LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

H-09DAMPAK ALIRAN JET

Kelompok R-11Andre Kurniawan(1306412810)Fadhil Muhammad Fajri(1306414822)Hilmy Darmawan(1306413555)Inradjati Rahmatullah(1306416121)Muhammad Lazuardi R(1306412792)Parlin Apriljal(1306413561)

Tanggal Praktikum:11 Oktober 2014Asisten Praktikum:Ahmad RidhoTanggal Disetujui:Nilai:Paraf Asisten:

LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAIDEPARTEMEN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIADEPOK 2014DAMPAK ALIRAN JET

A. Tujuan PraktikumMenyelidiki keabsahan berlakunya rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang ditimbulkan oleh aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran.

B. Teori DasarSuatu aliran jet dengan kecepatan v dan debit Q mempunyai momentum persatuan waktu sebesar:

di mana:p= Momentum per satuan waktu (kgm/s)= Massa jenis benda cair (kg/m3)Q= Debit air (m3/s)v= kecepatan aliran (m/s)

Gaya yang ditimbulkan berbeda untuk setiap jenis sasaran:1. Datar (180) : 2. Kerucut (120): 3. Hemisperical : dimana:A= Luas Nozzle (m2)Q= Debit (m3/s)F= Gaya (N)= Massa Jenis air (kg/m3)

C. Alat dan Bahan1. Meja Hidrolika2. Alat Peraga aliran jeta. Beban b. Nivoc. Benda sasaran1. Sasaran datar 1802. Sasaran kerucut 1203. Sasaran hemispherical (setengah lingkaran)d. Stopwatch

D. Cara Kerja1. Mengangkat cungkup dan tabung tembus pandang. Mengukur diameter Nozzle.2. Memasang benda sasaran pada batang yang dihubungkan dengan piringan beban.3. Memasang kembali cungkup dari tabung, menyambungkan pipa aliran masuk dengan meja hidrolika.4. Mengatur kaki penyangga tabung sampai nivo menunjukkan alat sudah horizontal.5. Mengatur acuan tinggi sehingga tepat menunjukkan pada garis tanda pertengahan tebal piringan beban.6. Meletakan beban dengan berat tertentu diatas piringan beban.7. Menyalakan keran air dan membuka katup pengatur pada meja hidrolika. 8. Menyesuaikan kecepatan aliran sedemikian rupa sehingga piringan beban bersisian kembali dengan acuan tinggi.9. Mencatat besarnya volume dan waktu aliran serta berat beban10. Mengulangi langkah 6-9 untuk setiap penambahan beban.11. Mengulangi langkah diatas untuk jenis sasaran lainya (kerucut 120 dan hemispherical).

E. Pengolahan data

1) Sasaran datar (180) (v2=0)

Menjadi :

dengan :y= b= x=

2) Sasaran kerucut (120)( maka )

Menjadi :

dengan:y= b= x=

3) Kondisi sasaran hemispherical.

menjadi:

dengan:y= b= 2 x=

1) Sasaran DatarDiameter nozzle: 8 mm = 0,008 mMassa pemberat (kg)Volume air (m3)Waktu (s)Debit (m3/s)Q2

0.020.0017,590,0001321,73587E-08

0.040.0016,460,0001552,39627E-08

0.060.0014,410,0002275,14189E-08

0.080.0013,980,0002516,31297E-08

0.10.0013,850,0002606,7465E-08

0.120.0012,270,0004411,94065E-07

Tabel 1. Tabel data sasaran datar

X(Q2)Y(m)XYX2

1,73587E-080,023,47173E-103,01323E-16

2,39627E-080,049,58506E-105,74209E-16

5,14189E-080,063,08513E-092,6439E-15

6,31297E-080,085,05038E-093,98536E-15

6,7465E-080,16,7465E-094,55153E-15

1,94065E-070,122,32879E-083,76614E-14

Jumlah3,94755E-084,97177E-14

Tabel 2. Tabel Data Regresi Linear

massa

Grafik 1. Grafik perbandingan Q2 terhadap m sasaran datar

F = Q2 /A .. F = m x g m = /g.A x Q2 y = b xb = = =7,939933E+05

b teori sasaran datar: +06

2) Sasaran KerucutDiameter nozzle: 8 mm = 0,008 mMassa pemberat (kg)Volume air (m3)Waktu (s)Debit (m3/s)Q2

