2017

PANDUAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA KL – 2101

Semester 1 - 2016/2017

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016

KATA PENGANTAR Petunjuk pelaksanaan praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika ini disusun dengan

tujuan

mempermudah

pemahaman

materi

praktikum

maupun

penyusunan laporan praktikum. Selain itu, melalui petunjuk ini diharapkan praktikan mendapat gambaran secara umum, teori dan praktik serta memberikan sedikit gambaran tentang aplikasi secara model dalam rekayasa Sipil khususnya bagian Teknik Sumber Daya Air. Mudah-mudahan petunjuk pelaksanaan praktikum ini dapat lebih bermanfaat dan sekaligus menunjang studi di bangku kuliah. Tentu saja praktikan tetap harus membaca lebih banyak pustaka yang lain. Demikian harap maklum dan terima kasih.

Bandung, September 2016 Penyusun, Kepala Laboratorium Sumber Daya Air

Dhemi Harlan, S.T., M.T., M.Sc., Ph.D NIP 197105052006041001

Catatan : Petunjuk pelaksanaan praktikum ini direvisi tahun 2011 oleh Nessia Fausta C. dibantu oleh Zharina Ashri Indra, Vittorio Kurniawan, Doddey Sanjaya dan Khristya Pusparini Pramitha.

ii

DAFTAR ISI Kata Pengantar ....................................................................................... ii Daftar Isi ............................................................................................... iii Tata Tertib Praktikum .............................................................................. iv Kerangka Penyusunan Laporan .................................................................viii Daftar Gambar ....................................................................................... xii Daftar Tabel ..........................................................................................xiii MEKANIKA FLUIDA Modul I Tumbukan Akibat Pancaran Fluida ................................................. 1 Modul II Aliran Melalui Venturimeter ......................................................... 11 Modul III Aliran Melalui Orifice ................................................................. 19 Modul IV Kestabilan Benda Terapung ........................................................ 27 Lampiran : Prinsip Kerja Bangku Hidrolis .................................................... 36

iii

TATA TERTIB PRAKTIKUM 1.

PRAKTIKUM

1.1

Sebelum praktikum, praktikan wajib mengikuti pengarahan praktikum oleh koordinator

praktikum,

praktikan

yang

tidak

mengikuti

pengarahan

pertama mendapat tugas tambahan. 1.2

Saat praktikum : a. Praktikan wajib memakai kemeja, sepatu dan kaus kaki. b. Praktikan diharapkan hadir sesuai jadwal kelompok dan hadir di tempat

praktikum

sebelum

praktikum

dimulai,

praktikan

yang

terlambat 15 menit dari waktu yang ditetapkan akan mendapatkan pengurangan nilai akhir untuk satu kelompok. c. Setiap praktikan (bukan kelompok) harus membawa modul praktikum dan kartu asistensi. d. Sebelum praktikum dimulai, akan diberi tes awal yang mempunyai bobot dan praktikan wajib membawa kertas A4 untuk test awal, bila test awal kurang dari nilai minimum, praktikan mendapat tugas tambahan. 1.3

Setelah praktikum selesai, praktikan membereskan alat-alat percobaan sesuai tempatnya.

1.4

Setelah praktikum selesai, seluruh lembar data harus ditandatangani asisten, praktikan wajib memberikan salinan data praktikum kepada asisten paling lambat 1 hari setelah praktikum.

2.

ASISTENSI

2.1

Asistensi mempunyai bobot dan penilaian praktikum.

2.2

Pada saat asistensi, kelompok membawa lembar asistensi kelompok yang harus dicantumkan pada laporan akhir dan membawa kartu asistensi yang ditandatangani asisten setiap kali asistensi.

2.3

Waktu dan tempat asistensi ditentukan berdasarkan kesepakatan antara asisten praktikum dan kelompok praktikan.

2.4

Setiap asistensi, seluruh anggota kelompok wajib hadir semua.

2.5

Asistensi minimal dilaksanakan 4 kali untuk keseluruhan modul.

iv

3.

DRAFT LAPORAN

3.1

Setiap kelompok wajib menyerahkan draft laporan per modul yang harus disetujui asisten kelompok dengan batas waktu yang ditentukan asisten masing-masing.

3.2

Draft

laporan

harus

masuk

tepat

pada

waktunya,

jika

terlambat

kebijaksanaan ditentukan asisten kelompok masing-masing. 3.3

Setiap kelompok wajib memiliki draft laporan (asli atau salinan) untuk dibawa saat presentasi.

3.4

Draft diketik dengan komputer dengan format seperti pada kerangka penyusunan laporan.

3.5

Format draft terdiri dari Pendahuluan, Dasar Teori dan Penurunan Rumus, Contoh Perhitungan, Tabel Perhitungan, Grafik, Analisis Grafik, Kesimpulan Praktikum, dengan pengembangan yang dapat disesuaikan.

4.

PRESENTASI

4.1

Syarat presentasi adalah telah mengumpulkan draft modul kepada asisten masing-masing, telah melakukan asistensi, mendapat nilai minimum test awal praktikum.

4.2

Presentasi dilaksanakan di ruang asisten Laboratorium Mekanika Fluida dan Uji Model Hidraulika, Program Studi Teknik Sipil ITB.

4.3

Saat presentasi mengenakan pakaian rapi dan sopan; kemeja, celana panjang/rok, dan sepatu (tidak diperkenankan memakai sandal/sepatu sandal).

4.4

Tim penguji terdiri dari asisten-asisten mekanika fluida yang sudah ditentukan.

4.5

Materi presentasi berkaitan dengan praktikum dan teori dasar mekanika fluida.

4.6

Anggota kelompok saat presentasi harus lengkap. Jika tidak, maka anggota praktikum yang tidak hadir dianggap mengundurkan diri dari praktikum kecuali ada pemberitahuan terlebih dahulu.

4.7

Tugas-tugas tambahan yang diberikan saat presentasi, harus dilampirkan pada laporan akhir praktikum.

4.8

Pada

saat

praktikum,

presentasi draft

wajib

laporan.

membawa

kartu

Diperbolehkan

asistensi,

membawa

modul

literatur

lain

sebagai bahan rujukan. 4.9

Presentasi ulang dapat ditawarkan kepada asisten-asisten penguji (bila peserta praktikum merasa tidak memenuhi syarat kelulusan presentasi)

v

dan praktikan, dengan jadwal yang merupakan kesepakatan bersama antara praktikan dan asisten penguji. 5.

TUGAS TAMBAHAN

5.1

Tugas tambahan yang diberikan saat tidak mengikuti pengarahan pertama pertama praktikum tergantung kebijakan dari asisten kelompok masingmasing dan sudah dilaksanakan sebelum mengikuti praktikum.

5.2

Tugas tambahan yang diberikan saat mendapat nilai test awal yang kurang dari nilai minimal harus sudah dikumpul sebelum asistensi pertama sebagai syarat asistensi.

5.3

Tugas tambahan yang diberikan saat presentasi harus dapat dikumpul pada saat pengumpulan laporan sebagai lampiran.

6.

LAPORAN AKHIR

6.1

Laporan yang telah diuji dan disetujui saat presentasi wajib diserahkan seminggu setelah presentasi, bila memerlukan perbaikan laporan tersebut wajib diperbaiki dalam waktu yang sama dan bila diperlukan akan diadakan asistensi tambahan.

6.2

Laporan akhir harus sudah tercantum cover, lembar pengesahan, daftar isi, daftar tabel, daftar grafik, daftar lampiran, header (judul modul/judul lembar) dan footer (laporan praktikum kelompok XY dan halaman laporan sesuai daftar isi) pada setiap lembar, lembar asistensi, daftar pustaka.

6.3

Laporan yang diserahkan harus mendapat persetujuan asisten dan koordinator asisten (sebelum dijilid).

6.4

Laporan yang sudah mendapat persetujuan asisten dan koordinator wajib dijilid sebagai syarat keluarnya nilai akhir.

