dihitung untuk menghitung hf.
Dari hf dan kecepatan atau debit, dapat dibuat grafik yang menghubungkan antara keduanya.
Hf = K Q2 (mengacu persamaan manning)
Dengan least square error nilai K dapat ditentukan sebagai berikut ini
Log(Hf) = log(K) + 2 Log(Q)

Yi = C + 2 Xi
Prinsip least square error

diturunkan terhadap C, akan didapat persamaan sebagai berikut ini.

dari hitungan ini digambarkan grafik antara hf, Q2 dan persamaan yang telah didapat (KQ2)
Dari persamaan tersebut (KQ2), hf, dengan panjang antara titik A & B yang telah diketahui (L), Diameter pipa diketahui maka nilai kekasaran manning untuk pipa PVC dapat diketahui dari persamaan ini.

Dengan cara yang sama nilai kekasaran Hazen William juga dapat ditentukan dengan persamaan regresi

nilai kekasaran Hazen William (CHW) dapat ditentukan sebagai berikut

Nilai kekasaran manning dan Hazen William tersebut selanjutnya dicocokan dengan tabel yang telah ada dan dianalisis mengapa terjadi perbedaan.
Nilai kekasaran PVC (k) dapat juga ditentukan dari persamaan sebagai berikut ini.
(jika Re > 4000)

dari dua persamaan tersebut nilai k dapat ditentukan, dan dicocokkan dengan tabel kekasaran (k) yang telah ada. Jika aliran bersifat laminer, maka nilai f yang berpengaruh adalah nilai viskositas kinematik, nilai kekasaran pipa tidak ada pengaruhnya.

Menentukan koefisien kehilangan energi pada perbesaran maupun pengecilan penampang

D1 D2

Hf secara teoritis (untuk perpesaran penampang pipa)

secara praktis persamaan tersebut dapat ditulis
hf = KV12
Nilai K dapat dicari dengan merata-ratakan nilai K pada percobaan pertama sampai pada percobaan ke empat (dengan debit yang berbeda-beda).

Selanjutnya nilai K tersebut dibandingkan dengan nilai K teoritis dari persamaan yang mengandung A1 dan A2 tersebut di atas.

Untuk pengecilan penampang persamaan kehilangan energi biasanya dirumuskan sebagai berikut ini
Hf = 0.5 V22/(2g)

Nilai 0.5 tersebut akan dibandingkan dengan nilai K yang merupakan nilai rerata dari 4 percobaan di laboratorium dan dianalisis jika terjadi perbedaan yang menyolok.

Percobaan Kehilangan energi karena aliran melalui lubang
Langkah-langkah percobaan sama dengan langkah-langkah percobaan untuk kehilangan energi karena gesekan, hanya kran yang dihidupkan yang melalui lubang, dicoba dengan variasi debit 4 kali.

Langkah analisis
Membuat persaman dengan hf = K. V2/(2g)
Nilai K dapat ditentukan dengan least square error seperti di atas. Nilai K dapat juga didekati dengan fungsi perbandingan diameter antara diameter pipa dengan diameter lubang.
Hf = (1 – A. (Dlubang/Dpipa))2.V2/(2g)
Nilai A dapat ditentukan dengan nilai A rerata dari percobaan 1 sampai percobaan 4.
Percobaan Kehilangan energi karena belokan pipa
Langkah-langkah percobaan sama dengan langkah-langkah percobaan untuk kehilangan energi karena gesekan, hanya kran yang dihidupkan yang melalui belokan pipa (belokan 90o dan 135o), dicoba dengan variasi debit 4 kali.
Langkah analisis
Membuat persaman dengan hf = Kb. V2/(2g)
Nilai Kb dapat ditentukan dengan least square error seperti di atas, hasil nilai Kb ini dibandingkan dengan tabel kehilangan energi karena belokan seperti tercantum di atas.

E. ANALISA DAN PERHITUNGAN
Gesekan Pipa/Pipa Lurus
L pipa

D1

Referensi
1.a. Analisa Perhitungan
= 44,5 cm
= 39 cm
hair = 10 cm
waktu (t) = 14,43 det
D1 = 1,27 cm
Dkaleng = 33 cm
L pipa 1-2 = 30 cm
= 0,8418×10-2 cm2/det
Referensi = 90 cm

