laporan praktikum mekflu

LAPORAN PRAKTIKUMMEKANIKA FLUIDA I TL2101MODUL 2ALIRAN DALAM PIPA

NamaPraktikan: Farrah Meidy DamaraNIM : 15313063Kelompok/Shift: X/10.00-11.00Tanggal Praktikum: 2 Oktober 2014Tanggal Pengumpulan: 9 Oktober 2014PJ Modul: Gilang TrisnaAsisten yang Bertugas: Ni Made Dwi Sastriani

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGANFAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGANINSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2014

I. TUJUAN1. Mengukur perbedaan tinggi tekan pada pipa Piezometer Water Manometer dan U-Tube Mercury Manometer.2. Menghitung koefisien friksi (f), koefisien Hazen-Williams (C), dan koefisien kekasaran Manning (n) dalam perpipaan.3. Menentukan aplikasi aliran dalam pipa pada bidang Teknik Lingkungan.

II. PRINSIP DASARPerbedaan ketinggian fluida pada manometer dapat disebabkan oleh debit yang bervariasi. Dengan adanya perbedaan ketinggian pada berbagai debit, dapat ditentukan koefisien friksi (f), koefisien Hazen-Williams (C), dan koefisien Manning (n) dari hubungan dua hal tersebut. Untuk mengatur variasi debit, digunakan needle valve untuk mengaturnya.

III. TEORI DASAR1. Tabung Piezometer Water ManometerTabung piezometer merupakan alat ukur tekanan yang paling sederhana yang terdiri dari tabung tegak berisi fluida untuk mengukur tekanan. Tabung Piezometer Water Manometer adalah suatu alat yang digunakan dalam mengukur tekanan dalam cairan bila tekanan di dalam bejana lebih besar daripada tekanan atmosfer, dan fluida di dalam bejana di mana tekanan yang akan diukur merupakan zat cair serta tekanan yang diukur harus relatif kecil sehingga ketinggian kolom yang dibutuhkan sesuai.Berikut merupakan gambar dari Piezometer Water Manometer : Dimana selisih tinggi A dan B adalah :P1+ V12 +Z1 = P2+ V22 + Z2 h1 = P1 P2 = h1 h2 h1 = h1 h2 h1 = A BAlat ini dapat digunakan untuk menghitung tekanan yang relatif kecil dan tidak dapat menghitung tekanan udara vakum.

2. U-Tube Mercury ManometerU-Tube Mercury Manometer adalah alat ukur tekanan yang berbentuk huruf U dan berisi fluida untuk mengukur tekanan. Perbedaan U-Tube Mercury Manometer dan tabung Piezometer Water Manometer adalah U-Tube dapat menghitung tekanan pada lebih dari satu sistem. Pada percobaan ini jenis manometer yang digunakan adalah U-Tube manometer differensial, yakni U-Tube manometer yang tertutup di kedua ujungnya dan menggunakan dua fluida yang berbeda (air dan raksa).Berikut merupakan gambar dari U-tube Mercury Manometer :

P1+ = P2P1 (P1 P2 =(P1 P2 =(P1 P2 = (13.6 1). g hL = 12.63. Koefisien friksi (f), koefisien Hazen-Williams (C), dan koefisien Manning (n)A. 2Koefisien friksi didapatkan dari persamaan Darcy-Weisbach :hL = f

B. Koefisien Hazen-Williams :

L1.85 4.87hL = Q1.85karena = S (gradien head loss) dan K akanmenghasilkan 0.2785 sehingga :Q = 0.2785 C D2.63 S0.54C. Koefisien ManningHubungan antara kecepatan dengan gradien head loss dan radius hidrolik adalah :V = C C merupakan koefisien Chezy yang telah dihubungkan dengan kekasaran saluran dan radius hidrolik sehingga : C = R1/6Dengan mensubstitusi nilai C kedalam persamaan yang sebelumnya, maka akan didapatkanV = R2/3 S1/2

IV. DATA PERHITUNGANPerhitungan densitas dan viskositas kinematisNilai densitas dan viskositas didapatkan dari grafik hubungan dengan temperature :

Persamaan untuk densitas yang didapatkan dari grafik adalah = -0.415x + 1005Maka, densitas pada saat Trata-rata = (26+26.5)/2 = 26.25C adalah : = -0.415(26.25)+1005 = 994.10625 kg/m3

