Laporan Praktikum 1 [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA



Oleh: Indah Ayuningtyas Wardani NIM A1H010096



KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO 2011



I. PENDAHULUAN



A. Latar Belakang Aliran air dalam suatu saluran dapat berupa aliran dalam saluran terbuka dan dapat pula berupa aliran dalam pipa. Aliran melalui saluran terbuka adalah aliran yang memiliki permukaan bebas sehingga memiliki tekanan udara walaupun berada dalam saluran tertutup. Sedangkan aliran dalam pipa adalah aliran yang tidak memiliki permukaan bebas, karena aliran air megisi saluran secara terus menerus, sehingga tidak dipengaruhi oleh tekanan udara dan hanya dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik. Kecepatan dan debit aliran antara aliran air terbuka dan aliran air dalam pipa akan mengalami perbedaan. Hal ini disebabkan oleh faktor- faktor yang mempengaruhi kedua aliran tersebut. Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Dalam sistem satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik (m3/dt). Dalam laporan-laporan teknis, debit aliran biasanya ditunjukkan dalam bentuk hidrograf aliran. Hidrograf aliran adalah suatu perilaku debit sebagai respon adanya perubahan karakteristik biogeofsik yang berlangsung dalam suatu DAS (oleh adanya kegiatan pengelolaan DAS) dan atau adanya perubahan (fluktuasi musiman atau tahunan) iklim lokal (Asdak, 1995).



B. Tujuan Mengukur debit air pada saluran terbuka.



II. TINJAUAN PUSTAKA



Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam suatu tempat tiap satu satuan waktu. Aliran air dikatakan memiliki sifat ideal apabila air tersebut tidak dapat dimanfaatkan dan berpindah tanpa mengalami gesekan, hal ini berarti pada gerakan air tersebut memiliki kecepatan yang tetap pada masing – masing titik dalam pipa dan gerakannya beraturan akibat pengaruh gravitasi bumi. Teknik pengukuran debit aliran langsung di lapangan pada dasarnya dapat dilakukan melalui empat kategori (Gordaon et al., 1992): pengukuran volume debit sungai. a. Pengukuran debit dengan cara mengukur kecepatan aliran dan menentukan luas penampang melintang sungai. b. Pengukuran debit dengan menggunakan bahan kimia (pewarna) yang dialirkan dalam aliran sungai. c. Pengukuran debit dengan membuat bangunan pengukur debit seperti weir (aliran air lambat atau flume (aliran air cepat). Pengukuran debit pada katergori pertama, biasanya dilakukan untuk keadaan aliran (sungai) lambat. Pengukuran debit dengan cara ini dianggap paling akurat, terutama untuk debit aliran lambat seperti pada aliran mata air. Cara pengukurannya dilakukan dengan menentukan waktu yang diperlukan untuk mengisi container yang telah diketahui volumenya. Prosedur yang bisa dilakukan untuk pengukuran debit dengan cara pengukuran volume adalah dengan membiat dam kecil (alat semacam weir) di salah satu dari bagian badan yang akan diukur. Gunanya adalah agar aliran terkonsentrasi pada suatu outlet. Di tempat tersebut pengukuran volume air dilakukan. Besarnya debit aliran dilakukan dengan cara: Q=



Dimana:



V t



Q = debit (m3/dt) V = volume air (m3) T = waktu pengukuran Pada kategori pengukuran debit yang kedua, yaitu pengukuran debit dengan bantuan alat ukur curret meter atau sering dikenal sebagai pengukuran debit melalui pandekatan velocity-area method paling banyak dipraktekkan dan berlaku untuk kebanyakan aliran sungai. Ada dua macam tipe current meter, yaitu : 1. Current meter tipe Price 2. Current meter tipe propeller Current meter tipe price terdiri atas 6 buah piala konis (conical cups) yang berputar terhadap sumbu vertikal. Tipe propeller adalah pengukur kecepatan arus di mana unsur berputarnya berupa baling-baling (propeller) yang berputar terhadap sumbu horisontal. Hubungan antara putaaran dan kecepatan diberikan oleh rumus sebagai berikut : V=a+bN Dimana : V = kecepatan arus (m/dt) A = kecepatan permulaan untuk mengatasi gesekan dalam alat b



= konstanta



N = kecepatan putaran per detik a dan b ditentukan pada waktu mengkalibrasi alat, yaitu dengan memasang alat ini di dalam air yang telah diketahui kecepatannya. N ditentukan oleh alat penghitung putaran. Pengukuran debit dengan menggunakan bahan kimia, pewarna, atau radioaktif sering digunakan untuk jenis sungai yang aliran airnya tidak beraturan (turbulence). Untuk maksud pengukuran hidrologi, bahan-bahan penelusur (tarcers) seperti tersebut di atas sebaiknya dalam bentuk: 1. Mudah larut dalam aliran sungai. 2. Bersifat stabil. 3. Mudah dikenali pada konsentrasi rendah.



