Panduan Mekanika Fluida

Praktikum Mekanika Fluida

PEDOMAN PRAKTIKUM

MEKANIKA FLUIDA

Dr. Ir. Erizal, MAgr.

Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DEA.

0

PROGRAM DUE-like INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2006


DAFTAR ISI

Halaman

1 Penetapan Bilangan Reynold 2

2 Penentuan koefisien Orifice dan Venturi 6

3 Penentuan koefisien Venturi 10

4 Head loss karena gesekan dan perubahan diameter pipa 12

5 Head loss karena belokan dan katup 15

6 Pengukuran debit aliran udara di pipa dengan orifice 17

7 Pengukuran debit aliran di saluran terbuka 24

8 Aliran kritis 27

9 Lompatan hidrolik 29

10 Evaluasi koefisien Chezy dan Manning 31

1


1. PENETAPAN BILANGAN REYNOLD

Landasan Teori:

Aliran fluida dalam pipa berdasarkan besarnya bilangan Reynold

dibedakan atas: 1) aliran laminer 2) aliran turbulen dan 3) aliran

transisi. Bilangan Reynold (Re) dapat dihitung dengan menggunakan

rumus :

Re = ρ (V d) / μ = (V d) / ν ………………………………………………..………… /1/

dimana : V = kecepatan aliran, L/T;

d = diameter pipa, L;

ρ = massa jenis fluida, M/L3;

μ = viskositas absolut atau dinamik, M/LT;

ν = viskositas kinematik, L2/T.

Apabila Re < 2100 disebut aliran laminer, Re > 4000 aliran

turbulen dan kalau 2100 < Re < 4000 disebut aliran transisi.

Secara visual jenis-jenis aliran tersebut dapat diperlihatkan

dengan menggunakan Apparatus Bilangan Reynold.

Apparatus Bilangan Reynold (Gambar 1) terdiri dari bak air

transparan (1), pipa pemasukan air ke bak (2), pembuang kelebihan air

untuk mempertahankan tinggi muka air (3), pipa transparan (4)

berdiameter 25 mm, kran pengatur aliran air (5), tangki zat pewarna

(6), pengatur aliran zat pewarna (7) dan nozel zat pewarna (8).

2


Kecepatan aliran dalam pipa transparan (4) yang diatur dengan

kran (5) dan zat pewarna dari tangki (6) yang diatur dengan kran (7),

dapat memperlihatkan aliran laminer (zat pewarna terlihat seperti

benang), aliran turbulen (zat pewarna tercampur) atau aliran transisi

(zat pewarna awalnya seperti benang kemudian dilanjutkan

bergelombang).

Dengan menampung air yang keluar dari pipa pembuangan dan

dicatat waktunya maka dapat diketahui debit (Q, L3/T) yang mengalir

dalam pipa. Dengan menghitung luas penampang aliran (A, L2) pada pipa

dan berdasarkan rumus Q = V x A, maka akan diperoleh kecepatan

aliran (V, L/T). Dengan massa jenis air (ρ), viskositas dinamik (μ) atau

kinematik (μ), maka selain dengan visualisasi, jenis aliran dapat

diketahui dari besarnya bilangan Re dengan menggunakan rumus /1/

pada setiap jenis aliran yang terlihat.

Pelaksanaan praktikum:

1. Setelah bak (1) terisi air dengan kedalaman tetap, kran (5) dibuka

dan air dari bak (1) akan mengalir melalui pipa transparan (4).

2. Zat pewarna dari tangki (6) dengan mengatur kran (7) dialirkan

melalui nozel (8) dan masuk ke pipa transparan (4).

3. Dengan menggunakan kran pengatur (7) dan (5), usahakan agar

awalnya zat pewarna terlihat mengalir dalam pipa (4) seperti benang

(aliran laminer).

4. Air yang keluar dari pipa pembuangan (di bawah kran 5), ditampung

dalam waktu T dan diukur volumenya (Vol).

