Laporan Praktikum MEKFLU Modul 4

LAPORAN AKHIR

PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA 1 2022/2023

MODUL 4

TEKANAN HIDROSTATIS

Disusun Oleh:

KELOMPOK 3

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PERTAMINA 2022

TEKANAN HIDROSTATIS

NIM : 102220059

Asisten Praktikum : Melky Nathanael

Nama : Arya Wannadi Hafizh

Arya Wannadi Hafizh^1* Muhammad Qathan Farhas¹ FADLI¹

1Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pertamina

*Corresponding Author: aryawannadi123@gmail.com

Abstrak: Pada praktikum tekanan hidrostatis ini bertujuan untuk mengetahui secara jelas tekanan air yang bekerja pada dinding tegak secara visual pada saat benda tenggelam sebagian maupun tenggelam penuh.

Terdapat 2 perlakuan pada proses percobaan ini, yaitu kondisi tenggelam sebagian dan tenggelam penuh.

Adapun hasil yang didapat pada percobaan ini adalah kita dapat mengetahui bahwa tekanan hidrostatis pada dinding tegak saat tenggelam seluruhnya lebih besar dari pada tenggelam sebagian.

Kata kunci: Galat, Hidrostatis, Hydraulics Bench, Loncatan Hidraulik, Pascal

Abstract: In this hydrostatic pressure practicum, the aim is to clearly determine the water pressure acting on an upright wall visually when the object is partially or fully submerged. There are 2 treatments in this experimental process, namely the condition of partially submerged and fully submerged. The results obtained in this experiment are that we can find out that the hydrostatic pressure on the upright wall when fully submerged is greater than partially submerged.

Keywords: Error, Hydraulic Leap, Hydraulics Bench, Hydrostatic, Pascal

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Pada masa sekarang teknologi sudah berkemabng cukup pesat sejalan dengan bidang- bidang lainnya, seperti industry dan arsitektur. Pembangunan seperti Gedung-gedung pencakar langit dan jembatan membutuhkan sebuah perhitungan agar konstruksi tersebut dapat menjadi kokoh dan aman. Perhitungan seperti tekanan udara dan tekanan hidrostatis pada bendungan merupakan hal yang wajar dan penting.

Pada dasarnya, setiap benda yang tenggelam dalam fluida akan mengalami gaya distribusi yang tegak lurus terhadap permukaannya. Gaya yang dimaksud sering disebut dengan gaya hidrostatik atau hidrostatis. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur suatu benda di dalam fluida disebut dengan hydrostatic pressure, pada penggunannya alat ini menerapkan Hukum Pacsal.

Pada laporan ini akan dibahas kegunaan dari alat hydrostatic pressure, prinsip kerja, dan cara perhitungan pengukuran tekanan hidrostatis menggunakan alat hydrostatic pressure.

Oleh sebab itu, makalah ini dibuat dengan tujuan memudahkan pemahaman mengenai tekanan hidrostatis dan penerapannya.

1.2Rumusan Masalah

1. Bagaimana menentukan nilai tekanan air yang bekerja pada dinding tegak secara visual yang tenggelam Sebagian?

2. Bagaimana menentukan nilai tekanan air yang bekerja pada dinding tegak secara visual yang tenggelam seluruhnya?

1.3Tujuan Penelitian

1. Mahasiswa dapat mengetahui secara jelas tekanan air yang bekerja pada dinding tegak secara visual sebagai pembuktian dari reaksi yang diperoleh ketika benda tenggelam sebagian

2. Mahasiswa dapat mengetahui secara jelas tekanan air yang bekerja pada dinding tegak secara visual sebagai pembuktian dari reaksi yang diperoleh ketika benda tenggelam penuh

1.4 Teori Dasar

1.4.1 Pengertian Hidrostatis

Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang disebabkan oleh zat cair yang berada dalam kesetimbangan atau statis. Kesetimbangan tersebut mengakibatkan setiap bagian pada zat cair tersebut berada dalam keadaan kesetimbangan juga. Tekanan hidrostatis ini juga mengalami perbedaan besar tekanan apabila pada kedalaman yang berbeda.

Tekanan hidrostatis akan meningkat seiring bertambah dalamnya kedalaman fluida.

Semakin besarnya kedalaman suatu benda pada fluida, maka akan membuat tekanan menjadi semakin besar juga.

Hal ini diakibatkan oleh adanya gravitasi yang membuat berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya dan juga partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawahnya akan lebih besar dari tekanan diatas.

Gambar 1. 1 Tekanan Terhadap Benda di Dalam Fluida

Suatu benda yang terdapat di dalam zat cair yang diam akan mengalami gaya hidrostatik yang diakibatkan oleh tekanan zat cair. Salah satu sifat pada fluida adalah gaya akibat dari tekanan fluida bekerja secara tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan dengan fluida tersebut.