6.5

Laporan Akhir diketik dengan komputer sesuai draft awal dan perbaikan setelah presentasi dengan format seperti pada kerangka penyusunan laporan.

6.6

Agar lebih jelas, lihat lembar kerangka penyusunan laporan akhir pada lembar berikut.

7.

NILAI AKHIR

7.1

Setelah laporan akhir diterima oleh koordinator asisten, koordinator asisten memberikan nilai akhir berupa angka yang menentukan lulus tidaknya praktikan.

vi

7.2

Penentuan lulus tidaknya berdasarkan nilai akhir minimal yang akan ditentukan berdasarkan bobot kumulatif nilai test awal, nilai asistensi, nilai presentasi dan nilai laporan akhir.

Bandung, September 2016 Koordinator Asisten Praktikum

Faizhal Kamaluddin Prasetya S.T. NIM 15512016

vii

KERANGKA PENYUSUNAN LAPORAN 1. Laporan dicetak pada kertas HVS berukuran A4 (210 mm x 297 mm) dan berat 80 g/m2 (HVS 80 GSM) serta dicetak dengan batas 4 cm dari tepi kiri kertas, dan 3 cm dari tepi kanan, tepi atas dan tepi bawah kertas. 2. Laporan dicetak pada satu muka halaman (tidak bolak-balik). 3. Laporan dibuat dengan bantuan komputer menggunakan pencetak (printer) dan dengan huruf jenis Times New Roman, dengan ukuran Font 12. Baris-baris kalimat laporan berjarak satu setengah spasi. Judul bab, sub bab, dan cover disesuaikan agar proporsional. 4. Bentuk penjilidan adalah jilid buku dengan kemasan Soft Cover Kertas Omega Foil Warna Biru Muda 5. Susunan laporan praktikum Mekanika Fluida : 1. Sampul Depan (Cover) Berisi judul praktikum, maksud pembuatan laporan, semua judul modul praktikum, kelompok dan nama anggota kelompok beserta NIM, asisten pembimbing dan logo dan nama perguruan tinggi serta periode praktikum. 2. Lembar Pengesahan Lembar ini menyatakan pengesahan dan persetujuan bahwa laporan telah selesai dan disetujui oleh asisten pembimbing dan koordinator praktikum serta mengetahui Kepala Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air. 3. Kata Pengantar 4. Daftar Isi 5. Daftar Tabel 6. Daftar Grafik 7. Laporan Praktikum, untuk tiap bab terdiri dari : 

Pendahuluan



Tujuan Praktikum



Alat-alat percobaan dan Gambar alat percobaan



Dasar Teori dan Penurunan Rumus



Prosedur Percobaan : Sebutkan data-data apa saja yang didapat dan satuannya.



Contoh Perhitungan : Cukup ditulis salah satu data saja beserta langkah-langkahnya, dan perhitungan selanjutnya disajikan secara tabelaris. Jika ada konversi satuan harap disebutkan juga.

viii



Grafik dan Analisa Berisi gambar grafik yang diminta pada buku petunjuk praktikum dan yang diminta oleh asisten. Setelah gambar grafik, langsung berikan analisa mengenai grafik tersebut.



Kesimpulan dan Saran Berisi kesimpulan dari hasil percobaan yang anda lakukan pada bab tersebut

serta

berikan

saran

untuk

memperoleh

hasil

yang

optimum. 

Referensi Berisi referensi (rujukan) buku-buku yang anda gunakan untuk membuat laporan. Minimal harus terdiri dari 3 buah referensi, selain modul praktikum.

8. Lampiran Berisi

lembar

asistensi,

tugas

tambahan

kelompok

dan

data-

data/tabel-tabel dari buku referensi yang digunakan. 6. Tiap halaman dari tiap bab harus mempunyai header dan footer, kecuali halaman pertama. Header adalah ‘kelompok’ Anda, sedangkan Footer bertuliskan ‘Laporan Praktikum Mekanika Fluida‘. 7. Laporan akhir akan diterima hanya apabila sesuai dengan ketentuanketentuan diatas.

Bandung, September 2016 Koordinator Asisten Praktikum

Faizhal Kamaluddin Prasetya S.T. NIM 15512016

ix

Contoh halaman judul (cover)

LAPORAN PRAKTIKUM KL – 2101 MEKANIKA FLUIDA

Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan Tahap Sarjana

Modul 1 Modul 2 Modul 3

Disusun Oleh Kelompok xy Nama 1 Nama 2 Nama 3

NIM NIM NIM

Asisten

LABORATORIUM REKAYASA SUMBER DAYA AIR PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016

x

Contoh lembar pengesahan

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA SEMESTER I TAHUN 2016/2017

Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan Tahap Sarjana Modul 1 Modul 2 Modul 3 Disusun Oleh Kelompok xy Nama 1 Nama 2 Nama 3

NIM NIM NIM

Telah Disetujui dan Disahkan oleh :

Asisten

Kordinator Asisten

Nama / Nim

Faizhal Kamaluddin P., S.T.

Kepala Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air

Dhemi Harlan, ST, MT, M.Sc, Ph.D NIP 197105052006041001

xi

DAFTAR GAMBAR Bagian I Mekanika Fluida Gambar 1.1

Jet Impact Apparatus .......................................................... 1

Gambar 1.2

Spesifikasi jet impact ........................................................... 2

Gambar 1.3

Sketsa aliran pada sebuah vane/piringan ............................... 3

Gambar 1.4

Sistem gaya pada batang ..................................................... 5

Gambar 1.5

Diagram alir prosedur kerja praktikum tumbukan akibat pancaran fluida ......................................................... 6

Gambar 2.1

Venturimeter ...................................................................... 11

Gambar 2.2

Kondisi ideal venturimeter ................................................... 12

Gambar 2.3

Perangkat venturimeter ....................................................... 13

Gambar 2.4

Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui venturimeter .................................................. 15

Gambar 3.1

Orifice Apparatus ................................................................ 19

Gambar 3.2

Sketsa Aliran Melalui Orifice ................................................. 20

Gambar 3.3

Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Aliran Melalui Orifice ..... 23

Gambar 4.1

Alat Benda Terapung (Ponton) .............................................. 27

Gambar 4.2

Sketsa Ponton .................................................................... 28

Gambar 4.3

Skema Benda Terapung ....................................................... 29

Gambar 4.4

Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Kestabilan Benda Terapung ........................................................................... 23

Bagian Lampiran Gambar 1.1

Representasi diagram bangku hidraulik HI MkIII ..................... 36

Gambar 1.2

Diagram alir prosedur kerja penggunaan bangku hiraulis .......... 38

Gambar 1.3

Bangku hidraulik ................................................................. 39

xii

DAFTAR TABEL Bagian I Mekanika Fluida Tabel 1.1

Spesifikasi data yang diambil selama percobaan ...................... 7

Tabel 1.2

Langkah-langkah pengolahan data ........................................ 8

Tabel 1.3

Grafik dan analisis .............................................................. 9

Tabel 2.1

Spesifikasi data yang diambil selama percobaan ...................... 16

Tabel 2.2

Langkah-langkah pengolahan data ........................................ 16

Tabel 2.3

Grafik dan analisis .............................................................. 17

Tabel 3.1

Spesifikasi data yang diambil selama percobaan ...................... 24

Tabel 3.2

Langkah-langkah pengolahan data ........................................ 24

Tabel 3.3

Grafik dan analisis .............................................................. 25

Tabel 4.1

Spesifikasi data yang diambil selama percobaan ...................... 32

Tabel 4.2

Langkah-langkah pengolahan data ........................................ 32

Tabel 4.3

Grafik dan analisis ............................................................... 34

xiii

II

MODUL I

III TUMBUKAN AKIBAT PANCARAN FLUIDA

1.1 Pendahuluan 1.1.1

Latar Belakang

Setiap fluida yang dipancarkan mempunyai gaya atau kerja mekanis yang menyebabkan tumbukan. Gaya ini dapat bermanfaat untuk menggerakkan benda atau peralatan lain yang membutuhkan gaya penggerak, misalnya turbin.

