Modul 03 - Loncatan Hidrolis [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA I – TL 2201 MODUL 03 LONCATAN HIDROLIS



Nama Paktikan



: Hanifah Rahmah



NIM



: 15318008



Kelompok/Shift



: 3A



Tanggal Praktikum



: 6 Februari 2020



Tanggal Pengumpulan



: 12 Februari 2020



PJ Modul



: Putri Shafa Kamila (15317054) Jason Junaidi (15317079)



Asisten yang Bertugas



: Yusep Ramdani (15316030) Rinaldy Jose Nathanael (15317063)



PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2020



I.



Tujuan 1. Menentukan debit aktual dari aliran saluran terbuka yang diberi sluice gate 2. Menentukan jenis loncatan hidrolis yang terbentuk dari bilangan Froude 3. Menentukan besar energi spesifik dari fenomena loncatan hidrolis 4. Menentukan efisiensi loncatan hidrolis 5. Menentukan besar kedalaman kritis pada percobaan loncatan hidrolis



II.



Data Awal Massa beban (m)



= 2,5 kg



Suhu awal (To)



= 26 oC



Suhu akhir (T)



= 28 oC



Suhu rata-rata (Tr)



= 27 oC



Lebar saluran (b)



= 0,076 m



Slope saluran



= 0,0011 m



Tabel 2.1 Data awal pengamatan waktu dan kedalaman saluran Variasi



Waktu (s)



Kedalaman (m)



t1



t2



t3



trata-rata



y1



y2



y3



1



8,02



8,64



8,36



8,34



0,0814



0,0114



0,0199



0,0237 0,0319



0,0276



2



8,93



9,11



9,17



11,94



0,0705



0,0103



0,0175



0,0216 0,0306



0,0265



3



12,8



12,07



11,57



11,94



0,0432



0,0111



0,0157



0,0221 0,0279



0,0219



Tabel 2.2 Data awal pengamatan arak antartitik Variasi



Jarak Titik (m) x1



x2



x3



x4



x5



x6



1



1,1



1,325



3,225



3,29



3,335



4,4



2



1,1



1,325



2,875



2,91



2,95



4,4



3



1,1



1,325



1,9875



2



2,035



4,4



y4



y5



y6



Tabel 2.3 Hubungan densitas air dan suhu Suhu (oC) Densitas (kg/m3) 0 999,9 5 1000 10 999,7 15 999,1 20 998,2 30 995,7 40 992,2 50 988,1 60 983,2 70 977,8 80 971,8 90 966,3 100 958,4 (Sumber: Finnemore, 2002) 1010



Massa Jenis Air (kg/m3)



1000 y = -0.0035x2 - 0.0729x + 1000.6 R² = 0.9991



990 980 970 960 950 0



20



40



60



Suhu



80



100



120



(oC)



Gambar 2.1 Hubungan massa jenis air dengan suhu



III.



Pengolahan Data 1. Suhu rata-rata (Tr) Suhu rata-rata dapat diperoleh dengan rumus:



Suhu rata − rata =



Suhu awal + Suhu akhir 2



Suhu rata − rata =



26 + 28 = 27℃ 2



Jadi, suhu rata-ratanya ialah 27oC. 2. Massa jenis air (ρ) Berdasarkan gambar 2.1 hubungan massa jenis terhadap suhu diperoleh persamaan (y) = -0,0035x2 - 0,0729x + 1000,6 dengan y adalah massa jenis air dan x adalah suhu. y = −0,0035x 2 − 0,0729x + 1000,6 y = −0,0035 × (27)2 − 0,0729 × (27) + 1000,6 y = 996,08 kg/m3 Jadi, massa jenis air yang diperoleh ialah 996,08 kg/m3. 3. Waktu rata-rata (trata-rata) Pada perhitungan waktu rata-rata ini menggunakan data di variasi 1. Waktu rata-rata dapat diperoleh dengan rumus: t1 + t 2 + t 3 3 8,02 + 8,64 + 8,36 t rata − rata = = 8,34 s 3 t rata − rata =