5. Debit aliran dalam pipa Q = Vol/T, m3/det.

3


4

6. Diameter pipa d = 25 mm, luas penampang A = πd2 / 4, kecepatan

aliran dihitung dengan V = Q/A

7. Dengan menggunakan nilai viskositas (Tabel 1) nilai bilangan Reynold

dapat dihitung.

8. Dengan mengatur pembukaan kran (5), kecepatan aliran dapat

diubah-ubah dan dengan cara yang sama dapat diketahui bilangan

Reynold pada jenis aliran transisi dan turbulen.

Tabel 1. Viskositas kinematik air

Suhu (0 C) Viskositas (10-4 m2/dt)

10 0.01297

15 0.01137

20 0.00996

25 0.00884

30 0.00796

Gambar 1. Apparatus bilangan Reynold

1

2

3 4

5

6

7

8

1. Tanki air transparan 2. Suplai air 3. Pelimpah 4. Pipa transparan 5. Kran pengeluaran air 6. Tabung zat pewarna 7. Klep 8. Nozel injector


Hasil Pengukuran dan Perhitungan:

No. Suhu 0C

Viskositas m2/dt

Vol. Air Lt

Waktu detik

Debit m3/det

Kecepatan m/det Re

5


2. PENENTUAN KOEFISIEN ORIFICE

Spesifikasi Orifice :

Gambar 2. Penampang orifice

Landasan Teori:

Debit aliran Q = V x A (V : kecepatan aliran di celah orifice,

m/det; A : luas penampang celah orifice, m2). Besarnya debit yang

mengalir diukur secara gravimetri, sedangkan luas penampang celah

orifice, A = π/4 x d2 = π/4 x (0.0148)2 = 1.72 x 10-4 m2. Kecepatan

aliran di celah orifice, V = 2ghα (α : koefisien orifice; g : percepatan

gravitasi, m/det2; h : perbedaan head aliran sebelum dan sesudah

melalui celah orifice , m kolom air pada manometer).

Apabila massa jenis fluida dalam pipa, ρ1 berbeda dengan fluida

dalam manometer, ρ2 , maka berlaku : V = ghρρα

2

12

Pelaksanaan praktikum :

1. Setelah pompa air diaktifkan, alirkan air ke pipa dimana terpasang

orifice (Q) dan tutup kran (L) ke pipa lainnya.

6


2. Timbang air yang tertampung dalam tangki penampung, untuk berat,

W (kg) tertentu ukur waktu yang dibutuhkan, s (det) dengan stop

watch.

3. Hitung Q = (W/ ρ )/s , m3/det

4. Hubungkan pipa dari titik pengukuran sebelum dan sesudah melalui

orifice dengan manometer, baca perbedaan head pada manometer, h

(meter kolom air)

5. Dengan g = 9.8 m/det2, maka dapat dihitung 2gh

6. Karena Q dan A telah diketahui, maka Q/A = V = 2ghα ; maka

dapat dihitung nilai koefisien orifice, α

Hasil pengukuran dan perhitungan

No. Berat air kg

Waktu detik

Debit m3/det

h cm

Kecepatan m/det α

7


8

Gam

bar

3. H

eadl

oss

appa

ratu

s ta

mpa

k at

as


9

Gam

bar

4. H

eadl

oss

appa

ratu

s ta

mpa

k de

pan


10

3. PENENTUAN KOEFISIEN VENTURI

Spesifikasi Venturi

Diameter D = 27 mm

Diameter B = 15 mm

Diameter C = 27 mm

Panjang l = 280 mm

Landasan Teori:

Debit aliran, Q (m3/det) diukur secara gravimetri. Q = V x A (V :

kecepatan aliran pada B dan A : luas penampang leher venturi).

Berdasarkan persamaan Bernoulli :

p1 / γ + V12/2g + z1 = p2 / γ + V2

2/2g + z2 + hf

dimana hf adalah kehilangan head akibat gesekan dan perubahan

diameter pipa venturi.

