LAPORAN PRAKTIKUMMEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA

KELOMPOK : 2Danang Setia R.1206251023Ghozi Naufal A.120Kasihisa Hervani1206238002Rinaldi Dwiyanto1206243646Widia Retno A. 1206217931

Hari/Tanggal Praktikum: Sabtu, 9 November 2013Asisten: RusdiTanggal Disetujui : Nilai :Paraf :

LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI DAN SUNGAIDEPARTEMEN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIA2012

PERCOBAAN AA. Tujuan PraktikumMendapatkan besaran koefisien kecepatan aliran melalui lubang kecil.B. Dasar TeoriKecepatan aliran melalui lubang (orifice) dapat dinyatakan sebagai berikut:

Sedangkan dari percobaan ini harga Cv diperoleh dari hubungan :

dimana:V= kecepatan aliran yang melewati lubang.Cv= Koefisien Kecepatan.g= gravitasi.h= tinggi air terhadap lubang.X= Jarak horizontal pancaran air dari bidang vena contracta.Y= Jarak vertikal pancuran air.Titik nol (0) untuk pengukuran sumbu X, diambil dari bidang vena contracta, demikian juga dengan luas penampang yang dipakai adalah luas penampang pada bidang vena contracta, dimana hubungan antara luas penampang lubang (Ap) dengan luas bidang vena contracta (Av) dinyatakan sebagai berikut:

Dimana Cc adalah nilai koefisien kontraksiC. Peralatan dan Bahan1. Meja Hidrolika2. Kertas Grafik3. Perangkat alat percobaan aliran melalui lubang4. Stop watch5. Gelas Ukur

D. Prosedur Pelaksaan 1. Menempatkan alat pada saluran tepi meja hidrolika. Menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai meja hidrolika dan mengarahkan pipa lentur dari pipa pelimpah ketangki air meja hidrolika.2. Mengatur kaki peyangga sehingga alat terletak horizontal dan mengatur juga arah aliran dari lubang bukaan sedemikian rupa sehingga menjadi sebidang dengan jajaran jarum pengukur.3. Menyelipkan selembar kertas pada papan belakang jajaran jarum dan menaikkan dulu semua jarum untuk membebaskan lintasan air yang menyembur.4. Menaikkan pipa pelimpah, membuka katup pengatur aliran dan mengalirkan air masuk kedalam tangki utama5. Mengatur katup pengatur aliran sedemikian rupa hingga air persis melimpah lewat pipa pelimpah dan tidak ada gelombang pada permukaan tangki utama6. Mencatat besarnya tinggi tekanan pada tangki utama7. Menentukan letak terjadinya vena contracta saat diukur dari lubang bukaan (0,5 diameter bukaan)8. Mengatur posisi jarum tegak secara berurutan untuk mendapatkan bentuk lintasan aliran yang menyembur. Memberi tanda posisi ujung atas jarum pada kertas grafik9. Mengulangi percobaan untuk setiap perbedaan tinggi tekanan pada tangki utama10. Mengganti lempeng lubang bukaan dengan diameter yang lain dan ulangi langkah 1-9

