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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
Hasil Pengukuran dan Perhitungan:
No. Suhu 0C
Viskositas m2/dt
Vol. Air Lt
Waktu detik
Debit m3/det
Kecepatan m/det Re
5
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
8
Gam
bar
3. H
eadl
oss
appa
ratu
s ta
mpa
k at
as
Praktikum Mekanika Fluida
9
Gam
bar
4. H
eadl
oss
appa
ratu
s ta
mpa
k de
pan
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
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.
Hasil pengukuran dan perhitungan
No. Berat air kg
Waktu detik
Debit m3/det
h cm
Kecepatan m/det α
11
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
14
Praktikum Mekanika Fluida
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).
Pelaksanaan praktikum :
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
Praktikum Mekanika Fluida
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).
Hasil pengukuran dan perhitungan
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
= 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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Pelaksanaan praktikum :
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
21
Gambar 9. Alat demonstrasi aliran udara
Praktikum Mekanika Fluida
Gambar 10. Titik pengukuran dan nomor kran pengukuran tekanan
Praktikum Mekanika Fluida
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 =
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
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.
Hasil pengukuran dan perhitungan
Sekat ukur
No. H1 cm
Debit l/det
Debit m3/det
25
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
Lebar saluran: ......... m
No H1 cm
Q l/dtk
D m
A m2
t dtk N V
m/dtk Q
m3/dtk
27
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
q = 3cgy = C yc cc Sy atau Sc = g / C2 ,
karena C = y1/6 / n (n = kekasaran Manning), maka Sc = g n2 / yc1/3
Pelaksanaan praktikum :
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
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
31
Persamaan energi dari Bernoulli untuk titik 1 dan 2 untuk kondisi ini :
z1 + y1 + (V12/2g) = z2 + y2 + (V2
2/2g) + HL
Pelaksanaan praktikum :
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.
Praktikum Mekanika Fluida
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
Praktikum Mekanika Fluida
33
Pelaksanaan praktikum :
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.
Top Related