0,020,00112,040,0000836,89838E-09

0,040,0017,280,0001371,88685E-08

0,060,0016,60,0001522,29568E-08

0,080,0015,970,0001682,80577E-08

0,10,0015,660,0001773,12153E-08

0,120,0014,210,0002385,64204E-08

Tabel 3. Tabel data sasaran kerucutX(Q2)Y(m)XYX2

6,89838E-090,021,37968E-104,75876E-17

1,88685E-080,047,5474E-103,5602E-16

2,29568E-080,061,37741E-095,27017E-16

2,80577E-080,082,24461E-097,87232E-16

3,12153E-080,13,12153E-099,74393E-16

5,64204E-080,126,77044E-093,18326E-15

Jumlah1,44067E-085,87551E-15

Tabel 4. Tabel data sasaran kerucut regresi linearQ2

Grafik 2. Grafik perbandingan Q2 terhadap m sasaran kerucut

Kerucut (1200)F = 3Q2 /2A F = m x gm = 3/g.2A x Q2 y = b xb = = =2,45E+06 b teori sasaran kerucut: +06

3) Sasaran HemisphericalDiameter nozzle: 8 mm = 0,008 mMassa pemberat (kg)Volume air (m3)Waktu (s)Debit (m3/s)Q2

0,020,0018,990,0001111,23732E-08

0,040,0018,150,0001231,50551E-08

0,060,0017,260,0001381,89726E-08

0,080,0014,870,0002054,2164E-08

0,10,0014,240,0002365,56248E-08

0,120,0014,020,0002496,18797E-08

Tabel 5. Tabel data sasaran hemispherical

X(Q2)Y(m)XYX2

1,23732E-080,022,47463E-101,53095E-16

1,50551E-080,046,02206E-102,26657E-16

1,89726E-080,061,13836E-093,59959E-16

4,2164E-080,083,37312E-091,77781E-15

5,56248E-080,15,56248E-093,09412E-15

6,18797E-080,127,42556E-093,82909E-15

Jumlah1,83492E-089,44072E-15

Tabel 6. Tabel regresi linear Q terhadap massa pada sasaran hemispherical

massa beban

Grafik 3. Grafik perbandingan Q2 terhadap m sasaran hemispherical

HemisphericF = 2Q2 /A .. F = m x gm = 2/g.A x Q2

y = b xb = = =1.943E+06 b teori sasaran hemisperik: +06

F. Analisisa. Analisa Percobaan Percobaan ini diawali dengan mengukur diameter nozzle. Nozzle adalah lubang diujung alat penyembur air. Besarnya diameter nozzle sangat berpengaruh pada kecepatan dan pantulan air ketika disemburkan ke arah benda sasaran. Selanjutnya memasangkan benda sasaran pada batang besi yang terhubung dengan piringan beban. Benda sasaran ini akan menjadi sasaran semburan air dari nozzle yang mengarah pada benda dan menghasilkan pantulan air. Selanjutnya pipa aliran masuk dipasang dengan meja hidrolika agar sirkulasi air dalam alat peraga aliran jet dapat berjalan dengan baik.

Percobaan ini harus dilakukan dengan kondisi horizontal dengan mengecek permukaan air pada nivo. Hal ini dilakukan agar tidak terjadi deviasi atau penyimpangan pada ketinggian air dan arah semburan air, sehingga semburan tepat mengenai benda sasaran. Tetapi sehubungan nivo yang tidak tersedia, maka praktikan hanya perlu mengira-ngira apakah posisi kaki penyangga sudah horizontal atau belum.