Menurut Hukum Newton III permukaan akan memberikan gaya reaksi kembali apabila terdapat gaya aksi yang sejajar dengan permukaan, hal inilah yang menyebabkan suatu fluida dapat mengalir. Besarnya gaya hidrostatis sesuai dengan hukum Pascal:

P=F A

Namun, karena gaya yang bekerja merupakan gaya berat cairan tersebut, gaya F dapat diekspresikan menjadi

P=w A

P=m. g A

Massa zat cair tersebut masih berhubungan dengan volume dan massa jenis, persamaan diatas dapat diekpresikan menjadi

P=ρ .V . g A

Term V

A adalah ekspresi antara pembagian volume yang dibagi dengan per satuan luas bidang, sehingga akan menghasilkan komponen kedalaman.

……….………1.1

……….………..…1.2

……….………...………1.3

……….……….……1.4

1.4.2 Loncatan Hidraulik (Hidraulic Jump)

Loncatan hidraulik (Hidraulic Jump) adalah bentuk aliran yang secara cepat selalu berubah, peristiwa ini terjadi ketika aliran di saluran berubah cepat dari super kritis menjadi subkritis.

Gambar 1. 2 Percobaan Loncatan Hidraulik

Analisa gaya yang berasal dari volume loncatan yang terkontrol pada section a dan b akan saling berhubungan antara aliran dan kedalaman pada kedua sisi dari loncatan. Gaya luar merupakan tekanan hidrostatis yang terdistribusi pada section a dan b. Resultan daya dipakai pada fluida dengan volume yang terkontrol di bagian hilir adalah sebagai berikut:

∑ F_x=1

2ρ y_a²−1 2ρ y_b²

Sementara kehilangan energy pada jump dapat dirumuskan sebagai berikut:

y_b+V_b² 2g ΔH=y_a+Va2

2g−¿

)

ΔH=

(

^yb−y_a

)

³

4y_ay_b

….……….……1.5

….…..………….….……1.6

……...………..…….….……1.7

1.4.3 Posisi benda

Garis gaya akan berkerja melewati pusat tekanan benda (Yp). Pusat tekanan secara teoritis dapat diekspresikan melalui persamaan berikut:

A. Pada Posisi Keadaan Tenggelam Sebagian

Gambar 1. 3 Keadaan Tenggelam Sebagian

Benda tenggelam sebagian = Y_p=H−1

3 y

B. Pada Posisi Keadaan Tenggelam Penuh

Gambar 1. 4 Keadaan Tenggelam Seluruhnya

Y_p=H+ I

AY+(0.1−z)

BAB II

METODE PENELITIAN

2.1 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada percobaan tekanan hidrostatis ini, yaitu satu set alat hydrostatic pressure, kaliper, dan tabung ukur. Sedangkan bahan yang digunakan, yaitu air sebagai fluida.

2.2 Cara Kerja

Pada praktikum ini, pertama-tama siapkan alat dan bahan terlebih dahulu. Kemudian lakukan pengukuran panjang, seperti panjang penyeimbang, jarak dari penggantung berat ke tumpuan, jarak kuadran ke tumpuan, dasar permukaan kuadran ke tinggi tumpuan, tinggi kuadran, tinggi permukaan kuadran vertikal, lebar kuadran, lebar permukaan kuadran vertikal. Lalu tempatkan hydrostattic pressure diatas hydraulics bench dan sesuaikan kakinya sehingga vivo menunjukkan kondisi datar. Selanjutnya tempatkan lengan penyeimbang pada knife edges. Setelah itu, tempatkan penggantung berat pada celah di bagian akhir lengan penyeimbang. Pastikan katup drain tertutup. Lalu, pindahkan alat pengukur keseimbangan berat sampai lengan horizontal dengan cara memutar sesuai ulirnya. Setelah itu, tambahkan massa (90gram untuk perlakuan sebagian tenggelam dan 300gram untuk perlakuan tenggelam penuh) pada setiap penggantung berat dan mengisi bak keseimbangan kembali seimbang kemudian catat ketinggian air. Ulangi prosedur diatas untuk setiap penambagan beban.

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil

ρ = 1000 kg/m³ B = 0,075 m D = 0,03 m

H = cari sendiri (lihat diagram) L = 0.1 m

Tabel 3. 1 Perlakuan Sebagian Tenggelam

No.