Berdasarkan persamaan Darcy-Weisbach :

hf = f x l/d x V22/2g , kemudian karena z1 = z2 maka persamaan

Bernoulli dapat dituliskan menjadi :

p1 / γ + V12/2g = p2 / γ + V2

2/2g + (f x l/d x V22/2g)

h = (p1 - p2) / γ = V22/2g - V1

2/2g + (f x l/d x V22/2g)

h = V22/2g – (1 - V1

2/ V22 + (f x l/d))

h = V22/2g – (1 – β + (f x l/d)), dimana β = (A2 / A1)2

Gambar 5. Penampang venturi


V2 = 2gh /( 1 – β + (f x l/d)) = 2ghα

Dimana α : koefisien venturi,

h : perbedaan head yang dinyatakan dengan meter kolom air

pada manometer)

Q = (W/ ρ )/s = A2 x V2 = A2 x α 2gh

maka akan dapat dihitung nilai koefisien venturi, α

Pelaksanaan praktikum:

Urutan pelaksanaan praktikum sama dengan urutan 1 sampai dengan 6

pada pelaksanaan praktikum penetapan koefisien orifice, perbedaannya

h diukur dengan menghubungkan titik pengukuran pada mulut dan leher

venturi dengan manometer.


No. Berat air kg

Waktu detik

Debit m3/det

h cm

Kecepatan m/det α

11


12

4. HEAD LOSS KARENA GESEKAN

DAN PERUBAHAN DIAMETER PIPA

Spesifikasi pipa

Landasan teori :

Aliran fluida riil akan mengalami kehilangan enersi (head, hL),

yang terdiri dari kehilangan head karena gesekan dengan pipa (hf) dan

kehilangan head minor (hl). Kehilangan head minor disebabkan oleh

hambatan karena adanya perubahan diameter pipa, sambungan, katup

(valve), belokan (elbow), percabangan dan sebagainya.

Hukum Bernaulli :

p1 / γ + V12/2g + z1 = p2 / γ + V2

2/2g + z2 + hL ; hL = hf + hl

hL = {(p1 / γ ) – (p2 / γ)} + { (V12/2g) - (V2

2/2g)} + { z1 - z2}

pada pipa horizontal z1 = z2 maka

hL = {(p1 / γ ) – (p2 / γ)} + { (V12/2g) - (V2

2/2g)}

bila diameter pipa seragam V1 = V2 maka

hL = {(p1 / γ ) – (p2 / γ)}

Besarnya kehilangan head karena gesekan mengikuti persamaan Darcy-

Weisbach:

hf = f x L/D x V2/2g atau f = (hf x D x 2g) / LV2

25 mm50 mm

Gambar 6. Penampang pipa


Besarnya kehilangan head minor pada perubahan diameter pipa,

mengikuti persamaan :

hl = k(V1 – V2)2 / 2g atau k = (hl 2g) / (V1 – V2)2

dimana : hL adalah kehilangan head (m), f adalah koefisien gesekan, k

adalah koefisien yang dipengaruhi oleh bentuk hambatan, L adalah

panjang pipa (m), D adalah diameter dalam pipa (m), V adalah kecepatan

aliran (m/det) dan g adalah percepatan gravitasi (9.80 m/det2).

Tujuan percobaan :

1. Mengukur kehilangan head karena gesekan dan perubahan diameter

pipa

2. Menentukan koefisien gesekan (f) dan koefisien kehilangan head

pada perubahan diemeter pipa (k).

13


14


15

5. PENGUKURAN KEHILANGAN ENERGI

AKIBAT BELOKAN DAN KATUP

Landasan teori :

Seperti halnya kehilangan energi akibat perubahan diameter pipa, maka

kehilangan energi akibat adanya belokan (elbow), katup, sambungan pipa (fitting)

serta percabangan pipa (T joint ; V joint) juga termasuk didalam kehilangan head

minor (hl).

Persamaan umum untuk menentukan besarnya kehilangan head minor (hl)

adalah :

hl = k V2/ 2g atau k = (hl 2g) / V2

dimana : hL adalah kehilangan head (m), k adalah koefisien yang dipengaruhi oleh

bentuk hambatan, V adalah kecepatan aliran (m/det) dan g adalah percepatan

gravitasi (9.80 m/det2).

