hydraulic gradient

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDAHydraulic Gradient

Oleh :Nama : Hadi Agung SaputraNPM : 240110130054Shift / Kelompok : A2 / 4Hari, Tgl Praktikum : Senin, 26 Mei 2014Asisten Dosen : Koko Iwan Agus Kurniawan

LABORATORIUM SUMBERDAYA AIRJURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIANFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIANUNIVERSITAS PADJADJARAN2014DAFTAR ISI

DAFTAR ISI2BAB I PENDAHULUAN31.1 Latar Belakang31.2 Tujuan Praktikum3BAB II TINJAUAN PUSTAKA42.1 Hydraulic Gradient4BAB III METODE PRAKTIKUM53.1 Alat53.2 Bahan53.3 Prosedur Pelaksanaan5BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN74.1 Hasil74.1.1 Hasil Pengamatan Tabel74.1.2 Hasil Perhitungan74.1.3 Grafik74.2 Pembahasan7BAB V KESIMPULAN85.1 Kesimpulan8DAFTAR PUSTAKA9LAMPIRAN10

BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangFluida adalah suatu zat yang bisa mengalami perubahan-perubahan bentuknya secara terus-menerus bila terkena gaya luar walaupun relatif kecil atatu bisa juga dikatakan suatu zat yang mengalir, kata fluida mencakup zat cair, gas, air, dan udara karena zat-zat ini dapat mengalir. Salah satu jenis fluida yang akan dibahas dalam ini adalah fluida cair, yaitu air. Air merupakan contoh fluida cair yang dapat kita ditemui dalam kehidupan sehari-hari, memiliki sifat tidak mau mampat (incrompressible).Air merupakan zat yang sangat dibutuhkan baik itu untuk hewan, tumbuhan, dan khususnya untuk manusia. Lalu bagaimanakah air itu dapat disalurkan dari sumbernya entah itu dari sungai maupun dari dalam tanah ke rumah kita? Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan memanfaatkan memanfaatkan gaya gravitasi dan pemompaan dengan menggunakan selang untuk menyalurkannya. Dalam sistem penyaluran air tersebut terdapat hal yang menyangkut dengan hukum Bernoulli, yang menyatakan bahwa adanya peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan aliran tersebut.Pada praktikum kali ini praktikan akan mengukur kecepatan dan tekanan fluida zat cair pada pipa.Hydraulic Gradient adalah kemiringan permukaan air. Gradien hidrolik mempengaruhi arah dan laju aliran air tanah. Penggunaan cairan untuk mentransfer tekanan dari satu titik ke titik lain.

1.2 Tujuan Praktikum1.Mengetahui kecepatan aliran fluida dalam pipa.2.Mengukur tekanan dalam pipa.3.Mengetahui prinsip Bernoulli.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1 Hydraulic GradientGradien hidraulik (hydraulic gradient) adalah : perbedaan (tanpa satuan) antara tinggi tekanan hidraulik diantara dua titik pada suatu media aliran (medium flow). Tinggi tekanan hidraulik, biasanya diwujudkan sebagai jumlah tinggi (head) tekanan air pori dalam satuan tinggi yang ekufalen dengan tinggi kolom air dan elevasi tinggi tekanan (dalam satuan tinggi) diatas datum. Kecepatan tinggi tekanan (velocity head) pada media aliran lolos air, diasumsikan sama dengan nol (Widyawarta: 2010).

2.2 Prinsip BernoulliPrinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut (Wikipedia: 2014). Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.

2.3 Hukum BernoulliDalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow) (Wikipedia: 2014). Aliran Tak-termampatkanAliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut: di mana:v = kecepatan fluidag = percepatan gravitasi bumih = ketinggian relatif terhadap suatu referensip = tekanan fluida = densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut: Aliran bersifat tunak (steady state) Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:

Aliran TermampatkanAliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana: = energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan maka = = entalpi fluida per satuan massaCatatan: = , di mana adalah energi termodinamika per satuan massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.

2.4 FluidaFluida adalah sub-himpunan dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik. Fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress) dalam ekuilibrium statik. Konsekuensi dari sifat ini adalah hukum Pascal yang menekankan pentingnya tekanan dalam mengarakterisasi bentuk fluid. Dapat disimpulkan bahwa fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan geser itu.

Fluid dapat dikarakterisasikan sebagai:Fluida NewtonianFluida Non-Newtonian- bergantung dari cara "stress" bergantung ke "strain" dan turunannya.

Fluida juga dibagi menjadi cairan dan gas. Cairan membentuk permukaan bebas (yaitu, permukaan yang tidak diciptakan oleh bentuk wadahnya), sedangkan gas tidak.

