Panduan Praktikum Mekanika Fluida

Praktikum Mekanika Fluida

PEDOMAN PRAKTIKUM

MEKANIKA FLUIDA

Dr. Ir. Erizal, MAgr. Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DEA.

PROGRAM DUE-like INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2006

0

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

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

6 7 3

4

1 1.

8

Tanki air transparan

2 2. Suplai air 3. Pelimpah

5 4. Pipa transparan 5. 6. 7. 8.

Kran pengeluaran air Tabung zat pewarna Klep Nozel injector

Gambar 1. Apparatus bilangan Reynold

4

Praktikum Mekanika Fluida

Hasil Pengukuran dan Perhitungan:

No.

Suhu 0 C

Viskositas m2/dt

Vol. Air Lt

Waktu detik

5

Debit m3/det

Kecepatan m/det

Re

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 = α 2gh (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 = α 2

ρ1 gh ρ2

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 = α 2gh ; maka dapat dihitung nilai koefisien orifice, α

Hasil pengukuran dan perhitungan

No.

Berat air kg

Waktu detik

Debit m3/det

7

h cm

Kecepatan m/det

α

Gambar 3. Headloss apparatus tampak atas

Praktikum Mekanika Fluida

8

Gambar 4. Headloss apparatus tampak depan

Praktikum Mekanika Fluida

9

Praktikum Mekanika Fluida

3. PENENTUAN KOEFISIEN VENTURI

Spesifikasi Venturi Diameter D = 27 mm Diameter B = 15 mm Diameter C = 27 mm Panjang l = 280 mm

Gambar 5. Penampang venturi

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 + V22/2g + 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 + V22/2g + (f x l/d x V22/2g) h = (p1 - p2) / γ = V22/2g - V12/2g + (f x l/d x V22/2g) h = V22/2g – (1 - V12/ V22 + (f x l/d)) h = V22/2g – (1 – β + (f x l/d)), dimana β = (A2 / A1)2

10

Praktikum Mekanika Fluida

V2 =

2gh /( 1 – β + (f x l/d)) = α 2gh

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

11

h cm

Kecepatan m/det

α

Praktikum Mekanika Fluida

4. HEAD LOSS KARENA GESEKAN DAN PERUBAHAN DIAMETER PIPA

Spesifikasi pipa

25 mm 50 mm

Gambar 6. Penampang 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 + V22/2g + z2 + hL ; hL = hf + hl

hL = {(p1 / γ ) – (p2 / γ)} + { (V12/2g) - (V22/2g)} + { z1 - z2}

pada pipa horizontal Æ z1 = z2 maka

hL = {(p1 / γ ) – (p2 / γ)} + { (V12/2g) - (V22/2g)} bila diameter pipa seragam Æ V1 = V2 maka

hL = {(p1 / γ ) – (p2 / γ)} Besarnya kehilangan head karena gesekan mengikuti persamaan DarcyWeisbach:

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

12

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

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

15

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

Debit m3/det

h cm

Kecepatan m/det

k

Kehilangan Energi Akibat Katup No.

Berat air kg

Waktu detik

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.

Gambar 7. Alat ukur aliran udara Udara adalah fluida kompresibel dengan karakteristiknya dapat dinyatakan dengan persamaan:

γ=P/RT 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: Q = 60α0εa Ao 2g

ho γa

Dimana: Q = debit aliran udara, m3/menit αo = koefisien orifice εa = koefisien udara Ao = luas penampang celah orifice (

2

πD1 ), m2 4

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

=

VxD

ν

x10 4

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)

B A

C D

Gambar 8. Manometer

20

Praktikum Mekanika Fluida

Gambar 9. Alat demonstrasi aliran udara

21

Praktikum Mekanika Fluida

Gambar 10. Titik pengukuran dan nomor kran pengukuran tekanan

Praktikum Mekanika Fluida

Tabel hasil pengukuran debit dengan orifice PENGUKURAN DEBIT DENGAN ORIFICE Simbol Satuan O-1 O-2 O-3 O-4 O-5 O-6

Po

To 2

o

kg/m

γo

K

kg/m

Keterangan:

Po = ho + pa To = t + 273 γo = Po / (29.46 x To)

Qo = 60α0 εa Ao 2g

Qo 3

ho γa

23

3

m /mnt

V2 m/det

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 kecepatan

Velocity-Area dengan

Method,

dilakukan

terlebih

dahulu

pengukuran

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

26

Kecepatan m/det

Kecepatan m/det

Debit m3/det

Praktikum Mekanika Fluida

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

No

H1 cm

Q l/dtk

D m

t dtk

A m2

27

N

V m/dtk

Q m /dtk 3

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

q = konst an

E = konst an

y

y subkrit ik yc

superkrit ik

subkrit ik

yc

superkrit ik q

E

Emin

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 =

gy c √gyc3 atau yc = 3

3

q2 /g

karena q = V y , maka pada aliran kritis berlaku : qc = Vc yc => Vc = qc / yc => Vc =

gy c

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=

gy c = C yc y c S c atau Sc = g / C2 , 3

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 persamaan

:

menggunakan

∑F

x

prinsip

impuls-momentum,

dapat

diperoleh

= F1 − F2 = γ ( y1 / 2)A1 − γ ( y 2 / 2)A2 = (γ / g )Q(V2 − V1 ) yang

akan

memberikan persamaan perbandingan : y2/y1 sebagai berikut :

{

( y 2 / y1 ) = (1 / 2) − 1 +

[1 + (8V

1

2

/ gy1

)]}

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

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

z1 + y1 + (V12/2g) = z2 + y2 + (V22/2g) + 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.

31

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=

8g Rh S0 = C Rh S0 untuk C = f

8g f

Rumus ini disebut rumus Chezy, dengan besaran C disebut koefisien kekasaran Chezy. Dari rumus ini dapat diturunkan rumus debit aliran, Q = A C Rh S0 , 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: V=

1 2/3 1/2 R S , dengan besaran n = koefisien kekasaran Manning n

dan rumus debit alirannya, Q = A (1/n) Rh2/3 So1/2 , 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

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.

33