E. Data PercobaanSetelah melakukan praktikum di laboratorium, diperoleh data praktikum sebagai berikut:

Diameter lubangHxX=x2/HYX2XY

6 mm40000000

506.25539.062531.25

1002512625300

15056.25253164.06251406.25

20010041100004100

250156.255824414.0639062.5

300225785062517550

350306.2510493789.06331850

38000000

506.58543.296432.9

10026.3213692.7424342.16

15059.21263505.82411539.46

200105.264211079.6684420.92

250164.476527050.38110690.6

300236.848256093.18619420.9

350322.37107103922.4234493.6

36000000

506.94548.163634.7

10027.7814771.7284388.92

15062.5283906.251750

200111.114612345.4325111.06

250173.616430140.43211111

300250896250022250

350340.28114115790.4838791.9

34000000

507.35654.022544.1

10029.4116864.9481470.56

15066.18304379.79241985.4

200117.655013841.5235882.5

250183.826833789.79212499.8

300264.719370071.38424618

350360.29121129808.8843595.1

32000000

507.811260.996193.72

10031.2521976.5625656.25

15070.31334943.49612320.23

20012551156256375

250195.317438145.99614452.9

300281.259879101.56327562.5

350382.81131146543.550148.1

Diameter lubangHxX=x2/HYX2XY

3 mm40000000

506.25639.062537.5

1002512625300

15056.25233164.061293.75

20010037100003700

250156.255524414.18593.75

300225755062516875

350306.259893789.130012.5

38000000

506.58643.296439.48

10026.3212692.742315.84

15059.21253505.821480.25

200105.263711079.73894.62

250164.475727050.49374.79

300236.847856093.218473.5

350322.3710510392233848.9

36000000

506.94648.163641.64

10027.7813771.728361.14

15062.5283906.251750

200111.114012345.44444.4

250173.616130140.410590.2

300250826250020500

350340.2811011579037430.8

34000000

507.35754.022551.45

10029.415864.948147.05

15066.18344379.792250.12

200117.654613841.55411.9

250183.826533789.811948.3

300264.718870071.423294.5

350360.2911512980941433.4

32000000

507.81860.996162.48

10031.2517976.563531.25

15070.31384943.52671.78

20012550156256250

250195.31683814613281.1

300281.259279101.625875

350382.8112214654346702.8

F. Pengolahan Data1. =6 mm h=400 mmhxX=x2/hYX2XY

40000000

506.25539.0631.25

1002512625300

15056.25253164.061406.25

20010041100004100

250156.255824414.069062.5

300225785062517550

350306.2510493789.0631543.8

182656.2563993.8

Grafik 1. Grafik Percobaan dengan =6 mm dan h=400 mm

2. =6 mm h=380 mmhxX=x2/hYX2XY

38000000

506.58543.2832.9

10026.3213692.52342.16

15059.21263505.891539.46

200105.264211080.334420.92

250164.476527051.5910690.6

300236.848256094.1819420.9

350322.37107103921.434493.6

202389.270940.5

Grafik 2. Grafik Percobaan dengan =6 mm dan h=380 mm

3. =6 mm h=360 mmhxX=x2/hYX2XY

36000000

506.94548.163634.7

10027.7814771.7284388.92

15062.5283906.251750

200111.114612345.4325111.06

250173.616430140.43211111

300250896250022250

350340.28114115790.4838791.9

225502.4879437.6

Grafik 3. Grafik Percobaan dengan =6 mm dan h=360 mm

4. =6 mm h=340 mmhxX=x2/hYX2XY

34000000

507.35654.022544.1

10029.4116864.9481470.56

15066.18304379.79241985.4

200117.655013841.5235882.5

250183.826833789.79212499.8

300264.719370071.38424618

350360.29121129808.8843595.1

252810.3589095.4

Grafik 4. Grafik Percobaan dengan =6 mm dan h=340 mm

5. =6 mm h=320 mmhxX=x2/hYX2XY

32000000

507.811260.996193.72

10031.2521976.5625656.25

15070.31334943.49612320.23

20012551156256375

250195.317438145.99614452.9

300281.259879101.56327562.5

350382.81131146543.550148.1

285397.11101609

Grafik 5. Grafik Percobaan dengan =6 mm dan h=320 mm

6. =3 mm h=400 mmhxX=x2/hYX2XY

40000000

506.25639.062537.5

1002512625300

15056.25233164.06251293.75

20010037100003700

250156.255524414.0638593.75

300225755062516875

350306.259893789.06330012.5

182656.2560812.5

Grafik 6. Grafik Percobaan dengan =3 mm dan h=400 mm

7. =3 mm h=380 mmhxX=x2/hYX2XY

38000000

506.58643.296439.48

10026.3212692.7424315.84

15059.21253505.82411480.25

200105.263711079.6683894.62

250164.475727050.3819374.79

300236.847856093.18618473.5

350322.37105103922.4233848.9

202387.5167427.4

Grafik 7. Grafik Percobaan dengan =3 mm dan h=380 mm

8. =3 mm h=360 mmhxX=x2/hYX2XY

36000000

506.94648.163641.64

10027.7813771.7284361.14

15062.5283906.251750

200111.114012345.4324444.4

250173.616130140.43210590.2

300250826250020500

350340.28110115790.4837430.8

225502.4875118.2

Grafik 8. Grafik Percobaan dengan =3 mm dan h=360 mm