Dalam keadaan statis dan tanpa ada penambahan beban, air dialirkan dan praktikan menghitung debit air. Pengambilan debit adalah dengan membagikan volume air yang diukur dengan waktu yang digunakan. Pengambilan debit dapat dilakukan dengan menghitung dalam 1 liter maupun dalam satu detik. Dalam praktikum ini, praktikan mengukur volume air melaui indikator volume air yang tersedia di sisi bawah meja hidrolika. Pembagian 1 liter air dengan waktu tersebut yang menjadi nilai debit air. Setelah itu, praktikan meletakkan beban di atas piringan beban. Hal ini untuk mengetahui pengaruh gaya tekan dari beban terhadap pantulan air yang disemburkan ke arah benda sasaran. Ketika beban yang berbeda diberikan, maka tinggi acuan akan berubah. Perubahan ini akan disesuaikan dengan mengatur kecepatan aliran air agar piringan beban bersisian kembali dengan acuan tinggi. Setelah piringan beban bersisian kembali dengan tinggi acuan, praktikan mencatat besar volume air yang diperlukan untuk membuar piringan beban kembali bersisian dengan tinggi acuan dan mencatat waktu aliran. Percobaan diulangi untuk massa beban 20 gram, 40 gram, 60 gram, 80 gram, 100 gram, 120 gram. Kemudian diulang lagi untuk benda sasaran datar, kerucut, dan hemispheric.

b. Analisa DataData yang diperoleh dalam praktikum ini cukup bervariasi. Hal ini disebabkan karena adanya faktor perbedaan massa beban dan faktor perbedaan bentuk beban sasaran. Dari data kita dapat melihat bahwa semakin besar berat beban yang diberikan pada piringan beban, maka semakin besar debit yang diperlukan untuk membuat piringan beban bersejajaran dengan titik tinggi acuan kembali. Hal ini karena gaya dorong yang diberikan air untuk melawan berat oleh beban semakin besar sehingga pertambahan beban memerlukan pertambahan gaya dorong oleh air. Pertambahan gaya dorong oleh air dapat diperoleh dengan menaikkan kecepatan air yang dipancarkan. Kecepatan air yang semakin besar mengakibatkan ukuran debit yang semakin besar, karena debit (Q) = V (kecepatan air) x A (luar permukaan air).

Sedangkan terhadap perubahan benda sasaran, debit yang dihasilkan oleh benda sasaran hemisperik lebih kecil dibandingkan oleh benda sasaran kerucut dan lebih kecil dibandingkan dengan sasaran datar. Hal ini diakibatkan gaya yang dihasilkan pada ketiga jenis benda sama, karena F setara dengan perkalian massa dikali gravitasi. Pada percobaan ini ketiga jenis benda diberikan perlakuan beban yang sama sehingga nilai F sama. Menurut rumus, untuk sasaran datar, untuk sasaran kerucut, dan untuk sasaran hemisperik maka dapat dilihat ketika nilai F tetap, dan luas permukaan nozzle serta massa jenis air sama, maka nilai Q akan semakin kecil karena berbanding terbalik dengan F untuk sasaran kerucut dan hemisperik. Untuk sasaran datar didapatkan nilai bteori = = +06, sedangkan untuk nilai bpraktikum didapat 7,939933E+05. Untuk sasaran datar ini terjadi kesalahan relatif sebesar 60,9% dari selisih bteori dan bpraktikum yang dibandingkan dengan bteori. Untuk sasaran kerucut didapatkan nilai bteori = = +06, sedangkan untuk nilai bpraktikum didapat 2,45E+06. Untuk sasaran kerucut terjadi kesalahan relatif sebesar 19,4% dengan cara yang sama dengan perhitungan pada sasaran datar. Untuk sasaran hemispherik, didapat bteori = = dan bpraktikum = 1.943E+06. Untuk sasaran hemispherik ini didapatkan kesalahan relative sebesar 52,4%.