Tujuan percobaan :

1. Mengukur kehilangan head minor karena belokan dan katup

2. Menentukan koefisien kehilangan head pada belokan dan katup (k).


1. Setelah pompa air diaktifkan, alirkan air ke pipa dimana terpasang belokan

dan siku (M, X) dan tutup kran (L) ke pipa lainnya.

2. Timbang air yang tertampung dalam tangki penampung, untuk berat, W (kg)

tertentu ukur waktu yang dibutuhkan, s (det) dengan stop watch.

3. Hitung Q = (W/ ρ )/s , m3/det

4. Hubungkan pipa dari titik pengukuran sebelum dan sesudah melalui belokan

dan siku dengan manometer, baca perbedaan head pada manometer, h (meter

kolom air)

5. Dengan g = 9.8 m/det2 dan Q/A = V; maka dapat dihitung nilai koefisien k


6. Untuk mengetahui nilai k pada katup lakukan prosedur seperti di atas, tetapi

kali ini air dialirkan ke pipa dimana terpasang katup (L, N dan O).


Kehilangan Energi Akibat Belokan

No. Berat air kg

Waktu detik

Debit m3/det

h cm

Kecepatan m/det k

Kehilangan Energi Akibat Katup

No. Berat air kg

Waktu detik

Debit m3/det

h cm

Kecepatan m/det

k

16


6. PENGUKURAN DEBIT ALIRAN UDARA DI PIPA

DENGAN ORIFICE

Landasan teori :

Pengukuran debit aliran udara fluida kompresibel harus memperhitungkan

pengaruh suhu, maupun konstanta gas (R) terhadap berat spesifik fluida, bilangan

Reynold serta kecepatan aliran. Pengukuran debit dapat diakukan :

a. secara langsung dengan menggunakan seperti anemometer

b. secara tidak langsung dengan mengukur kecepatan aliran (V) x luas penampang

aliran (A).

Untuk mengukur kecepatan aliran fluida kompresibel antara lain dapat

dipergunakan : pipa pitot, orifice atau nozel konikel.

Udara adalah fluida kompresibel dengan karakteristiknya dapat dinyatakan

dengan persamaan:

Gambar 7. Alat ukur aliran udara

γ = P / R T

γ = berat spesifik

P = tekanan absolut, kg/m2

17


= Pa + p ; Pa = tekanan atmosfir; p = tekanan gage pressure, kg/m2

T = 273 + t , oK ; t = suhu udara, oC

R = konstanta gas (= 29.46 untuk -15o < t < 40 oC)

Debit aliran udara melalui orifice didasarkan pada persamaan:

a

ooa0 γ

h2gAε60αQ =

Dimana:

Q = debit aliran udara, m3/menit

αo = koefisien orifice

εa = koefisien udara

Ao = luas penampang celah orifice (4

πD 21 ), m2

γo = berat spesifik udara di hulu orifice, kg/m3

Persamaan di atas berlaku untuk kondisi:

a. rasio penampang celah dan penampang pipa antara 0.5 ~ 0.7

b. apabila bilangan Reynold > 2.2 x 105

Re orifice = 4x10VxDν

V = kecepatan rata-rata aliran udara di pipa

D = diameter pipa (240 mm)

ν = viskositas kinematik udara dalam pipa

18


Tabel viskositas kinematik udara

Suhu (0 C) ν (cm2/dt)

0 0.1333

10 0.1421

20 0.1512

30 0.1594

40 0.1698

50 0.1786

Peralatan :

Pada praktikum ini digunakan Airflow Demonstration Model AFD 240, dengan

karakteristik :

1. Diameter dalam pipa; D = 0.24 m

2. Diameter aperture atau celah orifice; d = 0.1644 m, A0 = 0.021 m2

3. α0 = 0.687

4. ε0 = 1.0

5. Batas Re = 2.2 105

6. Konstanta gas, R = 29.46


1. Buat tabel (lihat halaman )

2. Operasikan alat

3. Baca/ukur dan catat :

- RPM dari tachometer yang terpasang

- Tekanan udara (Pa) dari barometer, konversikan menjadi kg/m2

- Tekanan udara dalam pipa (p) dengan menghubungkan pipa dengan

manometer (Gambar 8) pada kran A, kemudian posisikan kran B dan D

19


dalam keadaan tertutup sedangkan kran A dan C dibuka. Perbedaan tinggi

kolom air pada manometer menyatakan besarnya tekanan udara.