9. =3 mm h=340 mmhxX=x2/hYX2XY

34000000

507.35754.022551.45

10029.415864.9481147.05

15066.18344379.79242250.12

200117.654613841.5235411.9

250183.826533789.79211948.3

300264.718870071.38423294.5

350360.29115129808.8841433.4

252810.3584536.7

Grafik 9. Grafik Percobaan dengan =3 mm dan h=340 mm

10. =3 mm h=320 mmhxX=x2/hYX2XY

32000000

507.81860.996162.48

10031.2517976.5625531.25

15070.31384943.49612671.78

20012550156256250

250195.316838145.99613281.1

300281.259279101.56325875

350382.81122146543.546702.8

285397.1195374.4

Grafik 10. Grafik Percobaan dengan =3 mm dan h=320 mm

Koefisien kecepatan (Cv) rata-rata :

DiameterhCv

6 mm4000.84

3800.84

3600.84

3400.84

3200.84

Cv rata-rata0.84

DiameterhCv

3 mm4000.87

3800.87

3600.86

3400.85

3200.85

Cv rata-rata0.86

Cv kumulatif = = 0,85

G. Analisa Praktikum1. Analisa PercobaanPercobaan H-06 aliran melalui lubang bertujuan untuk mengetahui besarnya koefisien kecepatan dan koefisien debit yang terjadi pada aliran air yang keluar dari sebuah lubang di sebuah tangki. Pada percobaan ini, digunakan 2 lubang pada plat dengan diameter 3 mm dan 6 mm.Langkah awal sebelum melakukan percobaan adalah praktikan menyiapkan alat-alat yang digunakan seperti kertas millimeter block yang digunakan untuk mencatat kurva aliran air yang keluar melalui lubang, 1 set peralatan aliran melalui lubang yang diletakkan diatas meja hidrolika, gelas ukur dan stopwatch yang digunakan untuk menghitung besarnya debit dari aliran yang terjadi.Percobaan pertama dilakukan dengan menggunakan lubang berdiameter 6 mm. Pertama-tama air dialirkan ke dalam tangki utama hingga 400 ml. Langkah selanjutnya adalah mengatur jarum-jarum yang terletak di papan sejajar dengan aliran air namun tidak terkena oleh aliran air yang keluar. Setelah itu praktikan memberikan tanda untuk setiap posisi jarum pada milimeter block untuk perhitungan debit air, praktikkan. Untuk menghitung debit air, praktikan menyiapkan gelas ukur dan stopwatch. Langkah yang dilakukan adalah praktikan menampung aliran air yang keluar selamaa 5 detik ke gelas ukr. Debit air diperoleh dengan membagi hasil volume air yang tertampung dengan waktunya (5 detik). Perhitungan debit air tersebut dilakukan dari 400ml sampai 320ml, yaitu penurunan volume air sebesar 20ml. Setelah semua data diperoleh, praktikan mengganti pelat lubang dari diameter 6 mm menjadi 3 mm dan melakukan percobaan dengan langkah-langkah yang sama seperti saat menggunakan pelat lubang berdiameter 6 mm.2. Analisa Hasil dan GrafikPada percobaan ini, data-data yang diperoleh adalah data koordinat kurva dan debit air saat kondisi constant head.Setelah memperoleh data, praktikan menghitung koefisien kecepatan untuk lubang berdiameter 6 mm dan 3 mm. Koefisien kecepatan diperoleh dengan menggunakan koordinat-koordinat dari titik-titik penandaan pada setiap aliran air yang terjadi saat praktikum. Rumus untuk mencari koefisien kecepatn adalah . Nilai b diperoleh dengan menggunakan least square.Berdasarkan dari perhitungan data hasil praktikum, diperoleh Cv rata-rata untuk lubang berdiameter 6 mm sebesar 0,84. Nilai Cv rata-rata untuk lubang diameter 3 mm sebesar 0,86. Kesalahan relatif kumulatif dari percobaan ini sebesar 11,46%.Pada percobaan ini, didapatkan kesalahan relatif kumulatif diatas 10%, yaitu 11,46%. Hal ini dapat disebabkan oleh pipa yang tidak benar-benar sejajar dengan arah keluarnya air dan tidak lurusnya jarum (bengkok) sehingga mengakibatkan perubahan letak titik pada kertas milimeter. Selain itu, nilai kesalahan relatif dapat dipengaruhi karena praktikan tidak tepat dalam menandai ujung jarum di kertas millimeter block tidak tepat di ujung jarum. Selain itu ketidaktepatan dalam menandai di milimeter block juga disebabkan oleh ketebalan pena dan pada saat memberikan tanda tidak tepat di titiknya. Faktor lain yang menyebabkan adanya perbedaan antara nilai praktikum dengan nilai teori dapat pula disebabkan karena salah membaca tanda di kertas millimeter block. contohnnya saat penandaan tidak berada tepat pada garis-garis di kertas millimeter block, praktikan merasa sulit menentukan dengan pasti berapa ukurannya. Disamping itu, saat melakukan praktikum kondisi air di tangki tidak tenang sehingga mengganggu dalam menghitung debit yang terjadi dan aliran air yang keluar dari lubang.