Salah satu cara untuk menghasilkan gaya atau kerja mekanis dari tekanan fluida adalah dengan menggunakan tekanan untuk mengakselerasikan fluida kecepatan tinggi dalam sebuah jet. Jet tersebut diarahkan ke piringan dari sebuah roda turbin, yang berotasi oleh karena gaya yang timbul pada piringan dikarenakan perubahan momentum atau impuls yang terjadi ketika jet menyembur pada piringan. Turbin-turbin air yang bekerja dengan prinsip impuls ini telah dibuat dengan keluaran hingga tingkat 100.000 kW dengan efisiensi lebih dari 90%.

Pada percobaan ini, gaya yang ditimbulkan oleh jet air ketika menyembur, baik pada plat yang rata atau pada plat cekung akan diukur dan dibandingkan dengan tingkat aliran momentum di dalam jet.

Gambar 1. 1 Jet Impact Apparatus

1

1.1.2

Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah : 1.

Mempelajari perilaku tumbukan pancaran fluida pada suatu permukaan piringan yang dapat menghasilkan suatu energi mekanis.

2.

Mengukur dan menghitung besarnya gaya yang diperoleh dari dua macam piringan, yaitu plat datar dan plat cekung.

3.

Menentukan besarnya efisiensi masing-masing piringan.

4.

Mempelajari hubungan antara besarnya debit yang keluar dengan gaya yang didapat dari hasil perhitungan.

1.2 Alat-Alat Praktikum 1. Jet impact apparatus (Lihat gambar 1.1.) 2. Bangku hidrolis dengan beban 3. Stopwatch 4. Termometer Data-data alat : 

Diameter nozzle

: 10 mm



Luas penampang nozzle

: 78.5 mm2



Massa beban pemberat

: 0.610 kg



Jarak as piringan ke engsel ruas

: 0.1525 m



Jarak nozzle ke piringan

: 37 mm

Gambar 1.2 Spesifikasi Jet Impact

2

1.3 Landasan Teori Apabila sebuah piringan yang simetris pada sumbu x seperti pada gambar 2.2. Sebuah jet yang terisi fluida dengan aliran pada tingkat W kg/s sepanjang sb. X dengan kecepatan Vo m/s mengenai piringan dan terdefleksi sebesar sudut β, sehingga fluida tersebut meninggalkan piringan dengan kecepatan V1 m/s. Perubahan pada ketinggian dan tekanan dalam piezometric dalam jet karena mengenai piringan hingga meninggalkannya diabaikan.

1.3.1

Besar Gaya Piringan (Gaya Perhitungan)



Momentum sebelum menabrak piringan : 𝑊𝑉𝑜 (kg m/s 2 ) pada arah X (lihat gambar 2.2)



Momentum setelah menabrak piringan : 𝑊𝑉1 cos 𝛽 (kg m/s 2 ) pada arah X



Gaya pada arah X pada jet sama dengan rata-rata perubahan momentum, sehingga didapat:

∆momentum = 𝑊𝑉1 cos 𝛽 − 𝑊𝑉𝑜 (kg m/s 2 = N)

(1.1)

Gambar 1.3 Sketsa Aliran pada Sebuah Vane/Piringan

Gaya yang terjadi pada piringan (arah X) adalah sama, tetapi berlawanan arah sehingga didapat persamaan pada sumbu Y: 𝐹𝑝𝑖𝑟𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛 = 𝑊(𝑉𝑜 − 𝑉1 cos 𝛽)

(1.2)

Untuk piringan datar, nilai 𝛽 = 90o maka cos 𝛽 = 0 𝐹𝑑𝑎𝑡𝑎𝑟 = 𝑊𝑉𝑜 ; tidak tergantung harga 𝑉1

(1.3)

3

Untuk piringan cekung, nilai 𝛽 = 180o maka cos 𝛽 = -1 𝐹𝑐𝑒𝑘𝑢𝑛𝑔 = 𝑊(𝑉𝑜 + 𝑉1 )

(1.4)

Jika perubahan tekanan piezometrik dan elevasi diabaikan, maka kemungkinan gaya maksimum pada plat cekung adalah: 𝐹𝑐𝑒𝑘𝑢𝑛𝑔 = 2𝑊𝑉𝑜

(1.5)

Aliran fluida diukur dengan satuan W (kg/s) yang mewakili satuan debit 𝑊⁄ 3 (m3), sehingga 10 kecepatan pancaran, V (m/s) saat meninggalkan nozzle diberikan oleh :

𝑉 = 12.75𝑊 (m/s)

(1.6)

Kecepatan pancaran mengenai piringan, Vo (m/s) lebih kecil daripada kecepatan pancaran saat meninggalkan nozzle, V (m/s) akibat adanya pengaruh gravitasi. Besar kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan, didapat : Vo 2 = V 2 − 0.726

1.3.2

(1.7)

Besar Gaya yang Menumbuk Piringan (Gaya Pengukuran)

Gaya tekan fluida yang menumbuk piringan didapat dengan meninjau hubungan gaya yang bekerja pada batang (lihat gambar 2.3).

∑ 𝑀𝐴 = 0

(1.8)

𝐹 × 152.5 mm = 0.61 kg × 𝑔 × 𝑦 𝐹 = 4𝑔𝑦 (N) (1.9) Dengan y adalah pergeseran beban, sistem gaya pada batang menjadi:

4

Gambar 1.4 Sistem Gaya pada Batang

1.4 Prosedur Kerja 1. Atur kedudukan jet impact agar jalur pancaran tegak lurus terhadap bidang datar permukaan. 2. Pasang piringan pada jet impact. 3. Kalibrasikan neraca pengukur gaya, dengan membuat lengan neraca dalam keadaan mendatar. 4. Hidupkan pompa. 5. Atur posisi beban pemberat hingga neraca seimbang kembali. 6. Catat simpangan pemberat terhadap posisi semula (y). 7. Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik. 8. Lakukan percobaan yang sama dengan di atas untuk 8 macam posisi pemberat (y). 9. Ganti piringan dengan piringan cekung dan ulangi langkah 1 s/d 8.

Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:

5

Mulai

Atur kedudukan jet impact

Pasang piringan (datar/cekung)

Geser beban pemberat ke titik nol

Putar sekrup pegas hingga lengan neraca dalam keadaan mendatar

Hidupkan pompa dan atur debit sesuai dengan yang diinginkan

!

Atur posisi beban pemberat hingga neraca seimbang kembali

Pastikan pancaran fluida yang keluar menumbuk piringan dan membuat lengan neraca tidak dalam keadaan mendatar

Catat simpangan pemberat terhadap posisi semula (y)

Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik

Tidak

Sudah didapat 8 macam posisi pemberat? Ya

Tidak

Sudah semua piringan dicoba?

Ya Selesai

Gambar 1.5 Diagram alir prosedur kerja praktikum tumbukan akibat pancaran fluida

6

1.5 Pengambilan Data Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel di bawah ini: Tabel 1. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No

Lembar Data

Data yang Diambil Waktu berat

1

Pengukuran Debit

Simbol

Sat.

Jumlah Data Total

dan beban

Sesuai

untuk perhitungan debit

Keterangan

t

detik

pada

10 saat percobaan dengan

bangku

piringan

datar

hidraulik

hasil

pengukuran dengan stopwatch

+ 10 saat percobaan Diukur dengan

Besarnya

2

Pergeseran beban

cekung

bacaan pergeseran beban

akibat

pancaran fluida

Y

mm

(sesuai percobaan)

piringan berdasarkan skala jumlah pengamatan pada alat atau dengan

alat

ukur lain yang sesuai

7

1.6 Pengolahan Data Tabel 1. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data

Formulir Pengamatan

No

Langkah

1

Menghitung debit air (Q)

Acuan

Keterangan

Nama Gambar/Grafik

Perhitungan menggunakan prinsip bangku hidraulik.