- Suhu udara dalam pipa dengan thermometer

- Perbedaan tekanan udara hulu-hilir celah orifice (h0) diketahui dengan

menghubungkan pipa dengan manometer (Gambar 8) pada kran A dan D,

kemudian posisikan kran B dan C dalam keadaan tertutup sedangkan kran A

dan D dibuka. Perbedaan tinggi kolom air pada manometer menyatakan

besarnya tekanan udara.

- dengan manometer

4. Hitung :

- P = Pa + p

- γ0 = P/RT

- Q (dengan rumus) kemudian hitung V = Q/A x 1/60 dimana A = πD2/4

- Re, bandingkan dengan batas Re di atas

5. Percobaan dilakukan dengan 2 nilai RPM yang berbeda (sekitar 2000 & 2500)

20

AA

BB CC

DD

Gambar 8. Manometer


21

Gambar 9. Alat demonstrasi aliran udara


Gambar 10. Titik pengukuran dan nomor kran pengukuran tekanan


23

Tabel hasil pengukuran debit dengan orifice

PENGUKURAN DEBIT DENGAN ORIFICE

Simbol Po To γo Qo 2V

Satuan kg/m2 oK kg/m3 m3/mnt m/det O-1 O-2 O-3 O-4 O-5 O-6

Keterangan:

Po = ho + pa

To = t + 273

γo = Po / (29.46 x To)

a

ooa0 γ

h2gAε60αQo =


7. PENGUKURAN DEBIT PADA SALURAN TERBUKA

Landasan Teori:

Besarnya debit aliran dapat dihitung dan ditentukan dengan berbagai cara.

Pada paraktikum ini besarnya debit aliran akan dihitung dengan menggunakan

sekat ukur (weir) dan dengan menggunakan velocity-area method. Sekat ukur

yang digunakan adalah sekat-ukur segi tiga, dimana besarnya debit:

Q (l/dt) = 0,014 H 2,5 (H : ketinggian air di atas ambang, dalam cm)

Pada Velocity-Area Method, dilakukan terlebih dahulu pengukuran

kecepatan dengan current meter. Besarnya kecepatan dihitung dengan

persamaan : V = aN + b , dimana N adalah jumlah atau banyaknya putaran per

satuan waktu. Pada current meter ini V (m/dt) = 0,13 N - 0,001. Kemudian dengan

persamaan kontinuitas Q = A x V (dimana A : luas penampang saluran), besarnya

debit aliran dapat diketahui.

24


Pelaksanaan Pengukuran:

Pengukuran debit dengan sekat ukur

1. Alirkan air yang mengalir ke sekat ukur segi tiga dengan membuka kran air.

2. Setelah aliran cukup stabil dengan menunggu beberapa saat, ukur ketinggian

air di atas ambang sekat ukur (H1, cm), kemudian hitung debit, Q (l/dtk)

dengan menggunakan rumus di atas.

Pengukuran dengan Velocity-Area Method

1. Ukur lebar saluran transparan, b (m) dan ketinggian aliran, D (m) air yang

mengalir pada saluran.

2. Hitung luas penampang aliran A = b x D (m2)

3. Letakkan current meter searah dengan arah aliran. Ukur banyaknya putaran

dalam 1 detik, N dengan cara mengukur waktu yang dibutuhkan, t (detik)

baling-baling berputar sebanyak 50 putaran (5 selang bunyi). N= 50 / t

(putaran/detik).

4. Dengan rumus konversi kecepatan di atas, hitung kecepatan linear aliran, V

(m/dtk)

5. Hitung besarnya debit dengan persamaan kontinuitas di atas, kemudian

bandingkan hasilnya dengan pengukuran debit dengan sekat ukur segi tiga.


