LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA
MODUL H-09
DAMPAK ALIRAN JET
Kelompok 19
Artika Novrianti (0906636762)
Ayu Wulandini (0906557285)
Iftita Rahmatika (0906516000)
Priyono Rahmat (0906489744)
Satria Kharisma R. (0906489750)
Tanggal Praktikum : 18 Maret 2011
Asisten Praktikum : Bismi Annisa
Tanggal Disetujui :
Nilai :
Paraf :
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI
DEPERTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2011
MODUL H-09
DAMPAK ALIRAN JET
A. Tujuan
Menyelidiki keabsahan berlakunya rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang ditimbulkan
aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran.
B. Peralatan
1. Meja hidrolika
2. Seperangkat alat peraga aliran jet:
a. Benda sasaran
b. Beban
c. Stop watch
d. Nivo
Gambar 1. Seperangkat alat peraga aliran jet
C. Teori
Suatu aliran jet dengan kecepatan V dan debit Q mempunyai momentum persatuan waktu
sebesar ρ Q V dimana ρ berat jenis zat cair. Bila aliran jet menabrak suatu benda, maka
benda tersebut mengalami gaya dorong sebesar perubahan momentum aliran jet.
Gambar 2. Benda sasaran datar, kerucut dan hemispherical
Gaya yang timbul untuk berbagai benda sasaran:
Datar = 1800
F = Q2
A ρ
Kerucut = 1200
F = 32
Q2
A ρ
Hemispherical
F = 2Q2
A ρ
Dimana :
A = luas nozzle (m2)
Q = debit (m3/s)
F = gaya (N)
ρ = massa jenis air (kg/m3)
D. Cara Kerja
1. Mengangkat cungkup dan tabung tembus pandang, dan mengukur diameter Nozzel.
2. Memasang benda sasaran pada batang yang dihubungkan dengan piringan beban.
3. Memasang kembali cungkup dan tabungnya, menyambungkan pipa aliran masuk dengan
meja hidrolika.
4. Mengatur kaki penyangga tabung sampai nivo menunjukkan alat sudah horizontal.
5. Mengatur acuan tinggi sehingga tepat menunjuk pada garis tanda pertengahan tebal
piringan beban.
6. Meletakan suatu beban dengan berat tertentu diletakkan diatas piringan beban.
7. Mengalirkan air dengan membuka katup pengatur meja hidrolika.
8. Menyesuaikan kecepatan aliran sedemikaian rupa sehingga piringan beban bersisian
kembali dengan acuan tinggi.
9. Mencatat besarnya volume dan waktu aliran serta beratnya beban
10. Mengulangi langkah ke 6-9 untuk setiap penambahan beban.
11. Mengulangi lagi prosedur diatas dengan benda sasaran yang lain.
E. Pembuktian Rumus
1. Pembuktian rumus besarnya gaya yang timbul pada benda sasaran akibat aliran jet
a) Datar (180)
Hukum kekekalan momentum
Perubahan momentum = impuls
V2 = 0
Aliran air
V1
P = I
P2 – P1 = F.dt
(m2V2 – m1V1) = F.dt
m(V2 – V1) = F.dt
V(V2 – V1) = F.dt
.Q.dt.V1 = F.dt
.Q.V = F
.Q.(Q/A) = F F = . Q2
A
b) Kerucut (120)
V2 = - V1 cos 60 = -0,5 V1
F = .Q.V
= .Q (V2 – V1)
= .Q (-0,5V1 – V1)
= 1,5 .Q V1
= 3 .Q. Q
2 A F = 3 Q2
2 A
c) Hemispherical
V2 = -V1 V1 = -V2
F = .Q.V
= .Q (V2 – V1)
= .Q (V2 + V2)
= 2 .Q V2
= 2 .Q (Q/A) F = 2 Q2
A
F=ρQ 2
A;F=m. g