2

Menghitung

kecepatan

Gunakan rumus 2.6.

air (v) yang keluar dari Tabel data nozzle 3

Menghitung air

yang

kecepatan

Gunakan rumus 2.7.

menumbuk

piringan (v0) 4

Menghitung Fhitung

Gunakan rumus 2.3 untuk piringan datar dan 2.4 untuk piringan cekung.

5

Menghitung Fukur

6

Menghitung

Tabel data efisiensi

Gunakan rumus:

piringan (η) 7

Gunakan rumus 2.9.

η = Fukur / Fhitung

Membuat grafik Fukur vs Tabel data serta hasil Fhitung

perhitungan.

Gambar ini Menggunakan fungsi chart tipe scatter pada

8

Menggambar Fukur vs W

Lembar data dan hasil perhitungan

program Microsoft Excel atau sejenis dengan intercept = 0

menjadi Grafik 2.1 Grafik Fukur vs Fhitung Gambar ini menjadi Grafik 2.2 Grafik Fukur vs W

8

1.7 Analisis Data Tabel 1. 3 Grafik dan Analisis

No. 1

Grafik Grafik 2.1 Fukur vs Fhitung

Hal-hal yang Perlu Dianalisis  Tujuan pembuatan grafik tersebut.  Perbandingan Fukur dan Fhitung.

2

Grafik 2.2 Fukur vs W

 Tujuan pembuatan grafik tersebut.  Hubungan Fukur dan W.

1.8 Kesimpulan Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.

1.9 Daftar Pustaka Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

9

FORMULIR PENGAMATAN Modul I : TUMBUKAN AKIBAT PANCARAN FLUIDA Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Kelautan – ITB No. Kelompok : ………………………….. No

Lembar 1/1

Nama

NIM

Paraf

TANGGAL PRAKTIKUM

1 2

Asisten :

3 4 5 (………………………………)

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN :

Data alat : 

Diameter nozzle = 10 mm



Luas penampang nozzle (Ao) = 78.5 mm2



Massa beban pemberat = 0.610 kg



Jarak as piringan ke engsel tuas = 0.1525 m



Jarak nozzle ke piringan = 37 mm

Piringan : Datar (Lingkaran) Pengukuran Debit

Pergeseran

Pengukuran Debit

Waktu

Berat

Debit

beban

No.

Perco

T

W

Q

Y

baan

(detik)

(kg)

(l/s)

(mm)

No.

Jam

Pergeseran

Waktu

Berat

Debit

Beban

Perco

T

W

Q

Y

baan

(detik)

(kg)

(l/s)

(mm)

1

6

2

7

3

8

4

9

5

10

Jam

Piringan : Cekung (Setengah bola) Pengukuran Debit

Pergeseran

Pengukuran Debit

Waktu

Berat

Debit

beban

No.

Perco

T

W

Q

Y

baan

(detik)

(kg)

(l/s)

(mm)

No.

Jam

Pergeseran

Waktu

Berat

Debit

Beban

Perco

T

W

Q

Y

baan

(detik)

(kg)

(l/s)

(mm)

1

6

2

7

3

8

4

9

5

10

Jam

10

MODUL II ALIRAN MELALUI VENTURIMETER

2.1 Pendahuluan 2.1.1 Latar Belakang Debit dan kecepatan aliran penting untuk diketahui besarnya dalam melakukan penelitian fluida. Untuk itu, digunakan alat untuk mengukur debit cairan, salah satunya adalah menggunakan prinsipprinsip Bernoulli dan kontinuitas pada pipa tertutup yang diaplikasikan melalui alat bernama venturimeter. Dengan demikian, venturimeter adalah alat untuk mengukur debit cairan yang melalui pipa tertutup. Melalui pengamatan pada venturimeter, dapat dibuktikan pula persamaan Bernoulli dan kontinuitas.

Gambar 2. 1 Venturimeter

2.1.2 Tujuan Tujuan percobaan ini adalah: 1. Menunjukkan pengaruh perubahan penampang terhadap tinggi garis hidraulik pada masingmasing manometer. 2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan.

2.2

Alat-alat Percobaan

a. Alat venturimeter b. Stopwatch 11

c. Bangku Hidraulik d. Beban counterweight pada bangku hidraulik

Data alat: • Diameter pipa di manometer A DA = 26 mm • Diameter pipa di manometer D DD = 16 mm

Piezometer tubes

Gambar 2. 2 Perangkat Venturimeter

2.3

Landasan Teori

Venturimeter menggunakan prinsip Bernoulli dan kontinuitas dengan mengandalkan perbedaan luas penampang yang dapat mengakibatkan perbedaan kecepatan. Perbedaan luas penampang dari diameter yang lebih besar menjadi lebih kecil kemudian membesar lagi dilakukan seperlahan atau seideal mungkin untuk menghindari terjadinya kehilangan tinggi tekan akibat ekspansi atau kontraksi tiba-tiba. Jika dipasang piezometer pada bagian-bagian penampang yang berbeda-beda, akan terlihat perbedaan ketinggian sebagai wujud dari perbedaan tekanan air yang melewati penampang. Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

12

Untuk meninjau penampang a1 dan a2:

Gambar 2. 3 Kondisi Ideal Venturimeter

Penampang pada bagian upstream akan dinamakan a1, pada leher disebut a2, dan pada bagian selanjutnya (bagian ke-n) disebut an. Ketinggian atau head pada pembuluh piezometer akan disebut h1, h2, hn. Dalam kasus ini diasumsikan tidak terjadi kehilangan energi sepanjang pipa, dan kecepatan serta head piezometrik (h) konstan sepanjang bidang tertentu.

Berdasarkan Hukum Bernoulli (persamaan 3.1) dan hukum kontinuitas (persamaan 3.2), akan didapat persamaan untuk menghitung debit Q (pers 3.3) dengan koefisien pengaliran pada alat venturimeter adalah c. Nilai c berbeda-beda pada setiap alat venturimeter.

Persamaan Bernoulli:

Pn Vn2 V12 P2 V22 Z1    Z2    Zn    2.g  2.g  2.g P1

(2.1)

Persamaan Kontinuitas:

A1 .V1  A2 .V2

(2.2)

Hasil dari gabungan persamaan Bernoulli dan kontinuitas akan menghasilkan persamaan perhitungan debit pada venturimeter, sebagai berikut: 13

Q  c. A . 2

2.g .(h  h ) A  1    A 1

2

(2.3)

2

2

1

2.4

Prosedur Kerja

1. Pastikan bangku hidraulik dalam keadaan mati dan air pada bak kecil sudah dibuang. 2. Kalibrasikan tinggi piezometer sesuai dengan skalanya dengan cara menekan katup udara di atas piezometer perlahan-lahan sampai ketinggian setiap piezometer sama dan berada dalam skala pengamatan. Jika tinggi air di piezometer sudah lebih rendah dari skala pengamatan, nyalakan bangku hidraulik sebentar dan bukalah kran suplai air perlahan-lahan sampai air naik. Setelah air berada pada ketinggian yang tepat, matikan lagi bangku hidraulik. 3. Mulailah menyalakan bangku hidraulik, bukalah kran suplai air perlahan-lahan dan sedikit demi sedikit serta kran kontrol aliran seluruhnya sampai didapat debit yang dialirkan menghasilkan selisih ketinggian maksimum dari masing-masing piezometernya tetapi di dalam skala pengamatan. 4. Amatilah perbedaan ketinggian yang terjadi dan catatlah ketinggian air pada tiap piezometer. Kemudian, hitunglah perbedaan ketinggian piezometer h1 dan h2, di mana h1 = tinggi skala piezometer di titik A dan h2 = tinggi skala piezometer di titik D seperti pada gambar. 5. Bersamaan dengan proses pengamatan, perhatikanlah kondisi bangku hidraulik. Jika tempat pemasangan beban mulai terangkat, pasanglah beban dan mulailah pengukuran waktu dengan cara menekan stopwatch. Setelah tempat pemasangan beban yang sudah dipasang beban mulai terangkat lagi, matikanlah stopwatch. Waktu tersebut akan menjadi acuan perhitungan debit. 6. Setelah data didapat, tutuplah kran kontrol aliran dan matikan bangku hidrolik. Dapat terlihat bahwa ketinggian piezometer akan kembali sejajar. 7. Putar kembali kran suplai air secara perlahan untuk mendapatkan debit yang lebih kecil dari debit sebelumnya dan nyalakan kembali bangku hidraulik. 8. Ulangi langkah 4 – 7 hingga didapat data untuk delapan debit yang berbeda, dengan syarat besar debit harus masih dapat memberikan perbedaan ketinggian yang tampak jelas pada tiap piezometer (debit tidak terlalu kecil). 9. Setelah data selesai diambil, catatlah juga nilai koefisien pengaliran (c) pada alat venturimeter tersebut yang tertera pada bagian belakang alat.