3. Analisa KesalahanPada praktikum ini, terdapat beberapa yang dapat memengaruhi data hasil percobaan. Beberapa kesalahan tersebut antara lain:a. Kesalahan alatPada praktikum ini, kesalahan alat seperti pompa air yang tidak dapat memompa air secara konstan sehingga volume air pada tangki utama berubah-ubah dan tidak lurusnya jarum (bengkok) sehingga mempengaruhi letak ujung jarum. b. Kesalahan praktikanKesalahan yang disebabkan oleh praktikan adalah seperti ketika mengatur jarum yang kurang sejajar dengan aliran air (terlalu tinggi atau terlalu rendah) sehingga mengakibatkan titik posisi yang didapat kurang tepat.c. Kesalahan paralaksKesalahan paralaks adalah kesalahan pengamatan dan pembacaan pengukuran oleh praktikan. Kesalahan paralaks meliputi kesalahan dalam membaca volume tangki utama dan kesalahan dalam pembacaan titik-titik koordinat. H. Kesimpulan1. Percobaan ini bertujuan untuk mendapatkan besaran koefisien kecepatan aliran melalui lubang kecil (Cv) dengan menggunakan diameter lubang 3mm dan 6mm.2. Nilai Cv rata-rata yang didapat saat D = 3mm sebesar 0.84 dan saat D = 6mm sebesar 0.863. Besarnya nilai kesalahan relatif kumulatif Cv yang didapat saat D = 3mm dan saat D = 6mm sebesar 11,46 % bila dibandingkan dengan nilai Cv literatur sebesar 0,96.

PERCOBAAN B

A. Tujuan PraktikumMendapatkan besaran koefisien debit aliran melalui lubang kecil saat tekanan tetap dan berubah.B. Dasar TeoriSelain koefisien kecepatan (Cv) pada aliran melalui lubang dikenal juga dengan istilah koefisien Cd, yaitu perbandingan antara debit yang sebenarnya dengan debit teoritis.Aliran dengan tekanan tetap :

Aliran dengan tekanan berubah :

dimana :Q= besarnya debit aliran yang melalui lubangCd= koefisien debitA= luas penampang lubangg= percepatan gravitasih= tinggi air terhadap lubangT= waktu pengosongan tabung / tangki (t2-t1)AT= luas tangki utamah1= tinggi air pada t1h2= tinggi air pada t2