4. Tidak bersifat meracuni biota perairan dan tidak menimbulkan dampak negatif yang permanen pada bahan perairan. 5. Relatif tidak terlalu mahal harganya. Kategori pengukuran debit yang paling sederhana dapat dilakukan dengan metode apung (float method). Caranya dengan menempatkan benda yang tidak dapat tenggelam di permukaan aliran sungai untuk jarak tertentu dan mencatat waktu yang diperlukan oleh benda apung tersebut bergerak dari satu titik pengamatan ke titik pengamatan lain yang etlah ditentukan. Besarnya kecepatan aliran sungai (Vper dalam m/detik) adalah: Vper =



L t



Dimana: L = jarak antara dua titik pengamatan (m) T = waktu perjalanan benda apung (detik) Besarnya debit dihitung dengan persamaan: Q=Axv Dimana: Q = laju arus/debit yang melalui penampang saluran A = luas penampang saluran V = kecepatan rata-rata Karena kecepatan aliran yang diperoleh bukan kecepatan aliran rata-rata, tetapi kecepatan aliran maksimum dalam sungai, maka ia harus dikalikan dengan angka kecepatan 0.75 (keadaan dasar sungai kasar) atau 0.85 (keadaan dasar sungai yang lebih halus) untuk memperoleh angka rata-rata kecepatan aliran. Cara terakhir ini kurang teliti, namun demikian besarnya debit seharusnya 20-25% dari angka prkiraan debit tersebut di atas. Pengukuran dengan cara ini biasanya dilakukan di tempat yang tidak tersedia alat pengukur debit standard dan umumnya pada keadaan berlangsungnya debit banjir. Dalam pengukuran debit air dapat dilakukan dua cara yaitu secara langsung dan tidak langsung. 1.



Secara langsung



Dalam pengukuran debit air secara langsung digunakan beberapa alat pengukur yang langsung dapat menunjukan ketersediaan air pengairan bagi penyaluran melalui jaringan-jaringan yang telah ada/ telah dibangun. Dalam hal ini berbagai alat pengukur yang telah biasa digunakan yaitu: Alat Ukur Pintu Romijn, sekat ukur tipe cipoletti, sekat ukur tipe Thompson dan alat ukur tipe parshal flume. a. Alat ukur pintu Romijn Ambang dari pintu Romijn dalam pelaksanaan pengukuran dapat dinaik turunkan, yaitu dengan bantuan alat pengangkat. Pengukuran debit air dengan pintu ukur Romijn yaitu dengan menggunakan rumus Q = 1,71 b h3/2 Dimana: Q



= Debit air ( l/dtk)



B



= lebar ambang (m)



H



= tinggi permukaan air (m)



b. Sekat ukur Cipoletti Alat ini berbentuk trapesium, perbandungan sisi 1:4 lazim digunakan untuk debit air yang relative lebih besar. Pengukuran dengan alat ini dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Q = 0,0186 b h3/2 Dimana: Q



= Debit air ( l/dtk)



B



= lebar ambang (m)



H



= tinggi permukaan air (m)



c. Sekat ukur Thompson Berbentuk segitiga sama kaki dengan sudut 90o , dapat dipindah-pindahkan karena bentuknya sangat sederhana (portable), lazim digunakan untuk mengukur debit air yang relatif kecil. Penggunaan dengan menggunakan alat ini dengan memperhatikan rumus sebagai berikut :



Q = 0,0318 h5/2 Dimana Q



= Debit air ( l/dtk)



H



= tinggi permukaan air (m)



d. Alat pengukur Parshall Flume Alat ukur tipe ini ditentukan oleh lebar dari bagian penyempitan, yang artinya debit air diukur berdasarkan mengalirnya air melalui bagian yang menyempit (tenggorokan) dengan bagian dasar yang direndahkan. Karena ukuran lebar dari bagian yang menyempit berbeda-beda maka penggunaan rumus bagi pelaksanaan pengukuran ini hendaknya disesuaikan dengan ukuran lebar bagian yang menyempit tadi. Dalam hal ini: 1)



