Dampak Aliran Jet

DAMPAK ALIRAN JET

A. Tujuan Praktikum

Menyelidiki keabsahan berlakunya rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang

ditimbulkan aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran.

B. Teori Dasar

Suatu aliran jet dengan kecepatan V dan debit Q mempunyai momentum per satuan

waktu sebesar ρ Q V, di mana ρ adalah massa jenis zat cair.

Bila aliran jet menabrak suatu benda maka benda tersebut mengalami daya dorong

sebesar perubahan momentum aliran jet.

Gaya yang timbul untuk berbagai benda sasaran:

C. Alat dan Bahan

Meja Hidrolika

Alat peraga aliran jet

a) Benda sasaran

b) Beban

c) Stop watch

d) Nivo

D. Cara Kerja

1. Mengangkat cungkup dan tabung tembus pandang, mengukur diameter Nozzel.

2. Memasang benda sasaran pada batang yang dihubungkan dengan piringan beban.

3. Memasang kembali cungkup dan tabungnya, 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. Meletakkan beban dengan berat tertentu di atas piringan beban.

7. Mulai mengalirkan air dengan 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 beratnya beban.

10. Mengulangi langkah ke-6 – 9 untuk setiap penambahan beban.

11. Mengulangi prosedur di atas dengan benda sasaran lain.

E. Tugas

1. Buktikan rumus besarnya gaya yang timbul pada benda sasaran : datar (180º),

kerucut (120 º), dan hemispherical.

2. Buat grafik hubungan antara massa beban dan Q2 untuk masing-masing benda

sasaran (massa beban pada sumbu X dan Q2 pada sumbu Y). Gunakan rumus

regresi untuk menentukan kemiringan grafik tersebut.

3. Bandingkan kemiringan grafik tadi dengan ¿ untuk sasaran datar, [ 3 ρ2 g A

]−1

untuk

sasaran kerucut, dan [ 2 ρg A

]−1

untuk sasaran hemispherical.

4. Buat analisa dan kesimpulan.

Jawab:

● Datar (180˚)

Hukum Kekekalan Momentum

Perubahan momentum = Impuls

Ө = (180˚- 90˚)

Cos Ө = Cos (90˚) = V2 =0

Rumus Dasar :

F.t = m1v1 +m2v2

Q = V/t

t = V/Q

m = ρ x V

V = m/ρ

t = m/ ρQ

Jadi:

F m/ ρQ = m1v1 +m2v2

Asumsi : m1 = m2

v2 = 0

v = Q/A

F m/ ρQ = m1(v1 + 0)

F = v1 x ρQ

F = Q2 ρ/A

● Kerucut (120˚)



Ө = (120˚)

Cos Ө = Cos (120˚) = V2 = - ½

Maka v2 = ½ v1 (arahnya berlawanan)

Rumus Dasar :

F.t = m1v1 +m2v2

Q = V/t V = m/ρ

t = V/Q t = m/ ρQ

m = ρ x V

Jadi:


Asumsi : m1 = m2

v2 = 1/2v1

v = Q/A

F m/ ρQ = m1(v1 + ½ v1)

F = 3 v1 x ρQ/2

F = 3Q2 ρ/2A

● Hemispherical



Ө = (180˚)

Cos Ө = Cos (180˚) = V2 = -1

Maka v2 = v1 (arahnya berlawanan)

Rumus Dasar :

F.t = m1v1 +m2v2

Q = V/t

t = V/Q

m = ρ x V

V = m/ρ

t = m/ ρQ

Jadi:


Asumsi : m1 = m2

v2 = v1

v = Q/A

F m/ ρQ = m1(v1 + v1)

F = 2v1 x ρQ

F = 2Q2 ρ/A

F. Pengolahan Data

Data Hasil Percobaan

MASS ON WT PAN (g)

VOLUME OF WATER (l)

TIME (s) Q (l/s) Q2 (l/s)2

180° 120°hemispheric

al180° 120°

hemispheric

al180° 120°

hemispherical

180° 120°hemisph

erical

20,00 2,00 2,00 2,00 16,90 12,92 14,65 0,12 0,15 0,14 0,01 0,02 0,02

40,00 2,00 2,00 2,00 13,10 11,57 13,07 0,15 0,17 0,15 0,02 0,03 0,02

60,00 2,00 2,00 2,00 11,80 11,60 11,01 0,17 0,17 0,18 0,03 0,03 0,03

80,00 2,00 2,00 2,00 9,46 9,90 10,02 0,21 0,20 0,20 0,04 0,04 0,04

100,00 2,00 2,00 2,00 9,01 9,71 9,58 0,22 0,21 0,21 0,05 0,04 0,04

MASS ON WT PAN (kg)