BAB III METODE PRAKTIKUM3.1 Alat1. Alat Tulis2. Kalkulator3. Meteran4. Mistar 30 cm5. Gelas Ukur 1000 mL6. Stop Wacth

3.2 Bahan1. Pipa lurus yang digubungkan dengan Manometer Air2. Bak untuk Constant Head3. Bak Limpasan4. Pompa Air 200 Watt5. Bak Sirkulasi Air

3.3 Prosedur Pelaksanaan Tahap Awal1. Pada setiap mulai praktikum, asdos akan membuka stop kran inlet dari Bak Thorn (BT) yang menuju Bak Konstan (BK)2. Periksa: semua stop kran BK yang menuju ke alat ukur (instrumen) bermanometer harus dalam keadaan tertutup3. Lepaskan selang pada stop kran BK, setelah itu tentukan tiga bukaan untuk stop kran BK. Tandai denan pasti karena setiap bukaan stop kran BK akan menjadi inlet pada pengukuran4. Ukur dan catat debit (Q) pada setiap bukaan stop kran BK, secara volumetrik dengan menggunakan gelas ukur dan stop wacth5. Pasang kembali selang pada kran BK uang menuju ke instrumen

Tahap Pengukuran1. Pastikan bahwa instrumen sudah terhubung dengan selang BK2. Posisikan pipa lurus yang telah dihubungkan dengan manometer, pada possisi tegak lurus terhadap pipa penyangga Posisi awal kran BK adalah tertutup Hitung menggunakan meterna untuk nilai tinggi pipa h1 dan h2 terhadap lantai (datum) Buka kran BK pada Q bukaan 1, 2, dan 3, baca ketinggian air pada manometer (catat pada kolom h1 dan h2) Tutup kembali kran BK pada posisi awal3. Rubah posisi (ke 2) pipa lurus yang tergantung pada pipa penyangga sehingga diperoleh ketinggian pipa yang berbeda (h1 dan h2)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Hasil

4.1.1 Hasil Pengamatan TabelTabel 1. Data Hasil Pengukuran ()()P1 ()1 ()P2 ()2 ()Alas ()Tinggi ()Sudut ()Posisi Ke

0,1750,180,2150,2250,2580,261,530,0250,9360,48

0,170,180,220,2280,260,2630,0652,4360,065

0,1970,180,2150,2270,2590,260,093,374-0,09

Sumber: Data Hasil Praktikum Kelompok 1, 2014

Tabel 2. Data Hasil Perhitungan Tekanan dan KecepatanPosisi Kep1 ()v1 ()p2 ()v2 ()

0,85-0,8752,112,12,532,258

0,94-0,8752,162,1152,552,271

0,85-0,942,112,112,542,258


Tabel 3. Data Hasil Pengukuran()()Posisi KeP1 ()1 ()P2 ()2 ()Alas ()Tinggi ()Sudut ()

0,1470,070,0717280,2750,2351,540,070,5714

0,1370,121427,50,2950,2350,0120,6038

0,1670,161727,50,2950,220,0160,6298



0,88-0,811,62,69

0,93-0,811,322,89

0,97-0,811,62,89


Tabel 5. Data Hasil Pengukuran()()Posisi KeP1 ()1 ()P2 ()2 ()Alas ()Tinggi ()Sudut ()

0,03030,0516 0,6252629,529,8151,60,689,773

0.0615 10,124,32528,428,910,186,188

0,06316,82324,127,828,16,886,301



86,6 87,22,45252,25852,89392,4180

86,6 96,72,38382,21472,78602,3812

94 87,22,5632,17442,727182,3480


4.1.2 Hasil Perhitungan Sudut

TekananDiketahui = 9,81 kN/m3; p = pp11 = 9,81 0,215 = 2,11 kPap12 = 9,81 0,22 = 2,16 kPap13 = 9,81 0,215 = 2,11 kPap21 = 9,81 0,258 = 2,53 kPap22 = 9,81 0,26 = 2,55 kPap23 = 9,81 0,259 = 2,54 kPa

KecepatanDiketahui g = 9,81 m/s2;

Sudut

KecepatanDiketahui g = 9,81 m/s2;

TekananDiketahui = 9,81 kN/m3; p = pp11 = 9,81 0,17 = 1,6 kPap12 = 9,81 0,14 = 1,32 kPap13 = 9,81 0,17 = 1,6 kPap21 = 9,81 0,275 = 2,69 kPap22 = 9,81 0,295 = 2,89 kPap23 = 9,81 0,295 = 2,89 kPa

Perhitumgan Mencari kecepatan dengan rumus ( v = )V1 = = 2,2585 m/sV2 = = 2,2147 m/sV3 = = 2,1744 m/sV4 = = 2,4180 m/sV5 = = 2,3812 m/sV6 = = 2,3480 m/s

Perhitungan Mencari tekanan dengan rumus ( P = x l )P1 = 9,81 x 25 x 10-2 = 2,4525 kPaP2 = 9,81 x 24,3 x 10-2 = 2,3838 kPaP3 = 9,81 x 23 x 10-2 = 2,563 kPaP4 = 9,81 x 29,8 x 10-2 = 2,8939 kPaP5 = 9,81 x 28,9 x 10-2 = 2,7860 kPaP6 = 9,81 x 27,8 x 10-2 = 2,72718 kPa