Jika lebar penyempitan (W) = 7,62 cm, rumus yang digunakan: Q = 0,141 Ha 1,55 Dimana Q = liter/detik. W dan Ha = cm



2)



Jika lebar penyempitan (W) = 15,2 cm, rumus yang digunakan: Q = 0,264 Ha 1,58 Dimana Q = liter/detik. W dan Ha = cm



3)



Jika lebar penyempitan (W) = 22,86 cm, rumus yang digunakan: Q = 0,466 Ha 1,53 Dimana Q = liter/detik. W dan Ha = cm Dalam pelaksanaan pengukuran debit air secara langsung dengan pintu



ukur Romijn, sekat ukur tipe Cipoletti dan sekat ukur tipe Thompson biasanya lebih mudah (Suharto, 1991). 2. Secara Tak Langsung Dalam pengukuran tak langsung yang sangat diperhatikan yaitu tentang kecepatan aliran (V) dan luas penampang aliran (A), sehingga terdapat rumus pengukuran debit air sebagai berikut (Suharto, 1991): Q=VxA



Dimana



Q = Debit air (m3/dt) V = Kecepatan aliran (m/dtk) A = luas penampang aliran (m2)



III. METODOLOGI



A. Alat dan Bahan 1.



Pipa kaca terbuka



2.



Selang



3.



Penggaris



4.



Stopwatch



5. Air 6. Stereofoam



B. Cara Kerja 1.



Pipa kaca dihubungkan dengan air (PAM) dengan selang.



2.



Kran dibuka sehingga air alirannya menjadi stabil.



3.



Lebar air, tinggi air dan panjang lintasan pipa kaca yang akan diuji diukur.



4.



Stereofoam dilepaskan dalam pipa kaca pada lintasan yang telah ditentukan.



5.



Waktu yang ditempuh stereofoam pada saat melintasi pipa kaca pada lintasan yang telah ditentukan di catat.



6.



Percobaan diulang sampai 3 kali.



IV. HASIL dan PEMBAHASAN A. Hasil 1). Data Pengamatan Diketahui : a) Tinggi air (T)



= 6 cm = 0,06 m



b) Lebar kaca (L)



= 6 cm = 0,06 m



c) Panjang kaca (S)



= 100 cm =1m



d) t1 = 42.29 s e) t2 = 29.27 s f) t3 = 32.82 s 2). Perhitungan



× Tinggi = 0,06 × 0,06



a) A = Lebar



= 36 × 10-4 m 2



b) V1



S



=T



e) Q1 = A



1



=



1m 42.29 s



= 0,023 m/s c) V2



S



=T



= 36 × 10-4 m 2



1m 29.27 s



= 0,034 m/s



d) V3



S



=T



3



× 0,023 m/s



= 8.28 ×10-5 m3/s f) Q2 = A



2



=



× V1



× V2



= 36 × 10-4 m2 × 0.034 m/s = 1.224 × 10-4 m 3 /s



g) Q3 = A



× V3



=



1m 32.82 s



= 36 × 10-4 m 2



× 0,030 m/s



= 1.08 × 10-4 m3/s



= 0,030 m/s B. Pembahasan



Hasil yang didapat dari pengukuran dan perhitungan pada praktikum ini nilai kecepatan dan nilai debit aliran dari masing-masing ulangan percobaan berbeda. Hal ini dapat dilihat dengan nilai V1= 0,023 m/s , V2= 0,034 m/s, V3= 0,030 m/s, sedangkan hasil yang didapat untuk Q1 = 8.28 × 10-5 m 3 /s, Q2 = 1.224 .10 −4 m 3 /s dan Q3 = 1.08 .10 −4 m 3 /s. Perbedaan nilai debit aliran yang