A = ¼ π D²pipa
= ¼ . π . (1,27) ²
= 1,266 cm2

V = ¼ π D²kaleng h1
= ¼ . π .(33)².10
= 8548,65 cm3
Q =
=
= 592,422 cm3/dt

v =
=
= 467,90 cm/dt

hf =
= 44,5 – 39
= 5,5 cm

Hf = f.LD.V22g
5,5 = f.301,27.119,13
f = 0,002

Re =
=
= 69664,06 > 4000
merupakan jenis Aliran turbulence

1.b.Kesimpulan dan Pembahasan

Untuk menghitung debit air (Q) adalah volume dibagi waktu dengan volume diperoleh dari luas kaleng dikali tinggi muka air dari dasar kaleng. Semakin besar volume dan semakin kecil waktu, maka debit semakin besar.
Untuk menghitung kecepatan aliran adalah debit air dibagi dengan luas penampang pipa.
Mencari nilai kehilangan energi akibat gesekan pipa dengan rumus bernoully adalah dengan selisih tekanan per satuan berat jenis, dengan besar berat jenis (γ) = 1000 kgf/m3 = 9,81 KN/m3
Menghitung renould (Re) adalah kecepatan dikali diameter pipa dibagi dengan kekentalan kinematika (). Nilai kekentalan kinematika = 0,8418×10-2 cm2/det. Setelah dari data yang kita peroleh dan hitung ternyata nilai Re>4000 yang menunjukan bahwa aliran tersebut termasuk jenis turbulance.
Karena hasil renould lebih dari 4000 maka aliran disebut aliran turbulence, sehingga menghitung nilai koefisien gesekan pipa dengan menggunakan persamaan f=0,00551+ 2000kD+106Re1/3
Untuk mencari kekasaran pipa kita harus mencari nilai hf, digunakan rumus hukum Bernoully, dimana persamaan awalnya adalah

Karena panjang pipa sama, maka kecepatan yang mengalir pun juga sama, sehingga keduanya pun juga dapat dihilangkan. Karena pipa lurus, maka Z1=Z2, sehingga dapat dihilangkan pula Sehingga persamaannya menjadi

hf=

P1 dan P2 dicari berdasarkan percobaan sehingga akan ketemu hf. Selanjutnya adalah mencari nilai f Dengan menggunakan rumus hf=

Jika v2/2g konstant/tetap, maka nilai k akan semakin kecil jika hf diperkecil juga, sebaliknya, semakin besar kehilangan energi maka kekasaran pipa juga akan semakin besar/pipa semakin kasar. maka nilai f akan ketemu, semakin besar nila hf maka semakin besar pula nilai f semakin kecil kehilangan energi maka koefisien geseknya semakin kecil

Dari data diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa kehilangan energi karena gesekan fluida dengan pipa tergantung koefisien nilai kekasaran pipa dari masing–masing percobaan. Semakin besar nilai koefisien kekasaran pipa maka semakin besar pula kehilangan energinya (Hf).

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

LABORATORIUM TEKNIK SIPIL

Jl. A. Yani Pabelan Kartasura. Telp ( 0271 ) 717417 - 219 Tromol Pos 1 Surakarta 57162

Kelompok : 1

Nama Kel. :
1. Aris Widanarko
(D 100 100 005)

2. Tri Purwanto

(D 100 100 012)

3. Riksa Daru Wahyono
(D 100 100 022)

Percobaan Fruid Friction Aparatus Tanpa Reservoir

A. Percobaan Gesekan Pipa

Percb
h air
t
Vol
Q
Pembacaan Pizometer
v
v² /2g
hf
Re
f
Jenis Aliran

P1/γ
P2/γ

( cm )
( det)
( cm³ )
( cm³/dt)
(cm)
(cm)
(cm/dt)
(cm)
(cm)

1
10,00
14,43
8548,65
592,42
44,50
39,00
467,68
119,13
5,50
70557,22
0,0020
turbulence
2
10,00
15,21
8548,65
562,04
66,50
57,00
443,69
107,22
9,50
66938,91
0,0038
turbulence
3
10,00
16,24
8548,65
526,39
53,00
48,00
415,55
94,05
5,00
62693,40
0,0023
turbulence
4
10,00
23,20
8548,65
368,48
33,40
27,00
290,89
46,09
6,40
43885,38
0,0059
turbulence
D1
=
0,5
inci
=
1,2700
cm

A1
=

1,2667
cm2

L pipa
=

30
cm

D kaleng
=

33
cm

π
=

3,1415

Referensi
=

90
cm

Pembesaran pipa
L pipa

D2 D3

Referensi
Dkaleng = 33 cm
hair = 10 cm
Waktu (t) = 14,43 dtk
= 39 cm
= 38 cm
Lpipa = 12 cm
D2 = 1,27 cm
D3 = 2,54 cm
Referensi = 90 cm
= 0,8418×10-2 cm2/det