14

Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini: Mulai

Pastikan bangku hidraulik mati dan air pada bak kecil sudah dibuang

!

Kalibrasi piezometer

Untuk debit pertama, buka kran suplai debit sampai selisih ketinggian piezometer maksimum yang masih dalam skala pengamatan

Jalankan bangku hidraulik

Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik

Baca dan catat skala manometer untuk masing-masing piezometer

Tutup kran kontrol aliran dan matikan bangku hidraulik

Sudah didapat 8 debit yang berbeda?

Ya

Selesai

Tidak Putar kembali kran suplai air agar debit semakin mengecil

Gambar 2.4 Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui venturimeter

15

2.5

Pengambilan Data

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel di bawah ini:

Tabel 2. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

Lembar

Data

Data

yang Diambil

No.

Simbol

Sat.

Jumlah Data Total

Waktu untuk

1

Pengukuran Debit

perhitungan debit pada

Sesuai hasil

8 t

detik

(sesuai jumlah

bangku

Keterangan

percobaan)

hidraulik

pengukuran dengan stopwatch Diukur

2

Bacaan Piezometer

Ketinggian air pada tiap

h

11 x Jumlah

cm

Percobaan = 88 titik

piezometer

berdasarkan skala pengamatan pada alat

Catatan: Jumlah percobaan = 8 kali

2.6

Pengolahan Data

Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini: Tabel 2. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No.

Langkah

Formulir Pengamatan

Keterangan

Nama

Acuan 1

Menghitung debit Pengukuran Waktu untuk Lihat aktual (Q)

2

3

Gambar/Grafik

Debit Bangku Hidraulik

Lampiran

Bangku Hidraulik.

Menghitung

Gunakan rumus 2.3

koefisien

untuk semua nilai

pengaliran (c)

debit yang berbeda.

Membuat grafik Q

Menggunakan

vs c.

fungsi

chart

Grafik ini menjadi tipe Grafik 2.1 Q vs c.

scatter

16

No.

Langkah

Formulir Pengamatan

Keterangan

Nama

Acuan 4

Gambar/Grafik

 Data Alat

Menggunakan

 Bacaan Piezometer

fungsi

chart

menggambarkan

line,

sumbu

ketinggian air pada

menyatakan

tiap

atau

Membuat

grafik

yang

piezometer

huruf

untuk setiap nilai

piezometer

debit

sumbu

yang

berbeda.

Grafik ini menjadi tipe Grafik 2.2 Tinggi x Bacaan

nama Piezometer. tiap dan y

menyatakan ketinggiannya.

2.7

Analisis Data

Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut: Tabel 2. 3 Grafik dan Analisis

No. 1

Grafik Grafik 3.1 Q vs c

Hal-hal yang Perlu Dianalisis  Tujuan pembuatan grafik tersebut.  Hubungan Q dan c.  Perbandingan nilai c yang didapat dari perhitungan dengan yang tertera pada alat venturimeter untuk percobaan.

2

Grafik 3.2 Tinggi Bacaan Piezometer

 Tujuan pembuatan grafik tersebut.  Hubungan tinggi bacaan pada piezometer dengan diameter tiap bagian venturimeter.

2.8

Kesimpulan

Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.

2.9

Daftar Pustaka

Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd. 17

FORMULIR PENGAMATAN Modul II : ALIRAN MELALUI VENTURIMETER Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Kelautan – ITB No. Kelompok : ……………………………. No

Lembar – 1/1

Nama

NIM

Paraf

TANGGAL PRAKTIKUM

1 2

Asisten :

3 4 5 (………………………………)

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN :

Data alat : No. Tabung Piezometer

A (h1)

B

C

D (h2)

E

F

G

H

J

K

L

26.00

23.20

18.40

16.00

16.80

18.47

20.16

21.84

23.53

25.24

26.00

Diameter (mm)

Nilai Koefisien Pengaliran (c)

Bacaan Piezometer

No. Percobaan

Pengukuran Waktu untuk Debit Bangku Hidraulik (detik)

Ketinggian Air pada Tabung (cm) A (h1)

B

C

D (h2)

E

F

G

H

J

K

L

1 2 3 4 5 6 7 8

18

Modul III Aliran Melalui Orifice

3.1 Pendahuluan 3.1.1 Latar Belakang Seringkali terjadi ketika fluida lewat melalui sebuah penyempitan seperti lubang berujung tajam atau di atas ambang, aliran berkurang jumlahnya bila dihitung dengan asumsi bahwa energi bersifat kekal dan aliran yang melalui penyempitan dan menerus sepanjang aliran tersebut, daripada perhitungan kehilangan energi. Dalam percobaan ini, akan ditentukan besarnya reduksi pada aliran, kontraksi aliran, dan kehilangan energi, pada aliran air ke udara dari orifice ujung tajam pada dasar tangki.

Gambar 3.1 Orifice Apparatus

3.1.2 Tujuan 1. Mengukur dan menghitung besarnya reduksi aliran yang terjadi yang dilambangkan dengan koefisien aliran (Cd) 2. Mengukur dan menghitung koefisien kontraksi (Cc) dan koefisien kecepatan (Cu) 3. Menentukan hubungan antara debit aliran (Q) dengan muka air pada orifice (Ho)

3.2 Alat-Alat Praktikum 1. Orifice Apparatus 2. Bangku Hidraulik (tangki timbangan dan anak timbangan) 19

3. Pipa Pitot 4. Pengukur Waktu (Stop Watch)

3.3 Landasan Teori Orifice apparatus menggunakan prinsip Bernoulli dan kontinuitas dimana fluida mengalir melalui celah kecil yang mengakibatkan terjadinya kontraksi pada aliran dan kehilangan energi. Kehilangan energi ini akan dapat terlihat pada perbedaan tinggi fluida pada selang pengamatan. Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :

3.3.1 Menentukan Besarnya Debit Besarnya debit dapat diperoleh dengan rumus Q=

𝑊 1000 𝑡

m3/detik

(3.1)

Dimana: 

W

: berat air yang dikumpulkan (Kg)



T

: interval waktu kesetimbangan beban (detik)



Q

: debit air (m3/detik)

3.3.2 Menentukan Koefisien Kecepatan (Cu) Perhatikan gambar di bawah ini:

M

Ao

Ho

Hc Ac

N

Gambar 3.2 Sketsa Aliran Melalui Orifice

20

Dengan menggunakan persamaan Bernoulli maka tinggi total yang terjadi di M dan N adalah: 𝑉𝑚2 2𝑔

+

𝑃𝑚 𝑤

+ 𝑍𝑚 =

𝑉𝑛2 2𝑔

+

𝑃𝑛 𝑤

+ 𝑍𝑛

(3.2)

Dimana: 

V = Kecepatan pada suatu titik tersebut



G = Gravitasi



P = Tekanan yang terjadi pada suatu titik



Z = Ketinggian suatu titik dari datum yang diambil

Pada keadaan ini, tekanan atmosfer di M dan N sama dan kecepatan di M sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan menurunkan persamaan Bernoulli di atas kita akan mendapatkan koefisien kecepatan. Dengan memperhatikan definisi Koefisien kecepatan (Cu) yang merupakan rasio antara kecepatan aktual (Vc) dengan kecepatan ideal (Vo) didapatkan Cu =