m . g=ρQ2
A
m= ρg . A
Q2
Sehingga,
b teori=ρ
g . A
Keterangan:
V = kecepatan aliran air (m/s)
F = gaya (N)
P = momentum
I = Impuls
= massa jenis(kg/m3)
V = volume (m3)
A = luas nozzle (m2)
g = percepatan gravitasi (kg.m/s2)
Q = debit (m3/s)
F. Data Pengamatan
Diameter of Nozzle = 0.8 cm
Tabel 1. Data Pengamatan
Mass
of Wt
Pan
(kg)
Volume of water (m3) Time (s) Debit (m3/s)
1800 1200 Hemispherical 1800 1200 Hemispherical 1800 1200Hemispheric
al
0,02 0,0029 0,002 0,0023 5 5 5 0,00058 0,0004 0,00046
0,04 0,0024 0,0023 0,0026 5 5 5 0,00048 0,00046 0,00052
0,06 0,0022 0,0024 0,0019 5 5 5 0,00044 0,00048 0,00038
0,08 0,002 0,0027 0,0019 5 5 5 0,0004 0,00054 0,00038
0,1 0,0019 0,0028 0,0018 5 5 5 0,00038 0,00056 0,00036
G. Pengolahan data
a. Benda sasaran datar
1) Secara teori
F=ρQ 2
A ; F=m . g ;
m . g=ρQ2
A
m . g= ρg . A
Q2
b teori=ρ
g . A
b teori=1000
10 .0,00005024
b teori=19904458,6
2) Secara praktikum
Tabel 2. Pengolahan data untuk benda sasaran datar
No. x (Q2) y (massa) xy x2
1. 3,36E-07 0,02 6,73E-09 1,13E-13
2. 2,3E-07 0,04 9,22E-09 5,31E-14
3. 1,94E-07 0,06 1,16E-08 3,75E-14
4. 1,6E-07 0,08 1,28E-08 2,56E-14
5. 1,44E-07 0,1 1,44E-08 2,09E-14
∑ 1,06E-06 0,3 5,48E-08 2,5E-13
bpraktikum=∑ xy
∑ x2
b praktikum=¿¿ 219041
kesala han relatif =|b praktikum−b teorib teori |x100 %
kesala han relatif =|219401−19904458,619904458,6 |x100 %
kesala han relatif =¿98,89 %
Grafik hubungan debit kuadrat dengan massa
0.0000001 0.0000002 0.0000003 0.00000040
0.020.040.060.08
0.10.12
f(x) = 388017.367875987 x − 0.0226321786628702R² = 0.881575459814242
Grafik Hubungan Debit Kuadrat dengan Massa
Series2Linear (Series2)Linear (Series2)
Q2
mas
sa (k
g)
b. Benda sasaran dengan sudut 120o
1) Secara teori
m . g=32
ρQ2
A
m . g= 3 ρ2 g . A
Q2
b teori=3 ρ
2 g . A
b teori=3 .1000
2.10 . 0,00005024
b teori=29856687,9
2) Secara praktikum
Tabel 3. Pengolahan data untuk benda dengan sudut 120o
No. x (Q2) y (massa) xy x2
1. 1,6E-07 0,02 3,2E-09 2,56E-14
2. 2,12E-07 0,04 8,46E-09 4,48E-14
3. 2,3E-07 0,06 1,38E-08 5,31E-14
4. 2,92E-07 0,08 2,33E-08 8,5E-14
5. 3,14E-07 0,1 3,14E-08 9,83E-14
∑ 1,6E-07 0,02 3,2E-09 2,56E-14
bpraktikum=∑ xy
∑x2
b praktikum=¿¿ 261300,7
kesala han relatif =|b praktikum−b teorib teori |x100 %
kesala han relatif =|261300 ,7−29856687,929856687,9 |x100 %
kesala han relatif =¿99,12 %
Grafik hubungan debit kuadrat dengan massa
0.0000001 0.0000002 0.0000003 0.00000040
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
f(x) = 503908.413604694 x − 0.0616636473807174R² = 0.975566688738688
Grafik Hubungan Debit Kuadrat dengan Massa
Series2Linear (Series2)Linear (Series2)
Q2
mas
sa (k
g)
c. Benda sasaran hemispherical
1) Secara teori
m . g=2 ρQ2
A
m . g= 2 ρg . A
Q2
b teori=2 ρ
g . A
b teori=2 . 1000
10 .0,00005024
b teori=39808917,2
2) Secara praktikum
Tabel 4. Pengolahan data untuk benda hemispherical