Vol = ¼ π D²kaleng h1
= ¼ . π .(33)². 10
= 8548,65 cm3

Q =
=
= 592,42 cm3/dt

A2 = ¼ π D1²
= ¼ . π . (1,27) ²
= 1,27 cm2

A3 = ¼ π D2²
= ¼ . π .(2,54) ²
=5,06 cm2

v2 =
=
= 467,68 cm/dt

v3 =
=
= 207,96 cm/dt

Secara Real
EA = EB
hf =
=
= 105,51 cm

hf = k.v22g
105,51 = k.111,48
k = 0,95

Secara Teori
hf = ()2 .
= ()2 .
= 62,69 cm

hf = k.v22g
62,69 = k.111,48
k = 0,56

Re =
=
= 72895,28 > 4000

=0,56+0,56+0,56+0,564
=0,56

=0,95+0,0,96+0,99+0,884
=0,94

2.b.Kesimpulan dan Pembahasan :
Untuk menghitung Kecepatan aliran adalah debit air dibagi dengan luas penampang pipa. Semakin besar luas penampang pipa dan kecepatan aliran, maka semakin besar pula debit air trsebut.
Menghitung nilai kehilangan energi akibat pembesaran pipa (hf) menurut rumus bernoully secara praktek adalah menggunakan rumus dan secara teori adalah
Menghitung nilai kekasaran pipa adalah k =
Semakin besar nilai kehilangan energi maka semakin besar pula nilai kekasaran dan semakin kecil kecepatan aliran tersebut.
Secara teori, untuk mencari kekasaran pipa kita harus mencari nilai hf,
Hf =

jika A2 artinya, kehilangan energi semakin besar ketika suatu aliran pipa itu mengalami pembesaran pipa.

Untuk mencari kekasaran pipa pada saat mengalami pembesaran pipa dapat digunakan rumus

k=

Sedangkan secara real untuk mencari nilai hf kita dapat menggunakan rumus

EA=EB
hf=+

jika P2>P3 dan V2>V3

maka nila hf akan semakin besar
Jika hf semakin besar dan konstant maka nilai f juga akan semakin besar pula, artinya semakin besar kehilangan energi maka koefisen geseknya juga semakin besar
Jika f semakin besar maka nilai k juga akan semakin besar pula


FAKULTAS TEKNIK

Kelompok :1

Nama Kel. :
1. Aris Widanarko

(D 100 100 005)

2. Tri Purwanto

(D 100 100 012)

(D 100 100 022)

B. Percobaan Pembesaran Pipa

Percb
h air
t
Vol
Q
Pembacaan Pizometer
V2² /2g
V3² /2g
hf teori
hf real
k teori
k real
k rata2
k rata2
Re
Jenis Aliran

P2/γ
P3/γ

teori
real

(cm)
(detik)
(cm³)
(cm³/detik)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)

1
10,00
14,43
8548,65
592,42
39,00
38,00
111,48
6,97
62,69
105,51
0,56
0,95
0,56
0,94
72895,28
turbulence
2
10,00
15,21
8548,65
562,04
57,00
55,00
100,43
6,28
56,49
96,16
0,56
0,96

69190,09
turbulence
3
10,00
16,24
8548,65
526,39
48,00
43,00
88,10
5,51
49,56
87,59
0,56
0,99

64801,81
turbulence
4
10,00
23,20
8548,65
368,48
27,00
29,40
43,17
2,70
24,28
38,07
0,56
0,88

45361,26
turbulence

A2
v2
A3
v3

D3

=
2,54
cm

(cm²)
cm/dt
( cm² )
(cm/dt)

D2

=
1,27
cm

1,27
467,68
5,06
116,98

L pipa

=
12
cm

1,27
443,91
5,06
110,98

D kaleng
=
33
cm

1,27
415,75
5,06
103,94

π

=
3,1415

1,27
291,03
5,06
72,76

Referensi
=
90
cm

Pengecilan Pipa

L pipa

D4 D5

Referensi


Dkaleng = 33 cm
hair = 10 cm
Waktu (t) = 14,43 dtk
= 29,5 cm
= 12,5 cm
Lpi = 11 cm
D4 pipa besar = 2,54 cm
D5 pipa kecil = 1,.27 cm
= 0,8418×10-2 cm2/det
Referensi = 90 cm

Vol = ¼ π D²kaleng h1
= ¼ . π .(33)². 10
= 8548,65 cm3

Q =
=
= 592,42 cm3/dt

A4 = ¼ π D1²
= ¼ . π . (2,54) ²
= 2,85cm2

A5 = ¼ π D2²
= ¼ . π .(1,27) ²
=1,27 cm2

v4 =
=
= 207,96 cm/dt

v5 =
=
= 467,90 cm/dt

Secara Real
hf =
=
= -121,61 cm
hf = k.v22g
-121,61 = k.111,48
k = -1,09

Secara Teori
hf = 0,5.v22g
= 0,5.111,48
= 55,79 cm
hf = k.v22g
55,79 = k.111,48
k = 0,50

=-1,09-1,20-1,29-1,584
=-1,29

=0,50+0,50+0,50+0,504
=0,50

Re =
=
= 36465,05 > 4000

3.b.Kesimpulan dan Pembahaasan :
Untuk menghitung Kecepatan aliran adalah debit air dibagi dengan luas penampang pipa. Semakin besar luas penampang pipa dan kecepatan aliran, maka semakin besar pula debit air trsebut.
Menghitung nilai kehilangan energi akibat pengecilan pipa (hf) menurut rumus bernoully secara praktek adalah menggunakan rumus dan secara teori adalah


FAKULTAS TEKNIK

Kelompok : 1

Nama Kel. :
1. Aris Widanarko
(D 100 100 005)