Jadi, waktu rata-rata yang diperoleh dari variasi 1 ialah 8,34 s. Rumus ini dapat digunakan di variasi lainnya. 4. Volume fluida (V) Volume fluida diperlukan untuk menentukan debit aliran. Volume fluida dapat diperoleh dengan rumus berikut: m V= 𝜌 Keterangan: V



= Volume (m3)



m



= Massa (kg)



ρ



= Massa jenis (kg/m3) V=



7,5 = 7,529514 × 10−3 m3 996,08



Jadi, volume fluida yang diperoleh ialah 7,529514 × 10-3 m3. 5. Debit aliran (Q) Data yang digunakan pada rumus ini ialah data variasi 1. Debit aliran dapat diperoleh dengan rumus berikut: Q=



V t rata−rata



Keterangan: V



= Volume (m3)



Q



= Debit Aliran (m3/s)



t



= Waktu (s) 7,529514 × 10−3 Q= = 9,02819 × 10−4 m3 /s 8,34



Jadi, debit aliran pada variasi 1 yang diperoleh ialah sebesar 9,02819 × 10-4 m3/s. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya.



6. Luas permukaan saluran (A) Pada percobaan ini saluran yang digunakan ialah saluran berbentuk segiempat. Untuk memperoleh luas permukaan saluran dapat menggunakan rumus berikut: A=b×y Keterangan: A



= Luas permukaan saluran (m2)



b



= Lebar saluran (m)



y



= Kedalaman (m)



Pada rumus ini y yang digunakan pada titik 1 di variasi pertama. A = 0,076 × 0,0814 = 6,1864 × 10−3 m2



Jadi, luas permukaan saluran pada variasi satu ialah 6,1864 × 10-3 m2. Rumus ini dapat digunakan untuk variasi lainnya.



7. Perimeter basah (P) Untuk menemukan perimeter basah dapat menggunakan rumus berikut: P = b + 2y Keterangan: P



= Perimeter basah (m)



b



= Lebar saluran (m)



y



= Kedalaman (m)



Pada perhitungan ini, rumus menggunakan data titik 1 di variasi 1. P = 0,076 + (2 × 0,0814) = 0,2388 m Jadi, perimeter basah pada variasi 1 ialah 0,2388 m. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. 8. Jari-jari hidrolis (R) Jari-jari hidrolis dapat diperoleh dengan menggunakan rumus berikut: R=



A P



Keterangan: R



= Jari-jari hidrolis (m)



A



= Luas permukaan basah (m2)



P



= Perimeter basah (m)



Pada perhitungan ini digunakan data variasi 1. Sebelumnya, nilai A dan P juga sudah diperoleh. 6,1864 × 10−3 R= = 0,025906 m 0,2388 Jadi, jari-jari hidrolis (R) pada variasi 1 yang diperoleh ialah 0,025906 m.



9. Kecepatan aliran fluida (v) Kecepatan aliran dapat diketahui jika sudah diketahui debit. Kecepatan aliran dapat ditemukan dengan rumus berikut: Q = A v atau v =



Q A



Keterangan: v



= Kecepatan aliran fluida (m/s)



Pada perhitungan ini digunakan data variasi 1. v=



9,02819 × 10−4 = 0,145936158 m/s 6,1864 × 10−3



Jadi, kecepatan aliran fluida pada variasi 1 yang diperoleh ialah 0,145936158 m/s. rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. 10. Bilangan Froude (Fr) dan nilai kuadratnya (Fr2) Bilangan Froude digunakan untuk mengetahui jenis aliran tersebut subkrtis, kritis atau superkritis. Data menggunakan titik 1 pada variasi 1. Bilangan Froude dapat dicari dengan rumus sebagai berikut: v NFR = √gy NFR =