Sekat ukur

No. H1 cm

Debit l/det

Debit m3/det

25


Current meter

Lebar saluran, b = ...... m; Ketinggian aliran, D = ...... m; Luas penampang, A = ..... m2

No. Jumlah putaran Waktu detik

N putaran/dtk

Kecepatan m/det

Kecepatan m/det

Debit m3/det

26


Lebar saluran: ......... m

No H1 cm

Q l/dtk

D m

A m2

t dtk N V

m/dtk Q

m3/dtk

27


8. ALIRAN KRITIS

Landasan teori :

Energi spesifik didefenisikan sebagai : E = y + V2 / 2g ; dimana E = energi

spesifik (L), y = kedalaman normal aliran (L), V = kecepatan aliran (L/T) dan g =

percepatan gravitasi (L/T2)

Untuk jenis aliran mantap (steady => dV/dt = 0), paramater V = Q / A ;

dimana Q = debit aliran (L3/T) dan A = luas penampang aliran (L2), maka

persamaan diatas dapat diubah menjadi : E = y + (Q / A)2 / 2g

yc

Emin

y

E

yc

y

subkrit ik

superkrit iksubkrit ik

superkrit ik

q

q = konstan E = konstan

Aliran pada saluran segi empat, Q dapat diubah menjadi debit persatuan

lebar saluran, q => q = Q/b (L3/L.T) atau Q = qb ; dimana b = lebar saluran (L),

sehingga persamaan diatas dapat ditulis ulang :

E = y + (qb/A)2 / 2g atau E = y + (q/y)2 / 2g ==> q = √2g(y2E – y3)

Pada q = konstan => yc = 2/3 Emin atau Emin = 3/2 yc

Pada E = konstan => q = 3cgy √gyc

3 atau yc = 3 2 / gq

karena q = V y , maka pada aliran kritis berlaku :

qc = Vc yc => Vc = qc / yc => Vc = cgy

Rumus Chezy :

Q = CA√(RhS0) ; A = b y , Rh = A/(b+2y) ,

S0 = kemiringan saluran, C = konstanta Chezy = Rh1/6 / n ; maka :

28


q = 3cgy = C yc cc Sy atau Sc = g / C2 ,

karena C = y1/6 / n (n = kekasaran Manning), maka Sc = g n2 / yc1/3


1. Alirkan debit Q (tetap) pada saluran flexy glass yang besarnya diukur dengan

sekat ukur segi tiga.

2. Cari nilai n berdasarkan persamaan Manning dan y normal.

3. Ubah kemiringan saluran sehingga diperoleh aliran kritis dan tentukan nilai yc

dan Sc.

29


9. LONCATAN HIDROLIK

Landasan teori :

Di dalam aliran saluran terbuka, apabila aliran dengan kecepatan tinggi

masuk ke dalam kondisi dengan kecepatan rendah, maka akan terjadi suatu

perubahan kedalaman aliran secara-tiba-tiba yang disertai dengan terjadinya

olakan atau gelombang air yang sangat jelas, yang disebut “loncatan hidrolika-

hydraulic jump”. Terjadinya loncatan hidrolika ini akan menurunkan tingkat energi

aliran yang cukup besar, sehingga fenomena ini dipergunakan sebagai sarana

penurunan/pembuangan energi.

Dengan menggunakan prinsip impuls-momentum, dapat diperoleh

persamaan : ( ) ( ) ( ) ( )∑ −=−=−= 12221121 /2/2/ VVQgAyAyFFFx γγγ yang akan

memberikan persamaan perbandingan : y2/y1 sebagai berikut :

( ) ( )[ ]{ }12

112 /811)2/1(/ gyVyy ++−=

dengan y1 dan y2 berturut-turut sebagai kedalaman air di titik 1 (sebelum

loncatan) dan di titik 2 (sesudah loncatan), V1 dan V2 berturut-turut sebagai

kecepatan di titik 1 dan 2, F1 dan F2 berturut-turut sebagai gaya aliran di titik 1

dan 2, serta Q sebagai debit aliran.