C. Peralatan dan Bahan1. Meja Hidrolika2. Perangkat alat percobaan aliran melalui lubang3. Stop watch4. Gelas Ukur

D. Prosedur PercobaanPendahuluan1. Mengukur diameter tangki utama2. Menempatkan alat pada saluran tepi meja hidrolika. Menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai meja hidrolika dan mengarahkan pipa letur dan pipa pelimpah ke tangki meja hidrolika.3. Mengatur kaki penyangga sehingga alat terletak horizontal.4. Menaikkan pipa pelimpah,membuka katup pengatur aliran pada meja hidrolikaUntuk keadaan aliran tetap:1. mengatur katup pengatur aliran dan pipa pelimpah sedemikian, hingga tinggi muka air pada tangki tetap ada ketinggian yang dikehendaki.2. Mencatat tinggi tekanan air h pada skala mistar ukur, menghitung debit aliran yang melewati lubang dengan menggunakan gelas ukur dan stop watch.3. Mengulangi prosedur 1 s/d 2 tersebut untuk setiap perbedaan tinggi tekanan.4. Mengganti lempeng lubang bukaan dengan diameter yang lain dan mengulangi langkah 1 s/d 3Untuk keadaan aliran dengan tekanan berubah:1. Menaikkan pipa pelimpah sampai ketnggian tekanan maksimum.2. Membuka katup pengatur alirn, isi penuh tangki utama sehingga air persis melimpah lewat pipa pelimpah pada ketinggian maksimum tersebut.3. Menutup katup pengatur aliran.4. Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan tangki utama dari ketinggian h1 hingga ketinggian h2, ambil setiap penurunan muka air 2 cm.5. Mengulangi percobaan untuk h1 dan h2 yang lain.6. Mengganti lempeng bukaandan mengulangi lagi langkah 1 s/d 5 E. Pengolahan Data Praktikum1. Constant HeadDiameterQX=Q2Y=hX2XY

(D)(mm3/s)(mm)

3 mm170002,9E+084008,4E+161,2E+11

168002,8E+083808,0E+161,1E+11

157602,5E+083606,2E+168,9E+10

144602,1E+083404,4E+167,1E+10

144002,1E+083204,3E+166,6E+10

3,1E+174,5E+11

DiameterQX=Q2Y=hX2XY

(D)(mm3/s)(mm)

6 mm551003E+094009,2E+181,2E+12

539002,9E+093808,4E+181,1E+12

551003E+093609,2E+181,1E+12

549003E+093409,1E+181,0E+12

469402,2E+093204,9E+187,1E+11

4,1E+195,1E+12

2. Variable HeadDiameterX=H1 -H2Y=TX2XY

3 mm0,511,50,26010,765

0,528,60,27044,472

0,5315,90,28098,427

0,559,50,30255,225

0,5719,60,324911,172

1,438830,061

At= 0,25x3,14x140x140= 15386 mm2

DiameterX=H1 -H2Y=TX2XY

6 mm0,511,50,26010,765

0,5240,27042,08

0,533,30,28091,749

0,554,40,30252,42

0,573,40,32491,938

1,43888,952

Kesalahan relatif kumulatif =

= = 55 %

F. Analisa Praktikum1. Analisa PercobaanPada percobaan H-06 ini bertujuan untuk mendapatkan koefisien debit dari aliran melalui lubang pada kondisi tekanan tetap dan tekanan berubah. Percobaan ini menggunakan 2 buah lubang dengan diameter 3 mm dan 6 mm. setelah semua peralatan terpasang pada meja hidrolika, praktikan menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai meja hidrolika dan mengarahkan pipa lentur ke tangki air pada meja hidrolika. Kemudian praktikan menyalakan pompa air dan membuka katup pengatur aliran sehingga air masuk ke dalam tangki utama.Dalam menentukan besar koefisien debit yang terjadi, diberlakukan 2 kondisi, yaitu kondisi saat tekanan tetap (constant head) dan kondisi saat tekanan berubah (variable head).Pada pengukuran korfisien debit aliran pada saat tekanan tetap, secara umum langkah-langkah yang harus dilakukan sama seperti saat menentukan besaran koefisien kecepatan pada percobaan A. Namun, untuk menghitung besarnya koefisien debit, yang diperlukan bukanlah grafik berdasarkan aliran air nya, melainkan besarnya debit yang keluar dari aliran air yang melalui lubang tersebut. Dalam menentukan debit yang terjadi, setiap penurunan 20 mm (volume dari 400mm sampai dengan 320mm) pada lubang berdiameter 3 mm dan 6 mm, praktikan mengukur volume air yang keluar dari lubang selama 10 detik dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch. Air yang keluar dari lubang ditampung dalam gelas ukur dan dicatat volumenya selama 10 detik.Sedangkan untuk mengukur koefisien debit pada kondisi aliran dengan tekanan berubah, pada prinsipnya adalah menentukan waktu yang diperlukan untuk mengosongkan tangki utama dari ketinggian tertentu hingga batas yang telah ditentukan. Pada praktikum ini, yang ingin diketahui adalah berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh air untuk mengosongkan tangki utama dari ketinggian 400 mm hingga 320 mm dengan mencatat waktu yang diperlukan setiap penurunan 20 mm. Pertama, praktikan mengisi air dalam tangki utama hingga mencapai ketinggian 400 mm. setelah itu, mematikan mesin pompa dan mencatat waktu yang terjadi setiap penurunan 20 mm.