2. Tri Purwanto

(D 100 100 012)

(D 100 100 022)

C. Percobaan Pengecilan Pipa

Percb
h air
t
Vol
Q
Pembacaan Pizometer
v4² /2g
v5² /2g
hf teori
hf real
k teori
k real
k rata2
k rata2
Re
Jenis Aliran

P4/γ
P5/γ

teori
real

(cm )
(detik)
(cm³)
(cm³/deti)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)

1
10,00
14,43
8548,65
592,42
29,50
12,50
6,97
111,59
55,79
-121,61
0,50
-1,09
0,50
-1,29
36465,05
turbulence
2
10,00
15,21
8548,65
562,04
38,00
11,30
6,28
100,43
50,22
-120,86
0,50
-1,20

34595,05
turbulence
3
10,00
16,24
8548,65
526,39
53,00
22,00
5,51
88,10
44,05
-113,59
0,50
-1,29

32400,90
turbulence
4
10,00
23,20
8548,65
368,48
45,00
17,40
2,70
43,17
21,58
-68,07
0,50
-1,58

22680,63
turbulence

A4
A5
v4
v5

D4
=
2,54
cm

( cm² )
(cm²)
(cm/dt)
(cm/dt)

D5
=
1,27
cm

5,06
1,27
116,98
467,90

L pipa
=
11
cm

5,06
1,27
110,98
443,91

D kaleng
=
33
cm

5,06
1,27
103,94
415,75

π
=
3,1415

5,06
1,27
72,76
291,03

Referensi
=
90
cm

Elbow Pipa (90˚)

L1
L2
Z6 Z7

Referensi
4.a. Analisa Perhitingan
Lpipa = 15,5 cm
Dkaleng = 33 cm
Dpipa = 1,27 cm
Z6 = 20,5 cm
Z7 = 14,5 cm
= 114 cm
= 104 cm
h = 5 cm
t = 21,08 dtk
g = 981 (cm/dt²)
= 0,8418×10-2 cm2/det
Referensi = 80 cm
= 0,8418×10-2 cm2/det

Vol = ¼ π (Dkaleng)². h1
= ¼ . 3,14 .(33)². 5
= 8548,65 cm3

A = ¼ π Dpipa²
= ¼ . 3,14 . (1,27) ²
= 1,27 cm2

Q =
=
= 405,534 cm³/dt

v =
=
= 320,14 cm/dtk

Hf = (Z6 – Z7) +
=(20,5 – 14,5) + (114-104)
= 16 cm

hf = k.v22g
72,54 = k.111,48
k = 0,65

Re =
=
= 47664,73 > 4000

4.b.Kesimpulan dan Pembahasan :
Menghitung nilai kehilangan energi akibat belokan pipa (hf) menurut rumus bernoully secara praktek adalah menggunakan rumus Dengan v6 dan v7 adalah dianggap sama besarnya.
Menghitung Koefisien Kehilangan Energi akibat belokan ( kb )
hf = kb .
Dengan least square error nilai kb dapat ditentukan sebagai berikut ini:
Log(Hf) = log(kb) + Log(V²/2g)

Y1 = C + X1

Diturunkan terhadap C, akan didapat persamaan sebagai berikut ini

Nilai kb yang diperoleh sebesar 0,9595 yang mendekati nlai kb untuk
pipa dengan belokan 90


FAKULTAS TEKNIK



Kelompok : 1

Nama Kel. :
1. Aris Widanarko

(D 100 100 005)

2. Tri Purwanto

(D 100 100 012)

(D 100 100 022)

D. Percobaan Elbow 90˚

Percb
h air
t
Vol
Q
Pembacaan Pizometer
A
v
v6² /2g
hf real
k
Re
Jenis Aliran

P6/γ
P7/γ

(cm )
( detik)
(cm³ )
(cm³/det)
(cm)
(cm)
(cm² )
(cm/dt)
(cm)
(cm)

1
10,00
21,08
8548,65
405,53
114,00
104,00
1,27
320,14
52,24
16,00
0,31
47664,73
turbulence
2
10,00
35,36
8548,65
241,76
43,00
36,00
1,27
190,85
18,57
13,00
0,70
28415,51
turbulence
3
10,00
41,11
8548,65
207,95
29,00
27,50
1,27
164,16
13,74
7,50
0,55
24441,07
turbulence
4
10,00
50,17
8548,65
170,39
18,00
15,20
1,27
134,51
9,22
8,80
0,95
20027,36
turbulence

Z6
=
20,5
cm

Z7
=
14,5
cm

D pipa
=
1,27
cm

L pipa
=
15,5
cm

D kaleng
=
33
cm

π
=
3,1415

Referensi
=
80
cm

BAB III
FLUID FRICTION APPARATUS DENGAN RESERVOIR

A. Tujuan
Mahasiswa memahami prinsip kehilangan energi karena gesekan pipa dengan zat alir
Mahasiswa memahami kehilangan energi sekunder (karena belokan pipa atau pipa yang mengalami percabangan).
Mahasiswa dapat menentukan nilai kekasaran pipa maupun koefisien gesek (f) dan koefisien belokan dengan pengamatan di laboratorium.