No. x (Q2) y (massa) xy x2
1. 2,12E-07 0,02 4,23E-09 4,48E-14
2. 2,7E-07 0,04 1,08E-08 7,31E-14
3. 1,44E-07 0,06 8,66E-09 2,09E-14
4. 1,44E-07 0,08 1,16E-08 2,09E-14
5. 1,3E-07 0,1 1,3E-08 1,68E-14
∑ 9E-07 0,3 4,82E-08 1,76E-13
bpraktikum=∑ xy
∑x2
b praktikum=¿¿ 273394,8
kesala han relatif =|273394,8−b teorib teori |x 100 %
kesala han relatif =|273394,8−39808917,239808917,2 |x100 %
kesala han relatif =99,31 %
Grafik hubungan debit kuadrat dengan massa
0.00000012 0.00000013 0.00000014 0.000000150
0.010.020.030.040.050.060.07
f(x) = 2027027.02702703 x − 0.242702702702703R² = 0.75
Grafik Hubungan Debit Kuadrat dengan Massa
Series2Linear (Series2)Linear (Series2)
Q2
mas
sa (k
g)
H. Analisa
1. Analisa percobaan
Praktikum yang berjudul dampak aliran jet ini bertujuan untuk menyelidiki dan
membuktikan keabsahan atau kebenaran rumus – rumus teoritis mengenai gaya yang
dirimbulkan aliran jet terhadap berbagai bentuk sasaran. Peralatan yang digunakan dalam
percobaan kali ini adalah meja hidrolika yang berfungsi untuk meletakkan alat peraga
aliran jet. Alat peraga aliran jet terdiri dari beban sasaran, beban, stop watch dan nivo.
Benda sasaran yang digunakan dalam praktikum ini yaitu benda sasaran datar, kerucut,
dan hemispherical. Terdapat lima variasi beban untuk setiap benda sasaran yang
digunakan, yaitu beban 20 gram hingga 100 gram.
Mula – mula, alat peraga jet telah tepasangkan diatas meja hidrolika. Selanjutnya,
praktikan mengangkat cungkup dan tabung tembus pandang untuk mengukur diameter
nozzle. Benda sasaran yang pertama yaitu benda sasaran datar dipasangkan pada batang
yang dihubungkan dengan piringan beban. Setelah benda terpasangkan, cungkup dan
tabung dipasang kembali. Pastikan gelembung nivo berada di tengah – tengah, ini
menunjukkan bahwa pemasangan alat peraga jet sudah tepat berada pada kondisi datar.
Praktikan selanjutnya menyambungkan pipa aliran masuk dengan meja hidrolika.
Praktikan perlu mengatur acuan tinggi dan memastikan bahwa tinggi sudah tepat
menunjuk pada garis pertengahan tebal pringan beban.
Beban yang pertama yaitu beban seberat 20 gram diletakkan diatas pringan beban.
Selanjutnya, air mulai dialirkan dengan membuka katup pengatur pada meja hidrolika.
Kecepatan aliran diatur sedemikian rupa sehingga piringan beban bersisian kembali
dengan acuan tinggi. Praktikan kemudian mencatat besarnya volume yang tertampung
dan waktu aliran untuk medapatkan debit aliran nantinya. Ulangi percobaan dengan
menggunakan variasi beban yang lainnya namun tetap menggunakan beban sasaran yang
sama. Setelah semua variasi beban terpakai, ulangi percobaan dengan mengganti beban
sasaran datar dengan beban sasaran kerucut dan hemispherical. Digunakan berbagai
variasi beban dan benda sasaran dimaksudkan untuk mendapatkan variasi data sehingga
bisa dibandingkan hasilnya.