𝑉𝑐 𝑉𝑜

=√

𝐻𝑐

𝐻𝑜

(3.3)

Dimana: 

Hc = Tinggi aliran pada alat ukur pipa pitot (mm)



Ho = Tinggi aliran pada alat ukur pipa orifice (mm)

3.3.3 Menentukan Koefisien Kontraksi (Cc) Koefisien kontraksi (Cc) merupakan rasio antara potongan melintang vena contracta (Ac) dengan potongan melintang orifice (Ao) (seperti pada gambar), sehingga: Cc =

𝐴𝑐 𝐴𝑜

(3.4)

Dimana: 

Ac = luas potongan melintang semburan jet (m2)



Ao = luas potongan melintang orifice (m2)

3.3.4 Menentukan Koefisien Aliran (Cd) Koefisien aliran (Cd) merupakan rasio antara debit aktual (Q) dengan debit yang terjadi bila aliran semburan pada kecepatan ideal tanpa terjadi penyempitan permukaan (Qo). Debit aktual Q adalah: Q = Vc.Ac

(3.5) 21

Dan, jika semburan aliran pada kecepatan ideal (Vo) yang melewati daerah orifice (Ao), maka debit Qo menjadi: Qo = Vo.Ao

(3.6)

Jadi, dari definisi tentang koefisien aliran didapat: Cd =

𝑄 𝑄𝑜

=

𝑉𝑐.𝐴𝑐 𝑉𝑜.𝐴𝑜

(3.7)

Atau eksperimen pengukuran kuantitas: Cd =

𝑄

.

1

√2.𝑔.𝐻𝑜 𝐴𝑜

(3.8)

Dari persamaan-persamaan diatas didapatkan: Cd = Cu.Cc

(3.9)

(Pelajari penurunan rumus di atas!)

3.4 Prosedur Percobaan 1. Air dibiarkan mengalir mengisi tangki sampai di atas ketinggian pipa pengalir kelebihan air di bagian atas, dan air yang masuk diatur sehingga aliran bersifat konstan yang diperhatikan melalui aliran yang keluar. 2. Mengumpulkan dan mengukur berat air melalui tangki timbangan. 3. Mencatat waktu pengukuran selama selang waktu tertentu yaitu di antara tangki timbangan naik saat pertama (sebelum diberi beban) dan naik untuk kedua kalinya (setelah diberi beban). 4. Mengukur dan mencatat nilai Ho pada orifice. 5. Mengukur dan mencatata nilai Hc dengan menggunakan pipa pitot yang dimasukkan dalam semburan yang keluar pada bagian bawah tangki. 6. Mengukur dan mencatat diameter semburan yang terjadi pada venan contracta dengan menggunakan pipa pitot yang pada kepalanya dilekatkan bilah berujung tajam. Pengukuran dilakukan dengan mengukur jarak terluar dan jarak terdalam semburan (X1-X2). 7. Dalam suatu percobaan dilakukan pengulangan langkah-langkah di atas beberapa kali dengan memperhatikan ketinggian yang terjadi baik Hc maupun Ho selama mengumpulkan air dan mencatat nilai rata-rata selama selang waktu tertentu. 8. Aliran masuk diubah dengan cara memperkecil air yang masuk. 9. Percobaan dilakukan beberapa kali sampai datra yang diambil cukup menentukan hubungan antara debit dengan tinggi total orifice (Ho) 10. Setelah selesai, ukur diameter orifice dan hitung luas potongan melintang orifice (Ao). 22

Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini :

Mulai

Pastikan bangku hidraulik mati dan air pada bak kecil sudah dibuang

!

Jalankan bangku hidraulik

Jangan sampai air pada tabung orifice melebihi batas skala pembacaan dan melebihi tabung pembuangan.

Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik

Tunggu hingga aliran pada tabung orifice konstan

Baca dan catat skala ketinggian Ho dan Hc, ukur diameter aliran

Sudah didapat 8 debit yang berbeda?

Ya

Selesai

Tidak Putar kembali kran suplai air agar debit semakin mengecil

Gambar 3.3 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Aliran Melalui Orifice

3.5 Pengambilan Data Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan table dibawah ini :

23

Tabel 3.1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No.

Lembar

Data

Data

yang Diambil

Simbol

Sat.

Jumlah Data Total

Waktu untuk

1

Pengukuran Debit

perhitungan

8

debit pada

t

detik

(sesuai jumlah

bangku

percobaan)

hidraulik

2

Pengukuran

Ketinggian

Ketinggian

fluida pada

permukaan

selang Ho dan

fluida

Keterangan

Sesuai hasil pengukuran dengan stopwatch Diukur

Ho dan Hc

8 (sesuai jumlah

mm

percobaan)

Hc

berdasarkan skala pengamatan pada alat Diukur

Pengukuran 3

Diameter aliran

diameter

yang keluar

aliran

dari orifice

Ac

8 (sesuai jumlah

mm

percobaan)

berdasarkan skala pengamatan pada alat

Catatan : Jumlah percobaan = 8 kali

3.6 Pengolahan Data Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini : Tabel 3.2 Langkah-langkah Pengolahan Data No.

Langkah

Formulir Pengamatan

Keterangan

Acuan 1

2

Gambar/Grafik

Menghitung debit Pengukuran Waktu untuk Lihat aktual (Q) Mengukur

Nama

Debit Bangku Hidraulik

Lampiran

Bangku Hidraulik.

dan Pembacaan skala pada

mencatat nilai Ho alat dan Hc 3

Menghitung

luas Pengukuran

diameter

24

No.

Langkah

Formulir Pengamatan

Keterangan

Nama

Acuan

Gambar/Grafik

penampang aliran aliran (X1 dan X2) aktual (Ac) 4

5

6

Menghitung

Gunakan rumus 3.3

koefisien

untuk semua nilai

kecepatan (Cu)

debit yang berbeda.

Menghitung

Gunakan rumus 3.4

koefisien kontraksi

untuk semua nilai

(Cc)

debit yang berbeda

Menghitung

Gunakan rumus 3.7

koefisien

aliran

atau 3.9

(Cd) 7

Membuat grafik Q

Menggunakan

vs Ho0.5

fungsi

chart

scatter

Grafik ini menjadi tipe grafik 3.1 Q vs Ho0.5

3.7 Analisis Data Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut : Tabel 3.3 Grafik dan Analisis No.

Grafik

1

Grafik 3.1 Q vs c

Hal-hal yang Perlu Dianalisis  Tujuan pembuatan grafik tersebut.  Hubungan Q dan Ho0.5.  Selidiki hubungan Cd, Cu, dan Cc.  Kesimpulan grafik.

3.8 Kesimpulan Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.

3.9 Daftar Pustaka Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

25

FORMULIR PENGAMATAN Modul III : ALIRAN MELALUI ORIFICE Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Kelautan – ITB No. Kelompok : ……………………………. No

Lembar – 1/1

Nama

NIM

Paraf

TANGGAL PRAKTIKUM

1 2

Asisten :

3 4 5 (………………………………)

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN :

Data Alat :  Diameter orifice = 13 mm  Tipe = Orifice Tajam

No. Percobaan

Waktu (t)

Massa Beban (kg)

Ho

Hc

X1

X2

1 2 3 4 5 6 7 8

26

MODUL IV KESTABILAN BENDA TERAPUNG

4.1 Pendahuluan 4.1.1

Latar Belakang

Pengetahuan mengenai stabilitas benda terapung merupakan hal yang sangat penting. Layaknya kapal yang mengambang di permukaan air, kondisi kestabilan, netral, dan ketidakstabilan kapal tersebut dapat dinyatakan berdasarkan tinggi titik berat benda tersebut. Pada uji coba dalam laboratorium, ponton yang merupakan bentuk pemodelan dari kapal. Ponton sendiri merupakan kotak besi yang mengapung di air dan terdapat pemberat horizontal pada bagian badan yang sejajar dengan permukaan ponton tersebut, untuk beban vertikal ditempatkan pada suatu tiang yang berada di tengah kotak. Pada ujung tiang terdapat bandul yang disebut plumb-bob yang berfungsi sebagai penentu besar sudut kemiringan pada plat skala. Dalam percobaan ini, stabilitas ponton dapat diketahui berdasarkan titik beratnya pada ketinggian yang bervariasi.