2. Analisa Hasil dan GrafikPada percobaan kedua ini bertujuan untuk menentukan besar koefisien debit dari aliran melalui lubang. Pada praktikum ini, diperoleh 2 nilai Cd untuk masing-masing lubang yaitu Cd saat kondisi konstan dan Cd saat kondisi berubah. Cd pada kondisi konstan adalah saat alat masih dinyalakan dan aliran air diusahakan konstan pada saat menghitung debitnya, sedangkan Cd berubah diukur saat alat dimatikan dan dihitung berapa lama waktu yang diperlukan untuk setiap penurunan 20 ml. Dari pengolahan data yang telah dilakukan, diperoleh besarnya koefisien debit (Cd) yang terjadi pada pelat yang berlubang 6 mm sebesar 0,98 dan koefisien debit (Cd) teori sebesar 0,69. Pada pelat lubang yang berdiameter 3 mm, diperoleh Cd sebesar 1,16 dan koefisien debit (Cd) teori sebesar 0,69. Besarnya kesalahan relatif kumulatifnya adalah sebesar 55%.Besarnya kesalahan relatif yang terjadi bisa disebabkan karena beberapa hal diantaranya kesalahan praktikum dalam menentukan waktu yang diperlukan air setiap penurunan 20 ml. kesalahan dalam menentukan waktu tersebut dapat dikarenakan saat penurunan dari 400 ml hingga 360 ml air menurun sangat cepat sehingga kesesuaian saat menekan tombol pada stopwatch dengan penurunan setiap 20 ml sedikit diragukan.

3. Analisa Kesalahan1. Kesalahan AlatPada percobaan ini terdapat beberapa kesalahan yang disebabkan karena alat seperti pompa air yang tidak konstan memompa air sehingga aliran debit menjadi sedikit berubah. Selain itu terdapat pula perbedaan prinsip pompa air pada setiap percobaannya sehingga memengaruhi nilai b yang didapatkan.2. Kesalahan PraktikanKesalahan yang disebabkan oleh praktikan seperti tidak tepatnya dalam menentukan ukuran penurunan air setiap penurunan 20 mm, yaitu praktikan terlambat atau kelebihan dalam menentukan penurunannya. Ketidak tepatan ini bisa dikarenakan ketidak telitian praktikan dalam melihat cekungan permukaan ari pada tabung. Selain itu, saat menentukan debit pada kondisi tekanan tetap, terkadang volume air yang terbaca di gelas ukur tidak tepat. terutama saat ketinggian permukaan air tidak segaris dengan garis ukur pada gelas ukur sehingga praktikan hanya menerka-nerka besarnya. Selain itu terdapat pula kesalahan ketika mengatur debit aliran air. Dalam hal ini praktikan seringkali tidak tepat dalam menghentikan stopwatch dan menghentikan aliran air yang keluar dari lubang. Hal ini menyebabkan tidak sesuainya data yang diperoleh antara waktu dan debit air yang dihasilkan. 3. Kesalahan ParalaksKesalahan paralaks merupakan kesalahan yang disebabkan oleh praktikan terutama berkaitan dengan pengamatan dan pembacaan pengukuran seperti kesalahan saat membaca ukuran volume air yang keluar dari aliran lubang di gelas ukur dan kesalahan saat membaca skala ketinggian air di tangki utama.

G. Kesimpulan1. Koefisien debit air (Cd) rata-rata yang didapat saat D = 3 mm sebesar 1,16 dan saat D = 6 mm sebesar 0,98 dengan besar kesalahan relatif kumulatif sebesar 55%.

LAMPIRAN

Gambar 1. Pengukuran koordinat dengan menggunakan milimeterblock

Gambar 2. Peralatan percobaan H-06