PANDUAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA KL 2101 Semester...

PANDUAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA KL – 2101 Semester 1 - 2016/2017

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2016

ii

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.

iii

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

iv

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.

v

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 presentasi wajib membawa kartu asistensi, modul

praktikum, draft laporan. Diperbolehkan membawa literatur lain

sebagai bahan rujukan.

4.9 Presentasi ulang dapat ditawarkan kepada asisten-asisten penguji (bila

peserta praktikum merasa tidak memenuhi syarat kelulusan presentasi)

vi

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 masing-

masing 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.

vii

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.


Koordinator Asisten Praktikum

Faizhal Kamaluddin Prasetya S.T.

NIM 15512016

viii

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.

ix

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 ketentuan-

ketentuan diatas.


Koordinator Asisten Praktikum

Faizhal Kamaluddin Prasetya S.T.

NIM 15512016

x

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 NIM

Nama 2 NIM

Nama 3 NIM

Asisten

LABORATORIUM REKAYASA SUMBER DAYA AIR

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2016

xi

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 NIM

Nama 2 NIM

Nama 3 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

xii

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

xiii

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

1

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

2

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

3

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/s2) pada arah X (lihat gambar 2.2)

Momentum setelah menabrak piringan : 𝑊𝑉1 cos 𝛽 (kg m/s2) pada arah X

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

∆momentum = 𝑊𝑉1 cos 𝛽 − 𝑊𝑉𝑜 (kg m/s2 = 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)

4

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 𝑊103⁄ (m3), sehingga

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 :

Vo2 = V2 − 0.726 (1.7)

1.3.2 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)

Dengan y adalah pergeseran beban, sistem gaya pada batang menjadi:

(1.9)

5

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:

6

Gambar 1.5 Diagram alir prosedur kerja praktikum tumbukan akibat pancaran fluida

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

Selesai

Ukur debit air berdasarkan prinsip bangku hidraulik

Catat simpangan pemberat terhadap posisi semula (y)

Sudah didapat 8 macam posisi

pemberat?

Sudah semua piringan dicoba?

Tidak

Tidak

Ya

Ya

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

7

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 Simbol Sat. Jumlah Data Total Keterangan

1 Pengukuran

Debit

Waktu dan

berat beban

untuk

perhitungan

debit pada

bangku

hidraulik

t detik 10 saat percobaan

dengan piringan

datar

+

10 saat percobaan

dengan piringan

cekung

(sesuai jumlah

percobaan)

Sesuai hasil

pengukuran

dengan

stopwatch

2 Pergeseran

beban

Besarnya

bacaan

pergeseran

beban akibat

pancaran fluida

Y mm

Diukur

berdasarkan

skala

pengamatan

pada alat atau

dengan alat

ukur lain yang

sesuai

8

1.6 Pengolahan Data

Tabel 1. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No Langkah Formulir Pengamatan

Acuan Keterangan

Nama

Gambar/Grafik

1 Menghitung debit air (Q)

Tabel data

Perhitungan

menggunakan prinsip

bangku hidraulik.

2 Menghitung kecepatan

air (v) yang keluar dari

nozzle

Gunakan rumus 2.6.

3 Menghitung kecepatan

air yang menumbuk

piringan (v0)

Gunakan rumus 2.7.

4 Menghitung Fhitung Gunakan rumus 2.3

untuk piringan datar

dan 2.4 untuk piringan

cekung.

5 Menghitung Fukur Tabel data Gunakan rumus 2.9.

6 Menghitung efisiensi

piringan (η)

Gunakan rumus:

η = Fukur / Fhitung

7 Membuat grafik Fukur vs

Fhitung

Tabel data serta hasil

perhitungan. Menggunakan fungsi

chart tipe scatter pada

program Microsoft

Excel atau sejenis

dengan intercept = 0

Gambar ini

menjadi Grafik

2.1 Grafik Fukur

vs Fhitung

8 Menggambar Fukur vs W Lembar data dan hasil

perhitungan

Gambar ini

menjadi Grafik

2.2 Grafik Fukur

vs W

9

1.7 Analisis Data

Tabel 1. 3 Grafik dan Analisis

No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 2.1 Fukur vs Fhitung 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.