Gambar 2. Alat Percobaan Fluid Friction Apparatus

B. Alat dan Bahan
Reservoir dan seperangkat pipa PVC untuk percobaan gesekan dan kehilangan energi di percabangan pipa
Bejana ukur (dari rangkaian kaca)
Hydraulics bench
Stop watch
Bejana ukur

C. Langkah-langkah Percobaan Gesekan Pipa
Siapkan alat percobaan fluid friction apparatus termasuk reservoir, bejana ukur (untuk menampung debit yang mengalir) dan stopwatch.
Buka kran pipa PVC yang tidak bercabang dengan 1/5 bukaan penuh, biarkan pipa mengalir dan mengisi reservoir, kran di ujung pipa ditutup. Jika muka air di reservoir + 8 cm dan tinggi muka air di piezometer terlihat, matikan pompa dan biarkan air menstabilkan diri.
Jika air sudah tenang, tandai muka air di piezometer. Tanda muka air di piezometer ini dinamakan garis referensi ( datum).
Hidupkan pompa dengan bukaan 1/4 penuh, kran penutup di ujung pipa PVC diatur sedemikian sehingga muka air di reservoir lebih tinggi dari + 8 cm, dan tinggi muka air di piezometer lebih tinggi dari garis referensi
Jika debit sudah stabil catat waktu yang dipakai untuk menaikkan tinggi muka air di bejana ukur (bejana kaca) dari skala 3 cm sampai penuh (tepat akan melimpas). Ukurlah debit yang mengalir
Ulangi langkah 2 – 6 dengan debit yang berbeda-beda dengan variasi debit 4 kali.

D. Langkah Analisis
Dari pengamatan piezometer dan data-data tampang pipa dapat dihitung kehilangan energi karena gesekan.

Kehilangan energi karena gesekan mengacu pada rumus Bernoulli sebagai berikut ini.

jika pipa mendatar, maka Za sama dengan Zb, dan jika diameter pipa sama maka Va2/2g) sama dengan Vb2/(2g), sehingga persamaan tersebut menjadi sebagai berikut.

Jika ternyata pipa tidak sepenuhnya mendatar, maka jarak antara garis referensi ke muka air di piezometer adalah Z + P/, sehingga persamaan menjadi :

Dari hf dan kecepatan atau debit, dapat dibuat grafik yang menghubungkan antara keduanya.
Hf = f(Q2) (mengacu persamaan manning), terlihat bahwa hubungan hf dengan Q2 adalah tidak linier
Dari kehilangan karena gesekan dapat diketahui bahwa hf adalah sama dengan f.L/D. V2/(2g), dari persamaan ini dapat diketahui besarnya geseken f untuk masing-masing debit. Grafikkan nilai f dengan bilangan reynold, dan komentari hasil grafiknya

F. Langkah-langkah Percobaan Percabangan Pipa
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk memahami kehilangan energi yang disebabkan oleh belokan pipa.
Langkah-langkah percobaan adalah sebagai berikut ini.

Siapkan alat percobaan fluid friction apparatus termasuk reservoir, bejana ukur (untuk menampung debit yang mengalir) dan stopwatch.
Buka kran awal pipa PVC yang bercabang dengan 1/5 bukaan penuh, biarkan pipa mengalir dan mengisi reservoir, kran di ujung pipa ditutup. Jika muka air di reservoir + 8 cm dan tinggi muka air di piezometer terlihat, matikan pompa dan biarkan air menstabilkan diri.
Jika air sudah tenang, tandai muka air di piezometer. Tanda muka air di piezometer ini dinamakan garis referensi ( datum).
Hidupkan pompa dengan bukaan 1/4 penuh, salah satu kran penutup di cabang ditutup, sementara itu kran penutup di cabang lainnya diatur sedemikian sehingga muka air di reservoir lebih tinggi dari + 8 cm, dan tinggi muka air di piezometer lebih tinggi dari garis referensi Catat tinggi muka air di piezometer sebelum berbelok dan setelah berbelok. Bersamaan dengan hal ini, catat waktu yang digunakan untuk memenuhi bak ukur (bak kaca) sampai dengan akan melimpas.
Ulangi langkah 4 dengan debit yang berbeda-beda dengan variasi debit 4 kali.

G. Langkah Analisis
Dari pengamatan piezometer dan data-data tampang pipa dapat dihitung kehilangan energi karena belokan pipa.
Kehilangan energi karena belokan pipa mengacu persamaan berikut ini.
Hf = X1 – X2
Dengan Xa = selisih tinggi muka air di piezometer dengan garis referensi sebelum belokan, dan Xb selisih tinggi piezometer dengan garis referensi setelah belokan. Secara teoritis persamaan kehilangan energi karena belokan adalah :
Hf = K. Q2
Dari data hf dan Q selama lima kali percobaan, dapat diturunkan rumus untuk mencari K sebagai berikut ini.
Dengan least square error nilai K dapat ditentukan sebagai berikut ini

Log(Hf) = log(K) + 2 Log(Q)

Yi = C + 2 Xi

diturunkan terhadap C, akan didapat persamaan sebagai berikut ini.

dari hitungan ini digambarkan grafik antara hf, Q2 dan persamaan yang telah didapat (KQ2). Cocokkan hasil hitungan K dengan tabel kehilangan energi karena belokan di landasan teori di depan.