Persamaan untuk viskositas kinematis yang didapatkan dari grafik adalah v = 0.0000000002857x2 - 0.0000000370530x + 0.0000016656557Maka, viskositas kinematis saat Trata-rata = 26.25C adalah :v = 0.0000000002857(26.25)2 - 0.0000000370530(26.25) + 0.0000016656557v = 0.000000889880 m2/sPerhitungan dataSuhu awal/Suhu akhir = 26/26.5 CPanjang pipa= 0.524 mDiameter pipa= 0.003 mVolume gelas ukur= 0.01 LMassa jenis air= 994.10625 kg/m3Kekentalan kinematis= 0.000000889880 m2/sTabel dataVariasiPiezometer (m)U-Tube (m)t (s)Trata-rata (s)

ABXY123

10.410.360.2230.22648.448.148.348.26666667

20.4150.350.2230.22836.13635.735.93333333

30.430.320.2210.22925.325.425.125.26666667

40.440.3150.220.2323.123.223.623.3

50.450.3050.220.2322.222.12222.1

60.460.290.2190.23120.620.620.920.7

70.4650.290.2180.23120.420.520.820.56666667

80.470.2750.2180.23319.719.219.619.5

90.480.260.2170.23418.218.118.218.16666667

100.510.220.2150.23815.915.615.915.8

KeteranganQ : debit aliran (m3/s)t rata-rata: (t1+t2+t3)/3 (s)V : volume (m3)v : kecepatan (m/s)A : luas penampang (m2)

Q = Q = A.v

A = D2A = (0.003)2 = 0.000007065 m2

Variasi

h Piezometer (m) h U-Tube (m)Trata-rata (s)Qaktual (m3/s)v (m/s)

10.050.00348.266666670.0000020718000.2932484076

20.0650.00535.933333330.0000027778000.3931776362

30.110.00825.266666670.0000039578000.5601981599

40.1250.0123.30.0000042918000.6074734607

50.1450.0122.10.0000045249000.6404670913

60.170.01220.70.0000048309000.6837791932

70.1750.01320.566666670.0000048622000.6882094834

80.1950.01519.50.0000051282000.7258598726

90.220.01718.166666670.0000055046000.7791365888

100.290.02315.80.0000063291000.8958386412

Tabel hasil dataPerhitungan untuk Piezometer Water Manometer dan U-Tube ManometerVARIASI V2PIEZOMETERU-TUBE

SS0.54S0.5SS0.54S0.5

10.08599462858533820.0954198470.281193260.3089010320.0721374050.2417720.268584

20.15458865363531100.1240458020.3239920230.3522013650.1202290080.318570.346741

30.31382197840395200.2099236640.4304405280.4581742730.1923664120.410610.438596

40.36902400548140300.2385496180.4612034130.4884154160.2404580150.4631920.490365

50.41019809503202700.2767175570.4996890430.5260395020.2404580150.4631920.490365

60.46755398506137300.3244274810.5445070690.5695853590.2885496180.5111160.537168

70.47363229299863900.3339694660.5530974440.5779009130.312595420.5336920.559102

80.52687255466753200.3721374050.5863808720.6100306590.3606870230.5765680.600572

90.60705382403513200.4198473280.6258486970.647956270.4087786260.6168840.639358

100.80252687104728100.5534351150.7265341350.7439321980.5530534350.7262640.743676

VariasiPiezometerU-Tube

hL (m)hL Darcy-WeisbachhL (m)HL Darcy-Weisbach

10.050.1063340.03780.101878

20.0650.1425690.0630.136595

30.110.2031320.10080.19462

40.1250.2202750.126Keterangan :h Piezometer = hL piezometerh U-tube x 12.6= hL U-tube0.211044

50.1450.2322380.1260.222506

60.170.2479440.15120.237553

70.1750.249550.16380.239092

80.1950.2632030.1890.252172

90.220.2825210.21420.270681

100.290.3248380.28980.311225

Grafik hasil

Menghitung koefisien :a) 2Koefisien friksi (f)