10

FORMULIR PENGAMATAN

Modul I : TUMBUKAN AKIBAT PANCARAN FLUIDA

Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Kelautan – ITB

No. Kelompok : ………………………….. Lembar 1/1

No 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

beban

Y

(mm)


Beban

Y

(mm)

No.

Perco

baan

Jam Waktu

T

(detik)

Berat

W

(kg)

Debit

Q

(l/s)

No.

Perco

baan

Jam Waktu

T

(detik)

Berat

W

(kg)

Debit

Q

(l/s)

1 6

2 7

3 8

4 9

5 10

Piringan : Cekung (Setengah bola)


beban

Y

(mm)


Beban

Y

(mm)

No.

Perco

baan

Jam Waktu

T

(detik)

Berat

W

(kg)

Debit

Q

(l/s)

No.

Perco

baan

Jam Waktu

T

(detik)

Berat

W

(kg)

Debit

Q

(l/s)

1 6

2 7

3 8

4 9

5 10

11

MODUL II

ALIRAN MELALUI VENTURIMETER

2.1 Pendahuluan


Debit dan kecepatan aliran penting untuk diketahui besarnya dalam melakukan penelitian fluida.

Untuk itu, digunakan alat untuk mengukur debit cairan, salah satunya adalah menggunakan prinsip-

prinsip 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 masing-

masing manometer.

2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan.

2.2 Alat-alat Percobaan

a. Alat venturimeter

b. Stopwatch

12

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

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:

Gambar 2. 2 Perangkat Venturimeter

Piezometer tubes

13

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:

g

VPZ

g

VPZ

g

VPZ nn

n.2.2.2

22

222

2

111

(2.1)

Persamaan Kontinuitas:

2211 .. VAVA (2.2)

Hasil dari gabungan persamaan Bernoulli dan kontinuitas akan menghasilkan persamaan

perhitungan debit pada venturimeter, sebagai berikut:

14

2

1

2

21

2

1

).(.2..

A

A

hhgAcQ

(2.3)

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.

15


Gambar 2.4 Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui venturimeter

Mulai

Kalibrasi piezometer

Jalankan bangku hidraulik


Selesai Sudah didapat 8 debit yang

berbeda?

Baca dan catat skala manometer untuk masing-masing piezometer

Tutup kran kontrol aliran dan matikan bangku hidraulik

Putar kembali kran suplai air agar debit semakin

mengecil

Tidak

Ya

Pastikan bangku hidraulik mati dan air pada bak kecil sudah dibuang

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

16



gunakan panduan tabel di bawah ini:

Tabel 2. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No. Lembar

Data

Data


1 Pengukuran

Debit

Waktu untuk

perhitungan

debit pada

bangku

hidraulik

t detik

8

(sesuai jumlah

percobaan)

Sesuai hasil

pengukuran

dengan

stopwatch

2 Bacaan

Piezometer

Ketinggian air

pada tiap

piezometer

h cm 11 x Jumlah

Percobaan = 88 titik

Diukur

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

Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik

1 Menghitung debit

aktual (Q)

Pengukuran Waktu untuk

Debit Bangku Hidraulik

Lihat Lampiran

Bangku Hidraulik.

2 Menghitung

koefisien

pengaliran (c)

Gunakan rumus 2.3

untuk semua nilai

debit yang berbeda.

3 Membuat grafik Q

vs c.

Menggunakan

fungsi chart tipe

scatter

Grafik ini menjadi

Grafik 2.1 Q vs c.

17


Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik

4 Membuat grafik

yang

menggambarkan

ketinggian air pada

tiap piezometer

untuk setiap nilai

debit yang

berbeda.

Data Alat

Bacaan Piezometer

Menggunakan

fungsi chart tipe

line, sumbu x

menyatakan nama

atau huruf tiap

piezometer dan

sumbu y

menyatakan

ketinggiannya.

Grafik ini menjadi

Grafik 2.2 Tinggi

Bacaan

Piezometer.

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


1 Grafik 3.1 Q vs c

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


Hubungan tinggi bacaan pada piezometer

dengan diameter tiap bagian venturimeter.

2.8 Kesimpulan


mendatang.

2.9 Daftar Pustaka


Ltd.