Gambar 4.1 Alat Benda Terapung (Ponton)

4.1.2

Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah : 1. Mengetahui prinsip-prinsip stabilitas benda terapung 2. Menentukan stabilitas suatu benda terapung 3. Membandingkan hasil analitis stabilitas benda terapung dengan hasil percobaan

27

4.2 Alat-Alat Praktikum 1. Ponton 2. Bejana air 3. Mistar 4. Busur derajat

Scale Marked in Degree

Adjustable Weight

Jockey Weight

Plumb Bob

Gambar 4.2 Sketsa Ponton

4.3 Landasan Teori Pada ponton diterapkan hukum Archimedes dan prinsip kestabilan benda terapung. Pada ponton terdapat dua gaya yang bekerja yaitu gaya berat ponton dan gaya apung fluida yang bekerja pada ponton. Sebuah ponton berbentuk kotak terapung dalam keadaan seimbang seperti pada gambar 4.2. Berat benda terapung bekerja vertikal ke bawah melalui titik berat dan diimbangi oleh suatu gaya apung yang memiliki besar yang sama dan bekerja berlawanan arah. Untuk memeriksa sistem kestabilan benda ini dimisalkan terjadi sebuah perpindahan sudut yang kecil sebesar dθ terhadap kesetimbangan awal seperti pada gambar 4.3. Titik berat zat cair berubah dari kedudukan B menjadi B1. Garis vertikal gaya apung ditunjukkan pada gambar dan memotong perpanjangan garis BG di titik M (Metasentris). Gambar 4.3 juga menunjukkan bagaimana ketinggian metasentris GM dapat ditentukan secara eksperimental dengan menggunakan beban horizontal (jockey weight) untuk memindahkan titik berat dari G ke arah samping.

28

M

x

ds

dθ G1

F

ds

A1

L

G

F1

C A

B

B1

dx G

D

Tampak Depan

Tampak Atas B

Tampak Depan Gambar 4.3 Skema Benda Terapung

Bila perpindahan ini menghasilkan suatu posisi keseimbangan baru pada suatu sudut guling sebesar dθ, maka pada gambar 4.3 G1 adalah posisi titik berat total yang baru. 𝐺𝑀 =

𝜔 𝑊

.

𝑑𝑥 𝑑𝜃

(4.1)

Ketinggian metasentris GM dapat ditentukan dengan mengukur (dx1/dθ) untuk harga ω dan W yang diketahui. BM dapat dihitung dari pengukuran dimensi ponton dan volume zat cair yang dipindahkan. Berdasarkan gambar 4.3, dapat diketahui bahwa momen terhadap B akibat pergeseran pusat apung ke B1 dihasilkan oleh penambahan gaya apung (digambarkan olehsegitiga AA1C) pada salah satu sisi garis sumbu dan pengurangan gaya apung (digambarkan oleh FF1C) pada sisi yang lain. Elemen yang berarsir pada gambar 4.3 memiliki luas sebesar ds pada tampak atasnya dan tinggi sebesar x.dθ pada potongan vertikalnya sehingga volume elemen adalah x.dθ.ds.w (w adalah berat jenis zat cair), ini adalah penambahan gaya apung akibat elemen. Momen dari elemen gaya apung terhadap B adalah w.x2.ds.dθ sehingga momen pengembali (restoring momen) total terhadap B adalah w.dθ ∫x2.ds dimana integral meliputi seluruh luasan s dari ponton yang terdapat pada permukaan air.

29

𝐼 = ∫ x 2 . ds

(4.2)

Yaitu momen kedua dari luas s terhadap sumbu X-X. (Cari I terhadap Y-Y!) Restoring momen total terhadap B dapat juga dicari sehingga diperoleh persamaan :

𝑤. 𝑉. 𝐵𝐵1 = 𝑤. 𝑑𝜃 ∫ 𝑥 2 . 𝑑𝑠

(4.3)

𝐵𝑀 = 1⁄𝑉 𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑙𝑢𝑝

(4.4)

Untuk ponton berbentuk persegi panjang, B terletak pada suatu kedalaman di bawah permukaan air, yaitu sama dengan setengah kedalaman total tercelupnya ponton dalam zat cair tersebut, sementara I dinyatakan dalam hubungan dimensi ponton sebagai berikut : 𝐷/2

𝐼 = ∫ 𝑥 2 . 𝑑𝑠 = ∫𝐷/2 𝑥 2 . 𝐿. 𝑑𝑥 =

𝐿𝐷3 12

(4.5)

4.4 Prosedur Kerja 1. Mencatat berat masing-masing komponen yang ada pada ponton. 2. Mengukur dimensi ponton dengan mistar baja. 3. Menentukan tinggi titik berat total ponton dengan tinggi adjustable weight dengan cara sebagai berikut : a. Mengikat tali bandul pada plat skala sehingga plum bob tetap berada pada posisi normalnya. b. Membalikkan ponton dan menahannya pada tiang dengan menggunakan penggaris baja sambil menggeser adjustable weight sepanjang tiang ke posisi yang sesuai sampai ponton stabil seperti pada gambar 4.3 dibawah ini. Catat jarak dasar ponton ke penggaris baja dan jarak ke adjustable weight. c. Mengukur tinggi titik berat dan adjustable weight pada prosedur b dari dasar ponton dengan menggunakan mistar baja. 4. Meletakkan ponton di dalam air. 5. Menggeser jockey weight ke arah kiri dan kanan dan catat simpangannya untuk masing-masing jarak. 6. Menggeser jockey weight ke arah kanan dan catat simpangannya untuk masing-masing jarak. 7. Percobaan no 1-6 diulang untuk ketinggian adjustable weight yang berbeda.

30

Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:

Mulai

Ukur dimensi ponton (panjang, lebar, tinggi)

Catat berat total ponton, jockey weight, dan adjustable weight

Atur ketinggian adjustable weight dan tentukan titik berat vertikal ponton diukur dari dasar ponton

Geser jockey weight sebanyak 4 ruas ke kiri dan 4 ruas ke kanan

Baca dan catat skala kemiringan yang ditunjukkan oleh plumb bob terhadap skala derajat yang tertera pada setiap pergeseran jockey weight

Sudah didapat data untuk 8 kali pergeseran adjustable weight?

Ya Selesai

Tidak Geser kembali adjustable weight

Gambar 4.4 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Kestabilan Benda Terapung

4.5 Pengambilan Data Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel dibawah ini.

31

Tabel 4.1 Spesifikasi Data yang diambil selama percobaan

No.

Lembar

Data

Data

yang Diambil

Pergeseran 1

adjustable weight

2

Simbol

Sat.

Jumlah Data Total

Jarak y1

weight dari

mm

(sesuai jumlah percobaan)

dasar ponton

Penentuan

Jarak titik berat

titik berat

dari dasar

ponton

ponton

8 (sesuai jumlah G

Mm

pergeseran adjustable weight)

Jarak

3

Pergeseran

pergeseran

jockey

jockey weight

weight

dari tengah

Diukur sesuai

8

adjustable

x1

mm

ponton

4

besar simpangan

hasil pengukuran mistar

kali pergeseran

pengukuran

adjustable weight)

mistar

simpangan untuk 1 kali pergeseran

pergeseran

Diukur sesuai

hasil

yang terjadi

°

mistar

pergeseran untuk 1

8 x 8 = 64 (8 data Θ

pengukuran

Diukur sesuai

simpangan

akibat

hasil

8 x 8 = 64 kali (8 kali

Sudut Pengukuran

Keterangan

adjustable weight)

jockey weight

Diukur berdasarkan skala pengamatan pada alat

4.6 Pengolahan Data Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini : Tabel 4.2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No

Langkah

. 1

2

Formulir Pengamatan

Keterangan

Acuan

Nama Gambar/Grafik

Menghitung

Gunakan

rumus

momen inersia (I)

(4.2) atau (4.5)

Menghitung Vol.