Berdasarkan persamaanm = C/g.A x Q2

y = b x, di mana untuk x(debit kuadrat) semakin besar maka nilai b semakin kecil. Ketika sasaran datar diganti menjadi sasaran kerucut, terjadi penurunan besar debit. Demikian juga saat sasaran kerucut diganti menjadi sasaran hemispherik. Penurunan debit berpengaruh pada kenaikan nilai b untuk setiap pergantian benda sasaran untuk perbandingan massa yang sama.

Hal ini membuktikan bahwa debit untuk beban sama lebih kecil pada sasaran hemisperik dan kerucut dibandingkan dengan sasaran datar. Hal ini membuktikan keabsahan teori F untuk sasaran datar, kerucut, dan hemisperik.

c. Analisa GrafikGrafik yang didapatkan dari percobaan ini adalah grafik debit air terhadap massa. Nilai x pada grafik adalah debit kuadrat dan nilai y pada grafik adalah massa beban. Hubungan massa terhadap debit air adalah linear, dimana semakin tinggi nilai massa beban maka semakin tinggi nilai debit air. Semakin berat beban, maka membutuhkan debit aliran air yang juga semakin besar. Seperti pada rumus:

dimana

Sehingga , hal itu menunjukkan debit air dan massa memiliki perubahan yang cenderung sama terhadap waktu karena berbanding lurus. Itu ditunjukkan dengan grafik yang cendrung menaik. Semakin besar debit, semakin besar pula beban. Begitu pula sebaliknya. d. Analisa KesalahanKesalahan yang didapat praktikan dalam praktikum ini adalah : Kesalahan relatif untuk sasaran datar didapat dari selisih antara bteori dan bpraktikum dan dibandingkan dengan bteori sehingga didapatkan hasil 60,9%. Kesalahan relatif untuk sasaran kerucut didapat dari selisih antara bteori dan bpraktikum dan dibandingkan dengan bteori sehingga didapatkan hasil 19,4%. Kesalahan relatif untuk hemispherik didapat dari selisih antara bteori dan bpraktikum dan dibandingkan dengan bteori sehingga didapatkan hasil 52,4%.

Kesalahan ini diakibatkan adanya faktor kurang teliti oleh praktikan, seperti pada saat penetapan titik acuan tinggi. Besar kemungkinan terjadi kesalahan paralaks (kesalahan pandangan) untuk menetapkan kesetaraan benda beban dengan titik acuan. Hal lain yang mempengaruhi kesalahan pengambilan data adalah kondisi alat peraga yang bergoyang saat sehingga tidak dalam kondisi horizontal ideal. Perbedaan tingkat kesalahan untuk setiap benda sasaran juga diakibatkan oleh perbedaan praktikan yang melihat kesetaraan piringan beban dengan titik acuan di mana setiap praktikan memiliki acuan pandangan ukur yang berbeda-beda.G. Kesimpulan Rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang ditimbulkan oleh aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran terbukti absah, untuk benda sasaran datar senilai . untuk benda sasaran kerucut senilai . untuk benda sasaran hemispheric senilai . Bila aliran jet menabrak suatu benda, maka benda tersebut mengalami gaya dorong sebesar perubahan momentum aliran jet. Semakin besar massa benda beban yang dibebankan, maka semakin besar debit yang dibutuhkan untuk melawan gaya dorong akibat berat benda. Besar gaya dorong air H. ReferensiUniversitas Indonesia, Pedoman Praktikum Mekanika Fluida, Depok, 2014.Potter, Merle C; David Wiggert, Mechanics of Fluids, 4th ed., Stamford: Cengage Learning, 2012

I. LampiranGambar3. Variasi beban dan benda sasaranGambar2. Pengukuran piringan beban dengan tinggi acuanGambar1. Tampak alat peraga aliran jet