18

FORMULIR PENGAMATAN

Modul II : ALIRAN MELALUI VENTURIMETER


No. Kelompok : ……………………………. Lembar – 1/1


1

2 Asisten :

(………………………………)

3

4

5


Data alat :

No. Tabung Piezometer

A (h1)

B

C

D (h2)

E

F

G

H

J

K

L

Diameter

(mm)

26.00

23.20

18.40

16.00

16.80

18.47

20.16

21.84

23.53

25.24

26.00

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

19

Modul III

Aliran Melalui Orifice

3.1 Pendahuluan


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)


1. Orifice Apparatus

2. Bangku Hidraulik (tangki timbangan dan anak timbangan)

20

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:

Gambar 3.2 Sketsa Aliran Melalui Orifice

Ho

Hc

Ao

Ac

M

N

21

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)

22

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

√2.𝑔.𝐻𝑜.

1

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).

23

Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini :

Gambar 3.3 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Aliran Melalui Orifice



gunakan panduan table dibawah ini :

Mulai

Jalankan bangku hidraulik


Selesai Sudah didapat 8 debit yang

berbeda?

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

Putar kembali kran suplai air agar debit semakin

mengecil

Tidak

Ya

Pastikan bangku hidraulik mati dan air pada bak kecil sudah dibuang

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

Tunggu hingga aliran pada tabung orifice konstan

24

Tabel 3.1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

No. Lembar

Data

Data


1 Pengukuran

Debit

Waktu untuk

perhitungan

debit pada

bangku

hidraulik

t detik

8

(sesuai jumlah

percobaan)

Sesuai hasil

pengukuran

dengan

stopwatch

2

Pengukuran

Ketinggian

permukaan

fluida

Ketinggian

fluida pada

selang Ho dan

Hc

Ho dan

Hc mm

8 (sesuai jumlah

percobaan)

Diukur

berdasarkan

skala

pengamatan

pada alat

3

Pengukuran

diameter

aliran

Diameter aliran

yang keluar

dari orifice

Ac mm 8 (sesuai jumlah

percobaan)

Diukur

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


Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik

1 Menghitung debit

aktual (Q)

Pengukuran Waktu untuk

Debit Bangku Hidraulik

Lihat Lampiran

Bangku Hidraulik.

2 Mengukur dan

mencatat nilai Ho

dan Hc

Pembacaan skala pada

alat

3 Menghitung luas Pengukuran diameter

25


Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik

penampang aliran

aktual (Ac)

aliran (X1 dan X2)

4 Menghitung

koefisien

kecepatan (Cu)

Gunakan rumus 3.3

untuk semua nilai

debit yang berbeda.

5 Menghitung

koefisien kontraksi

(Cc)

Gunakan rumus 3.4

untuk semua nilai

debit yang berbeda

6 Menghitung

koefisien aliran

(Cd)

Gunakan rumus 3.7

atau 3.9

7 Membuat grafik Q

vs Ho0.5

Menggunakan

fungsi chart tipe

scatter

Grafik ini menjadi

grafik 3.1 Q vs

Ho0.5

3.7 Analisis Data


analisis sebagai berikut :

Tabel 3.3 Grafik dan Analisis


1 Grafik 3.1 Q vs c


Hubungan Q dan Ho0.5.

Selidiki hubungan Cd, Cu, dan Cc.

Kesimpulan grafik.

3.8 Kesimpulan


mendatang.

3.9 Daftar Pustaka


Ltd.

26

FORMULIR PENGAMATAN

Modul III : ALIRAN MELALUI ORIFICE




1

2 Asisten :

(………………………………)

3

4

5


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

27

MODUL IV

KESTABILAN BENDA TERAPUNG

4.1 Pendahuluan


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

28


1. Ponton

2. Bejana air

3. Mistar

4. Busur derajat

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.

Plumb Bob

Adjustable

Weight

Jockey Weight

Scale Marked

in Degree

29

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.

Tampak Depan

A

F A1

F1

B

M

G

B1

ds

G1

dθ

dx

C

Tampak Atas

x

L

D

ds

Tampak Depan

G

B

30

𝐼 = ∫ x2. 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 ∫ 𝑥2. 𝑑𝑠 (4.3)

𝐵𝑀 = 1𝑉𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑙𝑢𝑝

⁄ (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 :

𝐼 = ∫ 𝑥2 . 𝑑𝑠 = ∫ 𝑥2. 𝐿. 𝑑𝑥𝐷/2

𝐷/2=

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.