H. ANALISA DAN PERHITUNGAN
1. Pipa Lurus Tanpa Belokan

h1 h2
D pipa

L pipa

hair

L

P
h1 = 9,75 cm
h2 = 8,7 cm
Lpipa = 100 cm
Dpipa = 1,905 cm
g = 981 cm/dt2
P = 58 cm
L = 100 cm
hair = 5 cm

hf = h1 - h2
= 9,75-8,7
= 1,05 cm

Volume (V) =P×L×h air
= 58×100×5
= 29000 cm3

A = ¼ π Dpipa
= ¼ . 3,14 . 1,905
= 2,85cm2

Q = Volumet
= 2900069,15
= 419,38 cm3/dt

v = QA
=
= 147,21 cm/dt

Hf = f.LD.V22g
1,05 = f.1001,905.11,05
f = 0,0018

Re =
=
= 32877
Karena hasil Re >4000 maka jenis aliran turbulence

1.b.Kesimpulan dan Pembahasan:
Menghitung renould (Re) adalah kecepatan dikali diameter pipa dibagi dengan kekentalan kinematika (). Nilai kekentalan kinematika adalah 0,8418×10-2 cm2/det. Setelah dari data yang kita peroleh dan hitung ternyata nilai Re > 4000 yang menunjukan bahwa aliran tersebut termasuk jenis turbulence.
Karena datumnya yang sama, maka kehilangan energi diperoleh dengan selisih antara h1 dan h2
Nilai koefisien gesekan diperoleh dengan persamaan f = hf D 2gL v2


FAKULTAS TEKNIK

Kelompok : 4

Nama Kel. :
1. Aris Widanarko
(D 100 100 005)

2. Tri Purwanto

(D 100 100 005)

(D 100 100 022)

Percobaan Fruid Friction Aparatus dengan Reservoir

A. Pipa Tanpa Belokan

Percb
t
h1
h2
Q
v
hf
v² /2g
f
Re
Jenis Aliran

(detik)
(cm)
(cm)
(cm³/detik)
(cm/detik)
(cm)
(cm)

1
69,15
9,75
8,70
419,38
147,21
1,05
11,05
0,0018
32877,00
turbulence

2
70,53
11,00
9,40
411,17
144,33
1,60
10,62
0,0029
32233,72
turbulence

3
94,56
16,25
15,50
306,68
107,65
0,75
5,91
0,0024
24042,35
turbulence

4
118,38
20,25
19,60
244,97
85,99
0,65
3,77
0,0033
19204,63
turbulence

L pipa

=
100
cm

D1

=
1,905
cm

P

=
58
cm

L

=
100
cm

h air

=
5
cm

Volume

=
29000
cm3

A

=
2,85
cm2

π

=
3,1415

Pipa Lurus Dengan Belokan

Z1+h1
Z2+h2

L pipa

hair

L

p
Z1+h1 = 23,9 cm
Z2+h2 = 23,4 cm
L = 100 cm
Dpipa = 1,27 cm
Lpipa = 100 cm
Dpipa = 1,905 cm
g = 981 cm/dt2
P = 58 cm
L = 100 cm
hair = 5 cm

hf = (h1+Z1) – (h2+Z2)
= 21,5 – 20
= 1,5 cm

Volume (V) =P×L×h air
= 58×100×5
= 29000 cm3

A = ¼ π D2pipa
= ¼ . 3,14 . 1,272
= 1,266 cm2

Q = Volumet
= 2900094,04
= 308,38 cm3/dt

v = QA
=
= 243,45 cm/dt

Re =
=
= 36245, 62 >4000 maka jenis aliran turbulence

hf = k
log (hf) = Log (k) + 2 Log (Q)
= C + 2

Nilai log hf
Σ Y1 = Log hf1 +Log hf2 +Log hf3 +Log hf4
= 0,176+0,447+0,079+0,544
= 1,246
Nilai 2Log
2Σ X1 = 2Log Q1 + 2Log Q2 +2Log Q3
= 4,978+5,116+5,140+5,376
= 20,611
=minimum
= nC + 2
1,246 = 3C+20,611
C = -6,4546
K =

2.b.Kesimpulan dan Pembahasan:
Menghitung renould (Re) adalah kecepatan dikali diameter pipa dibagi dengan kekentalan kinematika (). Nilai kekentalan kinematika adalah 0,8418×10-2 cm2/det. Setelah dari data yang kita peroleh dan hitung ternyata nilai Re>4000 yang menunjukan bahwa aliran tersebut termasuk jenis turbulance
Karena datum yang berbeda, kehilangan energi dapat diperoleh dengan persamaan hf = (h1+Z1) – (h2+Z2)