Sudut ( = arc tan ()) Sudut 1 = = arc tan () = 89,773 Sudut 1 = = arc tan () = 86,188 Sudut 1 = = arc tan () = 86,301

4.1.3 Grafik

4.2 PembahasanPada praktikum ini praktikan akan mengukur kecepatan dan tekanan zat fluida cair pada pipa yang memiliki skala ukur (bermanometer). Teori dasar yang digunakan adalah Hukum Bernoulli ke II, yang dapat dituliskan secara sistematis sebagai berikut: Sebelum melakukan pengukuran pastikan bahwa semua stop kran BK yang menuju ke alat ukur (instrumen) bermanometer dalam keadaan tertutup agar posisi instrumen dalam keadaan netral. Lalu langkah selanjutnya adalah mengukur debit air (Q) sebanyak tiga kali pengukuran. Kemudian data pengukuran debit ini akan menjadi inlet pada pengukuran, catat hasil pengamatan. Selanjutnya mulai pada tahap pengukuran. Langkah pertama yang dilakukan pastikan instrumen terhubung dengan selang BK, posisikan pipa lurus yang telah dihubungkan dengan manometer pada posisi tegak lurus terhadap pipa penyangga. langkah awal yang dilakukan yaitu mengukur tinggi selang (h1 dan h2) terhadap permukaan lantai (datum). Lalu buka kran BK pada Q bukaan 1, 2, dan 3. Baca ketinggian air pada manometer, catat hasil pengamatan.Rubah posisi pipa lurus yang tergantung pada pipa penyangga sehingga diperoleh ketinggian pipa yang berbeda (h1 dan h2). Lalu lakukan perlakuan yang sama dengan langkah sebelumnya (mengukur ketinggian).Cara penyaluran air sistem aliran fluida pada praktikum ini yaitu memanfaatkan sifat fluida zat cair yaitu mengalir dari daerah tinggi ke daerah terendah (elevasi tinggi ke elevasi rendah). Posisi tertinggi zat fluida berada pada bak thorn kemudian dialirkan ke bak constant head, lalu dialirkan lagi ke pipa bermanometer (Hydraulic Gradient Instrument).GrafikDari praktikum yang dilakukan, salah satu penyebab kesalahan dalam pengukuran tekanan dan kecepatan itu dipengaruhi oleh adanya gelembung udara yang terdapat pada selang. Karena terdapatnya gelembung udara, bisa mempengaruhi hasil pengamatan terhadap nilai tekanan dan kecepatan fluida zat cair. Akan adanya ketidaksesuaian tekanan yang dihasilkan. Tidak hanya tekanan, nilai kecepatan pun dapat terganggu karena adanya gelembung udara pada selang tersebut.Saran dalam praktikum kali ini ialah perhatikan pembacaan garis permukaan air pada manometer karena cepat turunnya air pada selang tersebut sehingga dalam perhitungan dan pembuatan grafik akan mendapatkan hasil yang tidak sesuai dengan teori. Diperlukan ketelitian dan pengamatan yang baik dalam melakukan percobaan. Contohnya ketika melihat nilai kecepatan dan tekanan yang terdapat pada pipa bermanometer.

18

BAB V KESIMPULAN5.1 Kesimpulan1. Tekanan dalam aliran fluida dapat dihitung dengan rumus P = .h.2. Mekanisme aliran dalam pipa terdiri dari aliran laminar dan turbulen serta aliran kompresibel dan inkompresibel.3. Kecepatan aliran fliuda benar dapat dihitung dengan menggunakan rumus v = .4. Tekanan dalam aliran fluida dapat dihitung dengan rumus P = .h.5. Faktor kemiringan berpengaruh terhadap kecepatan dan tekanan pada pipa.6. Kecepatan airan fliuda dapat dihitung dengan menggunakan rumus v = .Perbandingan antara tekanan dan kecepatan pada aliran air akan tetap sama walaupun setiap debit pada bukaannya berbeda

DAFTAR PUSTAKA

Widya. 2010. Aplikasi Dinding Halang pada Bendungan Urugan. Terdapat pada https://widyawarta.wordpress.com/2010/09/30/aplikasi-dinding-halang-pada-bendungan-urugan/ (Diakses pada Rabu, 28 Mei 2014 pukul 22.22 WIB)

Wikipedia. 2014. Prinsip Bernoulli. Terdapat pada http://id.wikipedia.org/wiki/Prinsip_Bernoulli (Diakses pada Selasa, 31 Mei 2014 pukul 18:37 WIB)

Wikipedia. 2013. Fluida. Terdapat pada http://id.wikipedia.org/wiki/Fluida (Diakses pada Selasa, 31 Mei 2014 pukul 19:01 WIB)

LAMPIRAN

Gambar 1. Pipa Berskala (mendindikasikan P dan V)(Sumber: Pribadi)

Gambar 2. Cosntat Head(Sumber: Pribadi)

Gambar 3. Hydraulic Gradient Instrumen(Sumber: Pribadi)

hydraulic gradient

Documents