Y (keting

gian air) (m)

Massa (kg)

Tekana n P (Pa)

Luas Penampa

ng A (m²)

Gaya Hidrost

atis F (N)

Yp Teori

Yp Eksperi

men

Galat

1. 0,055 0,06 269,775 2,25x10^-3 0,6069 0,0516 0,0969 87,79%

2. 0,06 0,08 294,3 2,25x10^-3 0,6621 0,055 0,1185 115,45%

Sample yang digunakan diambil dari data no 1

 Tekanan (P)

= ρ g1 2Y

=

1000 kg/m³ x 9,81 m/s² x 1

2 0,055 m = 269,775 Pa

 Luas Penampang (A)

=

^BD

=

0,075 m x 0,03 m = 2,25x10^-3 m²

 Gaya Hidrostatis (F)

=

^PA

=

269,775 Pa x 2,25x10^-3 m² = 0,6069 N

 Yp teori:

= Tinggi keseluruhan(H)−1 3Y

=

0,07 m - 1

3 (0,055 m)

= 0,0516

 Yp eksp :

=

^mgL_F

=

^{0,06kg x9,81}

m

s²x0,1m 0,6069N

=

0,0969

Galat

:

^{|0,0969−0,0516|}

0.0516

x 100%

: 87,79%

Tabel 3. 2 Perlakuan Tenggelam Seluruhnya

No.

Y (ketinggian air) (m)

Massa (kg)

Tinggi Air diatas balok (m)

Hc (m)

Tekanan P (Pa)

Gaya Hidrostatis

F (N)

1. 0,115 0,06 0,07 0,055 539.55 1,213

2. 0,14 0,08 0,056 0,041 402.21 0.904

Sample yang digunakan diambil dari data no 1

 Hc

=

tinggi air diatas balok−1 2D

=

0,07 m - 1

2

(

0,03 m) = 0,055 m

 Tekanan (P)

= ρ g Hc

=

1000 kg/m³ x 9,81 m/s² x 0,055 m = 539.55 Pa

 Gaya Hidrostatis (F)

= ^{ρ g h}cA

=

1000 kg/m³ x 9,81 m/s² x 0,055 m x 2,25x10^-3 m² = 1,213 N

No. Inersia

(m) Ŷp Teori Yp Teori Yp

Eksperimen

Galat

1. 1,6875x10^-7 0,055 0,085 0,0484 43.05%

2. 1,6875x10^-7 0,041 0,085 0,0867 2%

Sample yang digunakan diambil dari data no 1

 Inersia

=

₁₂^{1 B D3}

=

₁₂¹

x

0,075 m x (0,03)³ m = 1,6875x10^-7 m

 Yp teori :

=

^hc

= 0,055 m

 Yp teori :

=

Y p teori+(0.1m−tinggi air di atas benda)

=

0,055 m + (0,1 m – 0,07 m)

= 0,085 m

 Yp eksp :

=

^mgL_F

=

^{0,06k g x}_1,213^9,81m/_N^s2x0.1m

= 0,0484

 Galat:

:

^¿0,0 48−0, 085∨ ¿

0, 085×100 %

¿

: 43,05%

3.2 Pembahasan

Kedalaman suatu benda memiliki pengaruh terhadap besarnya nilai tekanan hidrostatis benda tersebut. Kedalaman bend aini berbanding lurus dengan besarnya nilai tekanan hidrostatis, semakin besar kedalaman benda di dalam suatu fluida dapat membuat tekanan hidrostatisnya semakin besar juga. Hal ini dapat dibuktikan berdasarkan tabel 3.1 dan 3.2, kita dapat mengetahui bahwa benda yang berada dalam keadaan tenggelam seluruhnya memiliki nilai tekanan hidrostatis yang lebih besar daripada benda yang berada dalam keadaan tenggelam sebagian. Peristiwa tersebut disebabakan oleh adanya gaya gravitasi yang menyebabkan berat partikel air akan menekan partikel yang terdapat dibawahnya, dan begitu juga partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga

tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas. Hal inilah yang membuat semakin besar kedalaman dapat membuat tekanan hidrostatis semakin besar juga.

Pada hasil perhitungan nilai Yp teori dan Yp eksperimen pada kondisi sebagian tenggelam memiliki persentase galat sebesar 87,79% untuk perobaan 1 dan 115,45% untuk perlakuan 2. Sementara pada kondisi tenggelam seluruhnya memiliki persentase galat sebesar 72,78% untuk perobaan 1 dan 56,52% untuk perlakuan 2, Terkait perhitungan secara detail dapat dilihat pada tabel 3.1 dan tabel 3.2. Adanya perbedaan galat ini diakibatkan oleh kurang telitinya ketika pembacaan nilai skala, kekeliruan saat pengkalibrasian alat, serta adanya kesalahan pembacaan nilai ketinggian air. Hal-hal itulah yang dapat menimbulkan galat pada perbandingan Yp teori dan Yp eksperimen.