LhL =f (Persamaan Darcy Weisbach) = v2S = v2Pada grafik, hubungan antara kuadrat kecepatan dengan gradien head loss dalam persamaan garis linear adalah y = xb di mana adalah nilai gradient garis, y adalah nilai gradien head loss,dan xb adalah kuadrat kecepatan.Dari persamaan Darcy Weisbach di atas, dapat ditentukan bahwa senilai dengan gradient persamaan garis linear, maka :

Koefisien friksi untuk Piezometer Water Manometer : = 0.312Dan koefisien friksi dapat dihitung : = 0.312 = 0.0183456 Koefisien friksi untuk U-Tube Mercury Manometer : = 0.315Dan koefisien friksi dapat dihitung = 0.315 = 0.018522b) Koefisien Hazen-Williams (C)Q = 0.2785 C D2.63 S0.54A.v = 0.2785 C D2.63 S0.54

2.63v = S0.54

2.63Pada grafik, hubungan antara gradien head loss dengan kecepatan dalam persamaan garis linear adalah y = x dimana adalah nilai gradient garis, y adalah kecepatan, dan x adalah gradien head loss (S0.54).Dari persamaan Hazen-Williams di atas, dapat ditentukan bahwa senilai dengan gradient persamaan garis linear, maka : 2.63Koefisien Hazen-Williams untuk Piezometer Water Manometer : = 1.248

2.63Dan koefisien Hazen-Williams dapat dihitung : = 1.248 = 136.6698293 2.63Koefisien Hazen-Williams untuk U-Tube Mercury Manometer : = 1.285

2.63Dan koefisien Hazen-Williams dapat dihitung : = 1.285 = 140.7217393c) Koefisien Manningv = R2/3 S1/2Pada grafik, hubungan antara akar gradien head loss dan kecepatan dalam persamaan garis linear adalah y = x di mana adalah nilai gradient garis, y adalah kecepatan, dan x adalah akar gradien head loss.Dari persamaan Manning di atas, dapat ditentukan bahwa R2/3 seniai dengan gradient persamaan garis linear, maka : Koefisien Manning untuk Piezometer Water Manometer : R2/3 = 0.836

2Di mana R adalah radius hidrolis, R = R = = RDan koefisien Manning dapat dihitung :2/3 = 0.8362/3 = 0.836= 0.0098741844 Koefisien Manning untuk U-Tube Mercury Manometer : R2/3 = 0.836

2Di mana R adalah radius hidrolis, R = R = = RDan koefisien Manning dapat dihitung :2/3 = 0.8132/3 = 0.813= 0.01015352783

V. ANALISIS DAN PEMBAHASANBesar headloss antara piezometer dan tabung u-tube berbeda, karena pada U-Tube terdapat perbedaan fluida antara raksa dan air. Namun perbedaanya tidak terlalu jauh. Pada perhitungan pada U-Tube manometer, hL yang didapatkan dari percobaan harus dikalikan dengan 12.6 dikarenakan oleh densitasnya. Pada U-Tube manometer, fluida yang digunakan adalah air dan raksa, sedangkan pada tabung piezometer fluida yang digunakan adalah air. Densitas air raksa dalah 13.6 kg/m3 sedangkan air adalah 1 kg/m3.Hasil perhitungan besar gradien hidrolis dipengaruhi oleh headloss, karena S = h/L, untuk itu besar S antara piezometer dan u-tube berbeda. Grafik untuk piezometer dan U-tube menunjukan hal yang sama yaitu grafik-grafik ini membuktikan bahwa perbandingan antara kecepatan - headloss, kecepatan - gradien hidrolis, kecepatan - S0,54, dan kecepatan - S0,5 sama-sama berbanding lurus pada kedua alat. Dari pengolahan data dan pembuatan grafik, dapat disimpulkan bahwa gradien dari grafik merupakan variabel yang mengandung unsur koefisien di dalamnya. Oleh karenaitu, dapat disimpulkan juga bahwa koefisien dapat menjadi variable bebas dalam perhitungan tinggi tekan aliran. Pada perhitungan koefisien dengan cara perhitungan manual dengan grafik ditemukan galat. Hal tersebut dapat dikarenakan oleh ketidaktelitian pengamat dalam menghitung dan faktor pembulatan yang kurang tepat.Besar koefisien friksi, Hazen dan manning antara piezometer dan u-tube berbeda, dikarenakan dari hasil regresi yang menghasilkan gradien masing-masing yang berbeda. Sehingga hasil perhitungan juga berbeda. Seharusnya hasil pengukuran antara piezometer dan u-tube tidak berbeda, hanya saja faktor lain yang dapat mempengaruhi. Seperti pada U-tube manometer ini berbentuk pipa U (U tube) dimana ujung yang satu melekat pada titik yang diukur tekanannya sedang ujung yang lain berhubungan langsung dengan udara luar (atmosfer).Pada referensi, didapatkan koefisien untuk besicor yang telah digunakan bertahun-tahun adalah C = 95-100 dan n = 0.015, sedangkan untuk f tidak dapat dipastikan karena nilainya tergantung dari diameter dan bilangan Reynolds. Koefisien C yang didapatkan dari percobaan adalah 136.6698293 untuk piezometer dan 140.7217393 untuk U-Tube manometer sedangkan n adalah 0.0098741844 untuk piezometer dan 0.01015352783 untuk U-Tube manometer. Dari hasil percobaan nilai C tidak berada pada interval yang benar, begitupun untuk nilai n mendekati 0.01 tapi masih belum mencapai 0.015. Hal ini dapat disebabkan oleh ketidaktelitian dan ketidakakuratan pengamat dalam mengambil data.