31


Gambar 4.4 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Kestabilan Benda Terapung



gunakan panduan tabel dibawah ini.

Mulai

Catat berat total ponton, jockey weight, dan adjustable weight

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

Selesai Sudah didapat data untuk

8 kali pergeseran adjustable weight?

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

pergeseran jockey weight

Geser kembali adjustable weight

Tidak

Ya

Ukur dimensi ponton (panjang, lebar, tinggi)

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

32

Tabel 4.1 Spesifikasi Data yang diambil selama percobaan

No. Lembar

Data

Data


1

Pergeseran

adjustable

weight

Jarak

adjustable

weight dari

dasar ponton

y1 mm

8

(sesuai jumlah

percobaan)

Diukur sesuai

hasil

pengukuran

mistar

2

Penentuan

titik berat

ponton

Jarak titik berat

dari dasar

ponton

G Mm

8 (sesuai jumlah

pergeseran

adjustable weight)

Diukur sesuai

hasil

pengukuran

mistar

3

Pergeseran

jockey

weight

Jarak

pergeseran

jockey weight

dari tengah

ponton

x1 mm

8 x 8 = 64 kali (8 kali

pergeseran untuk 1

kali pergeseran

adjustable weight)

Diukur sesuai

hasil

pengukuran

mistar

4

Pengukuran

besar

simpangan

Sudut

simpangan

yang terjadi

akibat

pergeseran

jockey weight

Θ °

8 x 8 = 64 (8 data

simpangan untuk 1

kali pergeseran

adjustable 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 Formulir Pengamatan

Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik

1 Menghitung

momen inersia (I)

Gunakan rumus

(4.2) atau (4.5)

2 Menghitung Vol.

tercelup (V)

Hubungan massa

dan massa jenis

33

No

.

Langkah Formulir Pengamatan

Acuan

Keterangan Nama

Gambar/Grafik

3 Menghitung BM Gunakan rumus

(4.4)

4 Menghitung

kedalaman

tenggelamnya

ponton

Gunakan rumus

𝐷𝑟𝑎𝑢𝑔ℎ𝑡 =𝑉

𝐿𝐷

5 Menghitung titik

pusat apung CB

Gunakan hubungan

dengan Draught

6 Mencari koefisien

A

Pergeseran adjustable

weight (y1)

Gunakan

persamaan �̅� =

∑ 𝑦𝑖

∑ 𝑚𝑖+ 𝐴 =

𝑦𝑖

5.20

7 Menghitung nilai

y untuk setiap

posisi y1


weight (y1)

8 Menghitung

tinggi G diatas

permukaan air

(CG)


weight (y1)

9 Menggambarkan

sketsa letak y, y1,

C, G, M, dan B

Gambar ini

menjadi

Gambar 4.5

10 Membuat grafik

CG vs dx/dθ

Grafik ini

menjadi grafik

4.1

11 Menghitung GM,

CM, dan CM rata-

rata

34

4.7 Analisis Data


analisis sebagai berikut :

Tabel 4.3 Grafik dan Analisis


1 Grafik 4.1 CG vs dx/dθ Tujuan pembuatan grafik tersebut.

Menghitung dx/dθ dari grafik

4.8 Kesimpulan


mendatang.

4.9 Daftar Pustaka


Ltd.

35

FORMULIR PENGAMATAN

Modul IV : KESTABILAN BENDA TERAPUNG




1

2 Asisten :

(………………………………)

3

4

5


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

36

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:

Gambar 1.1 Representasi Diagram Bangku Hidraulik HI MkIII

3L L

37

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 = 3 W

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

38

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 :

Gambar 1.2 Diagram alir prosedur kerja penggunaan bangku hidraulis

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

Masukkan beban ke dalam penggantung beban

Saat balok penimbang mulai naik (seimbang), hentikan stopwatch

Selesai

Saat balok penimbang mulai naik (seimbang), hentikan stopwatch

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

! Lakukan sesegera mungkin

39


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

PANDUAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA KL 2101 Semester...

Documents

Transcript of PANDUAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA KL 2101 Semester...