30


31

Persamaan energi dari Bernoulli untuk titik 1 dan 2 untuk kondisi ini :

z1 + y1 + (V12/2g) = z2 + y2 + (V2

2/2g) + HL


Dalam praktikum ini, besaran-besaran di atas di-verifikasi dan dihitung.

Percobaan dilakukan dengan menggunakan adjustable channel :

1. Saluran diatur untuk suatu kemiringan tertentu. Tentukan titik 1 dan 2 di

saluran, kemudian ukur jaraknya.

2. Dengan menggunakan debit aliran Q tertentu dan pintu ujung tertutup (agar

terjadi loncatan hidrolik), ukur Q, y1, b1, y2, dan b2.

3. Hitunglah A1, V1, A2 dan V2 serta z1 dan z2.

4. Berdasar persamaan perbandingan y2/y1 hitunglah besarnya y2 dan bandingkan

dengan hasil pengukuran.

5. Dengan persamaan Bernoulli, hitunglah kehilangan energi HL antara titik 1 dan

2.


10. EVALUASI KOEFISIEN CHEZY DAN MANNING

Landasan teori :

Rumus kecepatan rata-rata (V) aliran seragam (uniform flow) dapat

diturunkan berdasar gaya-gaya yang terjadi pada aliran terscbut (gaya tekan air,

gaya berat air dan gaya gesekan dengan dinding saluran). Gaya-gaya ini akan

menghasilkan besaran yang disebut mean shear stress dan dirumuskan sebagai: τ0

= γ Rh S0 . Untuk aliran pipa. τ0 = f ρ V2 / 8 , dengan f = faktor gesekan, ρ = massa

jenis, dan V = kecepatan rala-rata aliran. Apabila bentuk ini dimasukkan di dalam

rumus sebelumnya, dan dipergunakan untuk menghitung V (dengan mengingat

bahwa γ/ρ == g ), maka akan didapatkan :

V = 0h0h SRCSRf

8g= untuk C =

fg8

Rumus ini disebut rumus Chezy, dengan besaran C disebut koefisien kekasaran

Chezy. Dari rumus ini dapat diturunkan rumus debit aliran, Q = A 0hSRC ,

dengan A = luas penampang melintang aliran.

Rumus kecepatan rata-rata (V) aliran seragam yang banyak dipergunakan

adalah Rumus Empirik (didapatkan dari hasil percobaan di lapangan) yang disebut

Persamaan Manning:

1/2S2/3Rn1V = , dengan besaran n = koefisien kekasaran Manning

dan rumus debit alirannya, Q = A (1/n) Rh2/3 So

1/2 , dcngan A = luas penampang

melintang aliran.

Dan kedua rumus tersebut dapat diberikan hubungan antara koefisien

kekasaran Chezy dan koefisien kekasaran Manning sebagai berikut:

C = Rh1/6 / n

32


33


Dalam praktikum ini, nilai "C" dan "n" akan dicoba untuk di-evaluasi

berdasarkan data percobaan. Percobaan dilakukan dengan menggunakan

"adjustable channel" (saluran yang dapat diatur kemiringannya).

1. Saluran diatur untuk suatu kemiringan "So" tertentu, dan dialiri air dengan

debit tertentu "Q" (dihitung menggunakan "sekat ukur" yang dipakai).

2. Ukur kedalaman "y" dan lebar "b" aliran dibeberapa tempat (y1,b1 ; y2,b2 ;

…ynbn), kemudian dihitung nilai “y” dan “b” rata-rata.

3. Berdasarkan nilai "y" dan "b" rata-rata, hitung luas penampang melintang

aliran "A", perimeter terbasahkan (wetted perimeter) "P", dan jari-jari

hidrolika (hydraulic radius) "Rh".

4. Evaluasi besarnya niIai "C" dan "n" berdasarkan data debit "Q" serta

persamaan-persamaan Chezy dan Manning.

5. Percobaan dilakukan oleh setiap grup, dengan catatan bahwa setiap grup

menggunakan nilai S0 dan Q yang berbeda.

Panduan Mekanika Fluida

Documents

Transcript of Panduan Mekanika Fluida