0,145936158 √9,81 × 0,0814



= 0,163311



Jadi, bilangan Froude titik 1 pada variasi 1 yang diperoleh ialah 0,163311. Untuk nilai kuadratnya (Fr2) diperoleh hasil 0,026670577. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. 11. Energi Spesifik (Es) Perhitungan energi spesifik menggunakan data titik 1 pada variasi 1. Energi spesifik dapat diperoleh dengan rumus berikut: v2 Es = y + 2g Es = 0,0814 +



0,1459361582 = 0,082485492 m 2 × 9,81



Jadi, besar energi spesifik titik 1 variasi pertama yang diperoleh ialah 0,082485492 m. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. 12. Kehilangan energi (∆Es) Kehilangan energi dapat diperoleh dengan data energi spesifik titik 6 dan energi spesifik titik 2 setiap variasi. ∆Es = Es6 − Es2 Pada perhitungan ini digunakan data pada variasi 1. Sebelumnya sudah diketahui Es6 ialah 0,037041858 dan Es2 ialah 0,066743411. ∆Es = 0,037041858 − 0,066743411 ∆Es = 0,029701553 m Jadi, besar kehilangan energi pada variasi pertama ialah 0,029701553 m. Rumus ini dapat digunakan untuk menghitung variasi lainnya. 13. Efisiensi energi (Es6/Es2) Efisisiensi energi dapat diperoleh dengan rumus berikut: Efisiensi =



Es6 Es2



Pada perhitungan ini digunakan data pada variasi 1. Efisiensi =



0,037041858 0,066743411



Efisiensi = 0,554988986 Jadi, besar efisiensi pada variasi 1 ialah 0,554988986. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. 14. Tinggi loncatan (Hi) Tinggi loncatan dapat diperoleh dengan cara berikut: Hi = y6 − y2 Pada perhitungan ini digunakan data variasi 1. Hi = 0,0276 − 0,0114 Hi = 0,0162 m Jadi, tinggi loncatan pada variasi 1 ialah 0,0162 m. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya.



15. Panjang loncatan (L) Panjang loncatan dapat diperoleh dengan rumus berikut: L = x5 − x3 Pada perhitungan ini digunakan data variasi 1. L = 3,335 − 3,225 L = 0,11 m Jadi, panjang loncatan pada variasi 1 ialah 0,11 m. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. 16. Kedalaman kritis (Yc) Kedalaman kritis dapat diperoleh dengan rumus berikut: Q2 √ Yc = b2 × g 3



Pada perhitungan ini digunakan data pada variasi pertama. 3 (9,02819 × 10−4 )2 Yc = √ 0,0762 × 9,81



Yc = 0,24320278 m Jadi, kedalaman kritis pada variasi pertama ialah 0,24320278 m. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. 17. Efektivitas loncatan aktual dan teoritis (y6/y2) Efektivitas loncatan aktual dapat diperoleh dengan rumus berikut: 𝑦6 Efektivitas loncatan aktual = y2 Pada perhitungan ini digunakan data pada variasi pertama. Efektivitas loncatan aktual =



0,0276 0,0114



Efektivitas loncatan aktual = 2,421052632 Jadi, efektivitas loncatan aktual pada variasi pertama ialah 2,421052632. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya. Sementara



untuk



mencari



menggunakan rumus berikut:



efektivitas



loncatan



teoritis



dapat



y6 1 = (√1 + 8Fr22 − 1) y2 2 Sebelumnya sudah diketahui nilai bilangan Froude kuadrat di titik kedua variasi pertama ialah 9,709370305. y6 1 = (√1 + (8 × 9,709370305) − 1) y2 2 y6 = 3,93494539 y2 Jadi, efektivitas loncatan hidrolis teoritis pada percobaan pertama ialah 3,93494539. Rumus ini dapat digunakan pada variasi lainnya.



IV.