BAB IV PENUTUP

4.1Kesimpulan

Berdasarkan data perhitungan dari percobaan diatas, praktikan dapat mengambil kesimpulan, yaitu:

1. Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah hydrostatic pressure, melalui alat ini kita bisa mendapatkan data untuk digunakan ketika menentukan nilai tekanan air yang bekerja pada keadaan tenggelam sebagian maupun tenggelam seluruhnya. Melalui data yang dikumpulkan kita dapat menentukan nilai tekanan tersebut melalui perhitungan pada tabel 3.1 dan 3.2

2. Berdasarkan tabel 3.1 dan 3.2 dapat diketahui bahwa pada kondisi sebagian tenggelam memiliki tekanan hidrostatis sebesar 0,6069 N untuk percobaan 1 dan 0,6621 N untuk percobaan 2. Sementara pada kondisi tenggelam seluruhnya memiliki tekanan hidrostatis sebesar 1,8761 N untuk percobaan 1 dan 1,5671 N untuk percobaan 2

3. Tekanan hidrostatis pada suatu fluida dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti gaya gravitasi, kedalaman, dan massa jenis fluida. Berdasarkan praktikum ini juga kita dapat mengetahui bahwa semakin jauh posisi titik dari permukaan fluida dapat membuat tekanan hidrostatisnya menjadi semakin tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

FORMULIR PENGAMATAN MODUL 4: TEKANAN HIDROSTATIS

Praktikan: Mahasiswa Program Studi Teknik MESIN-Universitas Pertamina No. Kelompok: 3

No. Nama NIM Tanggal Pratikum

1. Arya Wannadi Hafizh 102220059 Asisten

(...) TANGGAL PENGUMPULAN LAPORAN: 01 April 2022

ρ = 1000 kg/m³ B = 0,075 m D = 0,03 m

H = cari sendiri (lihat diagram) L = 0.1 m

Tabel 4.1 Perlakuan Sebagian Tenggelam

No. Y Massa Tekana Luas Gaya Yp Yp Galat

(keting gian

air) (m)

(kg) n

P (Pa)

Penampa ng A (m²)

Hidrost atis

F (N) Teori Eksperi men

1. 0,055 0,06 269.775 2.25x10^-3 0.6069 0.0516 0.0969 87.79%

2. 0,06 0,08 294.3 2.25x10^-3 0.6621 0.055 0.1185 115.45%

Sample yang digunakan diambil dari data no 1

 Tekanan (P)

= ρ g1 2Y

=

1000 kg/m³ x 9.81 m/s² x 1

2 0,055 m = 269.775 Pa

 Luas Penampang (A)

=

^BD

=

0.075 m x 0.03 m = 2.25x10^-3 m²

 Gaya Hidrostatis (F)

=

^PA

=

269.775 Pa x 2.25x10^-3 m² = 0.6069 N

 Yp teori:

= Tinggi keseluruhan(H)−1 3Y

=

0.07 m - 1

3 (0.055 m)

= 0.0516

 Yp eksp :

=

^mgL_F

=

^{0.06kg x9.81}

m

s²x0.1m 0.6069N

=

0.0969

Galat

:

^{|0.0969−0.0516|}

0.0516

x 100%

: 87.79%

Tabel 4.2 Perlakuan Tenggelam Seluruhnya

No.

Y (ketinggian air) (m)

Massa (kg)

Tinggi Air diatas balok (m)

Hc (m)

Tekanan P (Pa)

Gaya Hidrostatis

F (N)

1. 0,115 0,06 0.07 0,055 539.55 1,213

2. 0,14 0,08 0.056 0,041 402.21 0.904

Sample yang digunakan diambil dari data no 1

 Hc

=

tinggi air diatas balok+1 2D

=

0,07 m - 1

2

(

0,03 m) = 0,055 m

 Tekanan (P)

= ρ g Hc

=

1000 kg/m³ x 9,81 m/s² x 0,055 m = 539.55 Pa

 Gaya Hidrostatis (F)

= ^{ρ g h}cA

=

1000 kg/m³ x 9,81 m/s² x 0,055 m x 2,25x10^-3 m² = 1,213 N

No. Inersia

(m) Ŷp Teori Yp Teori Yp

Eksperimen

Galat

1. 1.6875x10^-7 0.085 0.115

0.0313 72.78%

2. 1.6875x10^-7 0.071 0.115 0.05 56.52%

 Inersia

=

₁₂^{1 B D3}

=

₁₂¹

x

0,075 m x (0,03)³ m = 1,6875x10^-7 m

 Yp teori :

=

^hc

= 0,055 m

 Yp teori :

=

Y p teori+(0.1m−tinggi air di atas benda)

=

0,055 m + (0,1 m – 0,07 m)

= 0,085 m

 Yp eksp :

=

^mgL_F

=

^{0,06k g x}_1,213^9,81m/_N^s2x0.1m

= 0,0484

 Galat:

:

^{¿0,048−0,085∨}0,085^¿ ×100 %

¿

: 43,05%