Hubungan

tercelup (V)

dan massa jenis

massa

32

No

Langkah

Formulir Pengamatan

. 3

Keterangan

Nama

Acuan Menghitung BM

Gambar/Grafik Gunakan

rumus

(4.4) 4

Menghitung

Gunakan

rumus

kedalaman

𝐷𝑟𝑎𝑢𝑔ℎ𝑡 =

𝑉 𝐿𝐷

tenggelamnya ponton 5

6

Menghitung titik

Gunakan hubungan

pusat apung CB

dengan Draught

Mencari koefisien Pergeseran adjustable Gunakan A

weight (y1)

∑ 𝑦𝑖 ∑ 𝑚𝑖

7

𝑦̅ =

persamaan +𝐴 =

𝑦𝑖 5.20

Menghitung nilai Pergeseran adjustable y

untuk setiap weight (y1)

posisi y1 8

Menghitung

Pergeseran adjustable

tinggi G diatas weight (y1) permukaan

air

(CG) 9

10

Menggambarkan

Gambar

ini

sketsa letak y, y1,

menjadi

C, G, M, dan B

Gambar 4.5

Membuat grafik

Grafik

CG vs dx/dθ

menjadi

ini grafik

4.1 11

Menghitung GM, CM, dan CM ratarata

33

4.7 Analisis Data Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut : Tabel 4.3 Grafik dan Analisis

No. 1

Grafik Grafik 4.1 CG vs dx/dθ

Hal-hal yang Perlu Dianalisis  Tujuan pembuatan grafik tersebut.  Menghitung dx/dθ dari grafik

4.8 Kesimpulan Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.

4.9 Daftar Pustaka Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

34

FORMULIR PENGAMATAN Modul IV : KESTABILAN BENDA TERAPUNG Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Kelautan – ITB No. Kelompok : ……………………………. No

Nama

Lembar – 1/1 NIM

Paraf

TANGGAL PRAKTIKUM

1 2

Asisten :

3 4 5 (………………………………)

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN :

Data alat 

Berat total benda terapung (W) = 2.6kg



Berat jockey weight = 0.2 kg



Berat adjustable weight = 0.5 kg



Tinggi ponton = 360 mm

Pengamatan : Besar sudut kemiringan θ (°)

No.

Posisi beban vertikal (mm)

Titik berat (mm)

Posisi beban horizontal x1 (mm) Simpangan Arah Negatif Netral Simpangan Arah Positif 0

1

0

2

0

3

0

4

0

5

0

6

0

7

0

8

0

35

LAMPIRAN PRINSIP BANGKU HIDRAULIK

1.1 Latar Belakang Bangku hidraulik adalah alat yang digunakan sebagai suplai air sekaligus untuk menghitung debit air yang melalui suatu alat percobaan dalam Mekanika Fluida. Bangku hidraulik sendiri adalah alat yang sangat penting dalam percobaan Mekanika Fluida karena hampir setiap percobaan membutuhkan nilai debit air. Pada modul praktikum ini, modul I, II, dan III menggunakan bangku hidraulik ini untuk mengukur debit.

1.2 Tujuan 1. Mampu mengoperasikan bangku hidraulik 2. Mengetahui prinsip kerja dan perhitungan dari bangku hidraulik

1.3 Dasar Teori Bangku hidraulik yang digunakan dalam praktikum Mekanika Fluida ini adalah Hydraulic Bench. HI MkIII. Diagram bangku hidraulik ini dapat dilihat pada Gambar 1.1:

3L

L

Gambar 1.1 Representasi Diagram Bangku Hidraulik HI MkIII

36

Keterangan gambar A

: Tempat pemasangan beban

B

: Kran pengatur debit air

C

: Pompa

D

: Tuas pengungkit

E

: Bak penimbang air

F

: Bak penyimpan air

G

: Pipa pengaruh ke bak penampung

H

: Selang dari pompa

I

: Batang antara beban dan bak penimbang

J

: Engsel

Air disuplai dari pompa C melalui selang penghubung menuju katup B. Suplai air diatur dengan mengatur bukaan katup B. Air kemudian masuk ke dalam alat percobaan dan kemudian keluar melalui corong H dan terus ke pipa G. Air tersebut masuk kedalam bak penimbang air E. Bak penampung ini ditahan dengan bak penimbang. Pada ujung balok lainnya terdapat pemberat yang digantung. Pada saat bak penampung kosong, maka berat bak dikali lengan beban bak sama dengan berat pemberat dikali lengan beban pemberat. Dengan prinsip keseimbangan momen, maka didapat rumus untuk menghitung debit air, yaitu: Q=

3W ρ∗t

Q

= debit air (m3/s)

W

= berat air yang dikumpulkan (kg)

ρ

= massa jenis air (kg/m3)

t

= interval waktu kesetimbangan beban (detik)

1.4 Prosedur Pengukuran Debit : 1. Kosongkan bak penimbang dengan jalan memutar tuas pada bangku hidraulik. Tuas ini berguna untuk membuka dan menutup saluran pembuang pada bak penimbang. Setelah dikosongkan, pastikan tuas dalam posisi menutup bak penimbang dan balok penopang dalam keadaan tak seimbang. 2. Pastikan alat percobaan sudah dikalibrasi dan siap digunakan. 3. Jalankan pompa dan atur debit sesuai dengan yang diinginkan dengan jalan memutar katup V. 4. Air yang keluar dari alat percobaan masuk ke dalam bak penimbang hingga t waktu. Pada saat tersebut balok penopang akan naik (setimbang lagi). Tepat pada saat balok penimbang mulai

37

naik, mulailah menyalakan stopwatch, kemudian masukkan beban ke dalam penggantung beban sehingga balok tak seimbang. 5. Saat balok penimbang mulai naik (setimbang), hentikan stopwatch dan catat waktu tersebut sebagai t. Catat juga massa beban yang sebanding dengan massa air (W). 6. Untuk pengukuran debit selanjutnya, ulangi langkah 1 sampai 5. Perlu diingat untuk tiap percobaan sediakan interval waktu 1 menit setelah langkah 1 agar diperoleh pengukuran yang cermat.

Diagram alir dari prosedur penggunaan bangku hidraulik adalah : Mulai

Kosongkan bak penimbang

Pastikan tuas dalam posisi menutup bak penimbang dan balok penopang dalam keadaaan tak seimbang Pastikan alat percobaan sudah dikalibrasikan dan siap digunakan Jalankan bangku hidraulik dan atur debit sesuai dengan yang diinginkan

Tepat saat balok penimbang mulai naik, mulailah menyalakan stopwatch !

Lakukan sesegera mungkin

Masukkan beban ke dalam penggantung beban

Saat balok penimbang mulai naik (seimbang), hentikan stopwatch Saat balok penimbang mulai naik (seimbang), hentikan stopwatch

Catat waktu tersebut sebagai t dan massa beban yang sebanding dengan massa air sebagai W

Selesai Gambar 1.2 Diagram alir prosedur kerja penggunaan bangku hidraulis

38

1.5 Pengambilan Data Data yang harus diambil dari percobaan ini adalah massa air dan waktu. Kedua parameter tersebut dicari untuk mengetahui nilai debit yang dihasilkan.

1.6 Pengolahan Data Setelah massa air dan waktu telah diketahui, hitung nilai debit berdasarkan rumus yang telah diberikan di atas.

1.7 Analisis Turunkan bagaimana rumus di atas didapatkan.

1.8 Kesimpulan Tulis kesimpulan dan saran-saran untuk kemajuan praktikum di masa mendatang.

Gambar 1.3 Bangku Hidraulik

39