VOLUME OF WATER (m3)

TIME (s) Q (m3/s) Q2 (m3/s)2

180° 120°

hemispherical

180°

120°

hemispherical

180° 120°hemispheric

al180° 120°

hemispheric

al

0,020,00

20,00

20,00

216,9

12,92

14,65

1,2E-04

1,5E-04

1,4E-04

1,4E-08

2,4E-08

1,9E-08

0,040,00

20,00

20,00

213,1

11,57

13,07

1,5E-04

1,7E-04

1,5E-04

2,3E-08

3,0E-08

2,3E-08

0,060,00

20,00

20,00

211,8

11,611,0

11,7E-

041,7E-

041,8E-

042,9E-

083,0E-

083,3E-

08

0,080,00

20,00

20,00

29,46

9,910,0

22,1E-

042,0E-

042,0E-

044,5E-

084,1E-

084,0E-

08

0,10,00

20,00

20,00

29,01

9,71 9,582,2E-

042,1E-

042,1E-

044,9E-

084,2E-

084,4E-

08

Untuk 180°

no. Q (m3/s) X Y XY Y2 X2

10,000118343

1,40051E-08

0,022,80102E-

100,0004

1,96143E-16

20,000152672

2,33087E-08

0,049,32347E-

100,0016

5,43294E-16

30,000169492

2,87274E-08

0,061,72364E-

090,0036

8,25262E-16

40,000211416

4,46969E-08

0,083,57575E-

090,0064

1,99782E-15

50,000221976

4,92732E-08

0,14,92732E-

090,01

2,42784E-15

Σ0,000873899

1,60011E-07

0,31,14392E-

080,022

5,99036E-15

b=Σxy/Σ x2

b=1909595,33

0.00000001 0.00000002 0.00000003 0.00000004 0.00000005 0.000000060

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

f(x) = 1909595.33027216 xR² = 0.992916833122724

m vs Q2 pada 180°

Q2

m (k

g)

b= ρg A

b= 1000

9,81×0,25×3,14×0,0072

b=2650118,268

Untuk 120°


10,000154799

2,39627E-08

0,024,79253E-

100,0004

5,74209E-16

20,000172861

2,98809E-08

0,041,19523E-

090,0016

8,92867E-16

30,000172414

2,97265E-08

0,061,78359E-

090,0036

8,83666E-16

40,00020202

4,08122E-08

0,083,26497E-

090,0064

1,66563E-15

50,000205973 4,2425E-08 0,1 4,2425E-09 0,01

1,79988E-15

Σ0,000908067

1,66807E-07

0,31,09655E-

080,022

5,81625E-15

b=Σxy/Σ x2

b=1885329,127

0.000000020.0000000250.000000030.0000000350.000000040.0000000450

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

f(x) = 1885329.12651093 xR² = 0.939712209261932

m vs Q2 pada 120°

Q2

m (k

g)

b= 3 ρ2g A

b= 3×1000

2×9,81×0,25×3,14×0,0072

b=3975177,402

Untuk Hemispherical


10,000136519

1,86374E-08

0,023,72747E-

100,0004

3,47352E-16

20,000153022

2,34158E-08

0,049,36632E-

100,0016

5,48299E-16

30,000181653

3,29978E-08

0,061,97987E-

090,0036

1,08886E-15

40,000199601

3,98405E-08

0,083,18724E-

090,0064

1,58726E-15

50,000208768

4,35842E-08

0,14,35842E-

090,01

1,89958E-15

Σ0,000879563

1,58476E-07

0,31,08349E-

080,022

5,47135E-15

b=Σxy/Σ x2

b=1980297,407

0.00000001 0.00000002 0.00000003 0.00000004 0.000000050

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

f(x) = 1980297.40702171 xR² = 0.975288013025611

m vs Q2 pada Hemispherical

Q2

m (k

g)

b= 2ρg A

b= 2×1000

9,81×0,25×3,14×0,0072

b=5300236,536

Kesalahan relatif

kesalahan relatif=|hasil praktikum−hasil perhitungan|

hasil perhitungan×100%

Benda Sasaranb Hasil Praktikum b Hasil Perhitungan

Kesalahan Relatif (%)

180° 1909595,33 2650118,268 27,94301472120° 1885329,127 3975177,402 52,57245311

hemispherical 1980297,407 5300236,536 62,63756545

G. Analisis

Analisa Percobaan

Pertama-tama dilakukan pengukuran terhadap diameter nozzle agar luas dari

penampang lubang dapat dihitung. Data luas penampang diperlukan untuk

menganalisis nilai gradien gari grafik m vs Q2. Benda sasaran yang pertama kali

digunakan adalah yang bersudut 180º. Benda sasaran tersebut diletakkan di

batang dan dihubungkan dengan piringan beban, lalu cungkup dan tabungnya

dipasang kembali. Selang aliran air dari meja hidrolika dihubungkan dengan alat

peraga aliran jet. Acuan tinggi disesuaikan dengan dengan garis tanda

pertengahan tebal piringan beban. Beban dengan berat tertentu diletakkan di atas

piringan beban. Air dialirkan dari meja hidrolika, sehingga air mengalir masuk ke

alat peraga aliran jet dan keluar melaui nozzlenya. Mengatur kecepatan aliran air,

sehingga garis pada piringan beban kembali berada di sebelah acuan tinggi.