2. Analisa hasil
Tujuan dari praktikum kali ini adalah untuk membandingkan nilai b secara teori
dengan nilai b yang didapatkan pada saat praktikum. Setelah praktikan mendapatkan data
berupa besarnya volume dan waktu, praktikan menghitung besarnya nilai debit yang
didapat dari pembagian antara besarnya volume dan waktu. Secara teori, nilai b pada
sasaran datar dapat diperoleh dari rumus b teori=ρ
g . A. sedangkan untuk benda sasaran
kerucut rumusnya adalah b teori=3 ρ
2 g . A. dan benda sasaran yang terakhir yaitu benda
sasaran hemispherical, rumusnya adalah b teori=2 ρ
g . A. untuk mendapatkan b secara
praktikum, praktikan memplot Q2 sebagai sumbu x dan massa sebagai sumbu y, yang
selanjutnya b dapat dicari menggunakan persamaan least square. Seetelah menghitung
nilai b, praktikan menghitung kesalahan relative antar b yang didapatkan pada saat
praktikum dan b secara teoritis atau dengan menggunakan ruus. b yang didapatkan untuk
masing – masing benda sasaran adalah sebagai berikut:
Benda sasaran b teori b praktikum Kesalahan relatif (%)
Datar 180° 19904458,6 219041 98,89
Kerucut 120° 29856687,9 261300,7 99,12
Hemispherical 39808917,2 273394,8 99,31
Dapat dilihat dari hasil yang diperoleh bahwa semakin besar sudut nya, maka b
yang didapatkan semakin besar. Seperti kita ketahui bahwa b merupakan perbandingan
antara massa beban dengan debit. Semakin kecil sudut nya, maka aliran akan semakin
terhambat oleh cekungan pada benda tersebut. Apabila diletakkan benda sasaran datar,
maka aliran air tidak tertahan, melainkan langsung diteruskan. Maka, semakin besar
sudutnya maka debit yang dihasilkan akan semakin kecil sehingga didaptakn nilai b yang
lebih besar. Untuk variasi beban, apabila beban yang dipasang semakin besar maka debit
yang dihasilkan semakin besar. Hal ini dapat dilihat pada grafik. Grafik menunjukkan
gradient yang postif yang artinya debit dengan massa memiliki hubungan yang
berbanding lurus.
3. Analisa kesalahan
Kesalahan yang didapatkan pada praktikum ini sangat besar dan bahkan
mendekati angka 100 %. Kesalahan relatif yang didapatkan pada benda sasaran datar
sebesar 98,89 %. Untuk benda sasaran kerucut didapatkan kesalahan relatif sebesar
99,12%. Dan yang terakhir, benda sasaran hemispherical, kesalahan relatifnya sebesar
99,31%. Kesalahan – keslahan yang terjadi pada saat praktikum antara lain disebabkan
oleh:
- Ketidakauratan praktikan dalam mengukur besar volume
- Kesalahan paralaks ketika mengukur acuan tinggi.
- Kesalahan ketepatan waktu pengukuran debit. Karena waktu yang digunakan dalam
pengukuran debit percobaan ini 5 detik, sering terjadi ketidaktepatan waktu dari 5
detik tersebut, sehingga berpengaruh pada hasil percobaan.
- Ketidakcermatan praktikan dalam mengkondisikan garis pertengahan piringan.
Pengaruh garis pertengahan piringan beban yang tidak tepat juga mempengaruhi hasil
perhitungan debit, walaupun tidak signifikan.
- Kesalahan praktikan dalam melakukan pengolahan dan perhitungan data.
-
I. KESIMPULAN
- Tujuan dari percobaan Dampak Aliran Jet adalah menyelidiki keabsahan berlakunya
rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang ditimbulkan aliran jet terhadap berbagai
bentuk benda sasaran.
- Pengolahan data yang dilakukan dengan cara membandingkan percobaan dengan
teori
- Semakin kecil sudut pada benda sasaran maka aliran air akan semakin terhambat
sehingga didapatkan nilai debit yang lebih kecil.
- Semakin berat beban nya, maka debit yang dihasilkan akan semakin besar.
- Keslahan relative yang didapatkan sangat besar, hal ini dikarenakan oleh kesalahan
praktikan dalam mengukur volume dan waktu aliran, kesalahan paralaks ketika
mengukur acuan tinggi, ketidakcermatan praktikan dalam mengkondisikan garis
pertengahan piringan, dan kesalahan praktikan dalam melakukan pengolahan dan
perhitungan data.
J. DAFTAR PUSTAKA
Pedoman Modul Praktikum Hidolika,Hidrologi dan Sungai, Departemen Sipil, Fakultas
Teknik, Universitas Indonesia.
Lampiran
Gambar 1. Alat peraga dampak aliran jet