Data Akhir Tabel 4.1 Hasil perhitungan variasi debit pertama



Variasi



1



Titik 1 2 3 4 5 6



A (m2) 0.0061864 0.0008664 0.0015124 0.0018012 0.0024244 0.0020976



v (m/s) 0.145936158 1.042035373 0.596944887 0.501232205 0.372388817 0.430405915



P (m) 0.2388 0.0988 0.1158 0.1234 0.1398 0.1312



R (m) 0.025906 0.008769 0.01306 0.014596 0.017342 0.015988



Fr 0.163311 3.115986 1.351056 1.039514 0.665682 0.827159



Fr2 0.026670577 9.709370305 1.825351007 1.080589096 0.443132466 0.6841926



ES (m) 0.082485492 0.066743411 0.038062243 0.036504981 0.038967963 0.037041858



Tabel 4.2 Hasil perhitungan variasi debit kedua Variasi



Titik



A (m2)



v (m/s)



P (m)



R (m)



Fr



Fr2



ES (m)



2



1 2 3 4 5 6



0.005358 0.000783 0.00133 0.001642 0.002326 0.002014



0.008945 0.061225 0.036035 0.029195 0.020608 0.023797



0.217 0.0966 0.111 0.1192 0.1372 0.129



0.024691 0.008104 0.011982 0.013772 0.01695 0.015612



0.010756 0.192607 0.08697 0.063423 0.037614 0.046672



0.000116 0.037097 0.007564 0.004022 0.001415 0.002178



0.070504 0.010491 0.017566 0.021643 0.030622 0.026529



Tabel 4.3 Hasil perhitungan variasi debit ketiga Variasi



3



Titik 1 2 3 4 5 6



A (m2) 0.0032832 0.0008436 0.0011932 0.0016796 0.0021204 0.0016644



v (m/s) 0.192072545 0.747525579 0.528505346 0.375454024 0.29740265 0.378882828



P (m) 0.1624 0.0982 0.1074 0.1202 0.1318 0.1198



R (m) 0.020217 0.008591 0.01111 0.013973 0.016088 0.013893



Fr2 0.087051814 5.131686657 1.813552404 0.650207906 0.32315915 0.668185



Fr 0.295045 2.265323 1.346682 0.806355 0.568471 0.817426



ES (m) 0.045080319 0.039580861 0.029936386 0.029284797 0.03240807 0.029216626



Tabel 4.4 Hasil perhitungan akhir untuk tiap variasi (1) Variasi 1 2 3



V (m3)



Q (m3/s)



Kehilangan Energi (m)



Efisiensi (ES6/ES2)



L (m)



Hi (m)



0.007529514



0.000902819 0.000630613 0.000630613



0.029701553 -0.01603781 0.010364235



0.554988986 2.528713259 0.738150335



0.11 0.075 0.0475



0,0162 0,0162 0,0108



Tabel 4.5 Hasil perhitungan akhir untuk tiap variasi (2) Variasi



y kritis teoretis (m)



y6/y2 akt



y6/y2 teo



1 2 3



0.024320278 0.019145925 0.019145925



2.421052632 2.572815534 1.972972973



3.93494539 0.069381233 2.74243324



V.



Analisis A



VI.



Analisis B



VII.



Kesimpulan 1. Debit aktual yang diperoleh pada percobaan ini ialah: Variasi



Q (m3/s)



1 2 3



0.000902819 0.000630613 0.000630613



2. Jenis loncatan hidrolis yang diperoleh pada percobaan ini ialah: 3. Energi spesifik yang diperoleh pada percobaan ini ialah:



Variasi



1



Titik 1 2 3 4 5 6



ES (m) 0.082485492 0.066743411 0.038062243 0.036504981 0.038967963 0.037041858



4. Efisiensi loncatan hidrolis yang diperoleh pada percobaan ini ialah: 5. Kehilangan energi yang diperoleh pada percobaan ini ialah: 6. Kedalaman kritis yang diperoleh pada percobaan ini ialah: VIII. Daftar Pustaka IX.



Lampiran