VI. APLIKASI PADA BIDANG TEKNIK LINGKUNGANPerhitungan aliran dalam pipa dipergunakan untuk menjadi perhitungan dalam membangun sistem penyediaan air minum dan pengolahan limbah cair. Perhitungan koefisien dilakukan agar sistem dapat bekerja secara optimal.Aplikasi lain dari aliran dalam pipa pada bidang teknik lingkungan yaitu mengukur ketinggian permukaan air di dalam tanah atau batuan pada: Pemantauan pengendalian stabilitas konstruksi pada timbunan, dam dan reservoir. Pengedalian operasi drainase Investigasi hidrologi dan suplai air Studi polusi lingkungan Pengukuran permeability tanah drainase bawah tanah (tertutup).Piezometer dan manometer tabung U pada prinsipnya merupakan alat yang digunakan untuk mengukur beda tekan. Dalam aplikasinya piezometer dapat digunakan untuk mengukur tekanan air pori pada tanah dan batuan. Piezometer juga merupakan salah satu alat yang diperlukan saat pembuatan bendungan yaitu untuk mengetahui karakteristik fisik tubuh bendungan.VII. KESIMPULAN1. Beda tinggi tekan antara Piezometer Water Manometer dengan U-Tube Mercury Manometer :VariasiPiezometerU-Tube

hL (m)hL Darcy-WeisbachhL (m)hL Darcy-Weisbach

10.050.1063340.03780.101878

20.0650.1425690.0630.136595

30.110.2031320.10080.19462

40.1250.2202750.1260.211044

50.1450.2322380.1260.222506

60.170.2479440.15120.237553

70.1750.249550.16380.239092

80.1950.2632030.1890.252172

90.220.2825210.21420.270681

100.290.3248380.28980.311225

2. Koefisien friksi (f), koefisien Hazen-Williams (C), dan koefisien Manning (n) :Piezometer : = 0.0183456U-Tube: = 0.018522 = 136.6698293 = 140.7217393 = 0.0098741844= 0.01015352783

VIII. DAFTAR PUSTAKAGramoll, Kurt, Ngo, Chean Chin. Fluid Mechanics Theory. eCourses. https://ecourses.ou.ed u/cgi-bin/ebook.cgi?doc=&topic=fl&chap_sec=02.2&page=theory diakses pada 5 Oktober 2014 20:52Potter, Merle C., Wiggert, David C. 2008. Schaums Outlines MekanikaFluida. Jakarta: Erlangga.Giles, Ranald V. 1993.Mekanika Fluida & Hidraulika Edisi Kedua (SI-Metrik). Jakarta : ErlanggaMunson, Bruce .2004. Mekanika Fluida Jilid 1 Edisi 4.Jakarta : Erlangga MahameruWhite, Frank .2010. Fluid Mechanics.Jakarta : McGraw-HillFinnemore, E. John, Joseph B. Franzini. Fluid Mechanics wih Engineering Application, 10th ed. NewYork: McGraw-HillPotter,Merle C.2008.Schaums Outlines Mekanika Fluida. Jakarta : Penerbit Erlangga.