FAKULTAS TEKNIK

Kelompok : 1

Nama Kel. :

1. Aris Widanarko
(D 100 100 005)

2. Tri Purwanto

(D 100 100 012)

(D 100 100 022)

Percobaan Fruid Friction Aparatus dengan Reservoir

B. Pipa dengan Belokan

Percb
t
z1+h1
z2+h2
Q
v
hf
v² /2g
k
Re
Jenis Aliran

(detik)
(cm)
(cm)
(cm³/detik)
(cm/detik)
(cm)
(cm)

1
94,04
21,50
20,00
308,38
243,45
1,50
30,21
0,05
36245,62
turbulence

2
80,27
14,30
11,50
361,28
285,21
2,80
41,46
0,07
42463,41
turbulence

3
78,04
15,50
14,30
371,60
293,36
1,20
43,86
0,03
43676,81
turbulence

4
59,45
7,50
4,00
487,80
385,09
3,50
75,58
0,05
57334,54
turbulence

L pipa
=
100
cm

D2
=
1,27
cm

z1
=
7
cm

z2
=
7
cm

P
=
58
cm

L
=
100
cm

h air
=
5
cm

Volume
=
29000
cm3

A
=
1,27
cm2

π
=
3,1415

BAB IV
PERCOBAAN PANCARAN FLUIDA

A. Tujuan
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui dan memahami gaya tumbukan dari pancaran fluida, dengan menumbukkan pancaran fluida ke dalam plat datar dan mangkuk.

B. Alat dan Bahan
1. Alat pancar air, yang terdiri dari
Pipa vertikal sebagai curat
Lempeng datar
Lempeng (mangkuk)
Tabung transparan
2. Hidraulich bench
3. Stop Watch

C. Langkah-langkah Percobaan
Alat mula-mula didatarkan dan tuas diatur pada posisi seimbang dengan beban geser pada posisi nol
Air dipompa melalui katup suplai, dengan bukaan kran sebesar 1/8 dari bukaan maksimum kran, posisi beban digeser-geser sedemikian seimbang, dicatat jarak kedudukan beban terhadap sendi ataupun terhadap letak pancaran fluida
Pada waktu pengaliran tersebut volume air dicatat pada waktu tertentu
Percobaan diulang dari langkah 2 dan 3 sampai 4 kali
Dianalisis besar gaya pancaran fluida yang terjadi
Hasil gaya pancaran air pada plat datar dan mangkuk dibandingkan dengan gaya maksimum yang mungkin terjadi pada pancaran air.

D. Landasan Teori
Pancaran Fluida
Menurut hukum Newton II jumlah Gaya pada suatu sistem merupakan perubahan momentum pada sistem tersebut.

Untuk aliran air masa (m) = masa air perdetik yang lewat=Q
Sehingga untuk kasus pancaran fluida seperti gambar di bawah ini.
U Fy
U

V2

V1
S Q -
Untuk = 90o
Fy = Q(V1)
Untuk = 180o
Fy = 2Q(V1)

Gambar 5. Sketsa Tumbukan Air

Hubungan antara U (kecepatan pada saat pancaran) dan V1 (kecepatan pada saat akan menumbuk lempengan) adalah sebagai berikut ini.

V12 = U2 – 2g S
(dengan S jarak antara ujung nozzel dengan plat)

Pada saat beban di geser sehingga akan terjadi keseimbangan antara momen antara gaya pancaran fluida dengan beban terhadap titik pivot (sendi). Untuk mengetahui seberapa besar gaya pancaran fluida dapat dicermati dengan gambar sebagai berikut ini.

``FyYPivotXW
Fy
Y
Pivot
X
W
Gambar 5. Sistem keseimbangan dari pancaran fluida

Sistem keseimbangan Momen pada Sendi (Pivot) adalah sebagai berikut ini.

Fy.Y = W (X+Y)
Fy = W (X+Y)/Y

E. Tahapan Analisis
Dari Volume air yang tertampung hitung debit yang mengalir
Dari catatan beban, lengan beban terhadap pivot dan lengan Fy terhadap pivot hitunglah Fy (selama 8 kali percobaan)
Hitunglah U = Q/(luas lubang di nozzle) dan V (kecepatan air saat menumbuk plat) dengan rumus di atas
Hitunglah Qv (hitungan langkah 1 s/d 4 ditabelkan saja)
Grafikkan antara Fy dengan Qv carilah regresi linier antara keduanya dengan cara sebagai berikut ini.

nilai m merupakan besar efisiensi dari mangkuk ataupun plat datar.