didapat dari masing-masing ulangan disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu aliran air pada pipa kaca terbuka mengalir dengan kecepatan yang fluktuatif atau tidak konstan, dan adanya pengaruh basah atau keringnya daun tersebut. Semakin basah daun tersebut maka laju aliran akan semakin lambat, hal ini terjadi karena kadar air yang dikandung daun tersebut banyak sehingga akan lebih berat. Sedangkan pada daun kering laju aliran akan semakin cepat hal ini juga dipengaruhi oleh kandungan air yang terkandung didalamnya. Faktor lain yang mempengaruhi perbedaan dari setiap hasil adalah aliran yang dipergunakan merupakan aliran terbuka yang setiap faktornya dapat berubah- ubah dan dipengaruhi oleh lingkungan sekitarnya dan keadaan atmosfernya. Seperti halnya kecepatan angin dan tekanan udara yang berubah- ubah, sehingga dapat mempengaruhi laju aliran dari daun pada aliran air. Berdasarkan referensi bahwa aliran fluida didasarkan atas bilangan Reynold yang dibedakan menjadi aliran laminer, aliran transisi, dan aliran turbulen, dengan melihat dari gerakan daun kering yang bergerak lurus pada praktikum ini, maka dapat disimpulkan aliran yang terjadi adalah aliran laminer. Hal ini dikarenakan aliran air tersebut mengalir tenang dan tidak membentuk benang atau membentuk gelombang. Hal-hal yang akan mempengaruhi aliran antar lain besar kecilnya aliran dalam sungai itu dapat dilihat apakah aliran tersebut membentuk benangbenang atau membentuk gelembung yang tidak beraturan.



Debit



aliran



air



pada



saluran



terbuka



sangat



dipengaruhi



oleh



lingkungannya. Hal ini dikarenakan air yang mengalir mengalami kontak langsung dengan udara yang dapat mempengaruhi kecepatan aliran air tersebut. Besar kecilnya kecepatan angin dan arah datangnya angin sangat berpengaruh dalam waktu tempuh saat air itu bergerak. Fungsi dari pengukuran debit aliran adalah untuk mengetahui seberapa banyak air yang mengalir pada suatu sungai dan seberapa cepat air tersebut mengalir dalam waktu satu detik, dengan mengetahui besar debit air maka akan memudahkan dalam pembagian saluran irigasi. Arus yang mengalir di sungaisungai memiliki debit yang berbeda-beda, dengan menghitung debit airnya maka kita dapat menentukan apakah air sungai tersebut mampu mengaliri saluran irigasi atau tidak. Oleh karena itu menghitung debit air di bidang pertanian sangat bermanfaat.



V. KESIMPULAN DAN SARAN



A. Kesimpulan



Berdasarkan perhitungan didapat nilai debit aliran air pada pipa terbuka yaitu: 1. Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam suatu tempat tiap satu satuan waktu. 2. Dari praktikum ini didapatkan nilai Qrata-rata = 16,6 x 10-5 m3/s 3. Jenis aliran yang terjadi berdasarkan gerakan stereofoam yaitu aliran laminar. Aliran laminer terjadi ketika debit kecil, arus membentuk lamina-lamina (benang-benang) sehingga stereofoam bergerak lurus dipermukaan air. 4. Faktor yang mempengaruhi debit aliran air pada saluran terbuka yaitu luas penampang, angin yang berhembus, luas permukaan stereofoam, tingkat kekeringan stereofoam dan kecepatan aliran air.



B. Saran Sebaiknya untuk percobaan debit aliran tidak hanya dilakukan pada saluran terbuka saja, tetapi juga pada saluran tertutup, sehingga praktikan dapat mengetahui perbedaan diantara keduanya. Kemudian sebaiknya dalam praktikum ini diperlukan lebih banyak alat untuk praktikum agar dapat mengefisienkan waktu dan keaktifan praktikannya agar praktikan dapat lebih bersungguh-sungguh dan mendapatkan manfaat yang positif ketika dan setelah melaksanakan praktikum ini.



DAFTAR PUSTAKA



Anonim. 2009. Debit Aliran. http://sipil-inside.blogspot.com/2009/10/debitaliran.html. Diakses 27 Mei 2011. Asdak, C. 1995. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliranm Sungai. Gadjah Mada Univercity Press: Yogyakarta. Harsoyo, Bangun. 1977. Pengelolaan Air Irigasi. Dinas Pertanian, Jawa Timur. Halliday,D & Resnick,R. 1990. Fisika jilid 1. Erlangga: Jakarta Kartasapoetra, A.G. dan Sutedjo Mulyani. 1986. Teknologi Pengairan Pertanian. Penerbit Bina Aksara: Jakarta. Sosrodarsono, Suyono. 1985. Hidrologi Untuk Pengairan. Penerbit Pradnya. Paramita: Jakarta. Suharto. 1991. Dinamika dan Mekanika. PT. Rineka cipta: Jakarta.