Mencatat volume yang keluar dari nozzle per satuan waktu, sehingga didapatkan

debit aliran yang keluar dari nozzle. Mengulangi langkah ke 6-9 untuk berat

beban yang berbeda. Mengulangi semua prosedur di atas untuk benda sasaran

120º dan hemispherical.

Analisa Hasil

Pada praktikum ini, volume fluida yang keluar dari nozzle merupakan variabel

kontrol, yang mana dijaga konstan pada 2 liter, sedangkan waktu merupakan

variabel bebas yang akan mempengaruhi debit fluida yang keluar dari nozzle

pada tiap beban dan tiap jenis benda sasaran.

Dapat terlihat pula bahwa waktu berbanding terbalik dengan massa beban, dan

otomatis beban berbanding lurus dengan debit fluida, dengan kata lain semakin

berat beban, maka semakin besar pula debit fluida yang keluar dari nozzle yang

diperlukan untuk menahan beban pada posisi semula. Karena luas penampang

nozzle tetap, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa massa beban berbanding lurus

dengan kecepatan fluida yang keluar dari nozzle, dengan kata lain semakin berat

beban, maka kecepatan fluida yang diperlukan untuk mempertahankan posisi

beban akan bertambah.

Dari rumus untuk mencari gaya yang diakibatkan oleh fluida yang keluar dari

nozzle dengan luas penampang A, dengan debit fluida Q, dan massa jenis fluida

ρ, dapat ditarik kesimpulan bahwa gaya untuk benda sasaran 180° adalah yang

paling kecil, kemudian yang 120° lebih besar, sedangkan yang hemispherical

adalah yang paling besar, dengan perbandingan berturut-turut dari yang paling

kecil adalah sebagai berikut, 1 : 1,5 : 2. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa

untuk menahan benda sasaran 180°, dibutuhkan debit yang paling besar, untuk

120° lebih kecil, dan yang paling kecil adalah untuk benda sasaran hemispherical.

Ternyata hasil praktikum ini tidak benar-benar sesuai dengan teori, hal tersebut

mungkin disebabkan oleh faktor-faktor yang akan dibahas pada analisa kesalahan.

Analisa Kesalahan

Deviasi yang terjadi pada hasil praktikum ini, disebabkan oleh beberapa faktor,

yang dapat berasal dari manusia (praktikan), alat (instrumen pengukur), atau yang

tidak dapat diidentifikasi asal dan penyebabnya (kesalahan acak).

Kesalahan praktikan adalah kesalahan yang berasal dari praktikan, seperti

kesalahan pembacaan skala volume, kurang tepatnya timing penekanan

stopwatch, kesalahan penulisan data, kurang tepatnya posisi garis pada piringan

beban.

Kesalahan instrumen adalah kesalahan yang berasal dari alat yang digunakan

pada praktikum, misalnya debit air yang tidak konstan, adanya gaya gesek antara

lubang pada penutup dengan batang, dan mungkin juga massa benda sasaran yang

tidak sama satu dengan yang lainnya, pada praktikum ini massa benda sasaran

tidak ditimbang, sehingga tidak diketahui.

Kesalahan acak adalah kesalahan yang masih tersisa setelah kesalahan praktikan

dan kesalahan instrumental dieliminasi. Kesalahan ini tidak teridentifikasi

penyebab dan asalnya.

H. Kesimpulan

Praktikum ini belum dapat membuktikan rumus-rumus teoritis mengenai gaya yang

ditimbulkan aliran jet terhadap berbagai bentuk benda sasaran, namun diyakini bahwa

rumus tersebut benar dari penurunan rumus secara teoritis. Wajar saja jika praktikum

ini belum dapat membuktikan rumus tersebut, karena banyak faktor yang menyebabkan

deviasi pada hasil praktikum seperti yang sudah dibahas pada anasisa kesalahan.

I. Referensi

Modul praktikum mekanika fluida.

LAMPIRAN

Benda sasaran

Pengujian pada benda sasaran hemispherical Panel pengukur volume

Dampak Aliran Jet

Documents

Transcript of Dampak Aliran Jet