F. ANALISA DAN PERHITUNGAN
1. Pancaran Fluida

U Y real
U
D curat

1.a.Analisa Perhitungan

Dkaleng = 33 cm
Dcurat = 0,4 cm
Waktu (t) = 186 dt
Hair = 5 cm
Y real = 19,5 cm
g = 981 (cm/dt²)

Vol.air = ¼ π D² h
= ¼ . π . 33² . 5
= 4274,33 cm3

Q =
=
= 22,98 cm3/dt
Acurat = ¼ π D²curat
= ¼ . π . (0,4)²
= 0,13 cm

vpancaran =
=
= 182,96cm/dt

Yteori =
=
= 17,06 cm

YReal = Tinggi pancaran pada saat praktik
= 19,5 cm

K =
=
= 0,875

1.b.Kesimpulan dan Pembahasan
Untuk menghitung Volume Air dalam kaleng silinder dapat menggunakan rumus V= 14πD2h. dimana D merupakan diameter kaleng dan h merupakan tinggi permukaan air dari dasar kaleng.
Menghitung debit air (Q) adalah Volume Air dalam kaleng dibagi dengan waktu (t). Dengan persamaan : Q = Vt
Semakin besar volume kaleng maka semakin besar juga debit air yang dihasilkan, dan semakin lama waktunya maka debit air semakin kecil.
Menghitung kecepatan pancaran adalah debit air (Q) dibagi dengan luas penampang curat Acurat. Dengan diketahui diameter curatnya adalah 0,4 cm.
Menghitung Yteori adalah kuadrat kecepatan pancaran dibagi dengan dua kali percepatan gravitasi. Dengan persamaan: Yteori = dengan besar percepatan gravitasi adalah 981 cm/dt
Menghitung k adalah Yteori dibagi Yreal.


FAKULTAS TEKNIK

Kelompok : 1

Nama Kel. :
1. Aris Widanarko

(D 100 100 005)

2. Tri Purwanto

(D 100 100 012)

(D 100 100 022)

Tabel Percobaan Pancaran Fluida

Prcob
D curat
D kaleng
Y real
H air
t
Vol air
Q
A
v aliran
Y teori
k

cm
cm
cm
cm
dtk
cm3
cm3/dt
cm2
cm/dt
(V2/2g)
Y teori/Yreal
1
0,4
33
19,5
5
186
4274,33
22,98
0,13
182,96
17,06
0,875
2
0,4
33
39
5
122
4274,33
35,04
0,13
278,94
39,66
1,017
3
0,4
33
79
5
77
4274,33
55,51
0,13
441,96
99,56
1,260
4
0,4
33
113
5
53
4274,33
80,65
0,13
642,10
210,14
1,860

BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Setelah melakukan beberapa percobaan dan analisis data dapat Kami simpulkan bahwa kehilangan energy dipengaruhi oleh gesekan antara aliran air dan pipa yang mennnyebabkan kehilangan energy primer, adanya perubahan luas penampang pipa dan belokan yang menyebabkan kehilangan energy sekunder.
Jenis aliran yang mengalir pada pipa percobaan adalah turbulence karena Re>4000.
Pada percobaan pancaran fluida berlaku hukum Newton II yang merupakan perubahan momentum.

Saran
Setelah kami analisis data, banyak data yang kurang sesuai dengan teori, hal tersebut dimungkinkan terjadi karena kondisi alat praktikum yang sudah tidak baik. Mohon agar alat praktikum khususnya mekanika fluida agar selalu dicek dalam periode tertentu dan jika terjadi kerusakan agar segera diperbaiki, karena biaya praktikum yang naik sanpai 80% kita juga berhak mendapat kelayakan dalam menggunakan alat praktikum.

BAB V
PENUTUP
Assalamualaikum Wr.Wb
Alhamdulillah Kami panjatkan Kehadirat Alloh SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, inayah serta kekuatan kepada Kami sehingga Kami dapat menyelesaikan Laporan Praktikum Mekanika Fluida ini dengan baik. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dalam memahami mata kuliah Mekanika Fluida dan dapat mengaplikasikannya dalam kehidupan.
Tidak lupa juga Kami ucapkan kepada banyak pihak yang telah membantu Kami dalam menyusun Laporan Praktikum Mekanika Fluida ini.
Wassalamualaikum Wr.Wb

Penulis

BAB VI
PENUTUP

Alhamdulillah kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahNya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Praktikum Mekanika Fluida ini dengan lancar.
Dengan ini kami dapat mengambil hikmah berupa pengetahuan yang sangat bermanfaat bagi kami dan kehidupan, dan tidak lupa kami ucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan laporan ini.
Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam laporan ini. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan demi kesempurnaan laporan ini.
Akhirnya penyusun hanya dapat berharap semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi semua kalangan civitas akademik.
V2/2g (cm)
hf real (cm)

V2/2g (cm)
hf (cm)

Hubungan Yreal & Yteori
Yreal (cm)
Yteori (cm)

V2/2g (cm)
hf (cm)

GRAFIK HUBUNGAN ANTARA V2/2g & hf
V2/2g (cm)
hf (cm)

V2/2g (cm)
hf real (cm)

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA LENGKAP

Recommend Documents