I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Mekanika fluida adalah suatu ilmu yang mempelajari perilaku fluida baik dalam keadaan diam maupun bergerak serta akibat interaksi dengan media batasnya. Seperti kebanyakan disiplin ilmu lainnya, mekanika fluida mempunyai sejarah panjang dalam pencapaian hasil-hasil pokok hingga menuju kearah modern seperti sekarang ini. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan selalu mengikuti bentuk dari saluran pembawanya. Ketika dalam persamaan fluida tidak dapat menahan gaya gesek. Seluruh fluida mempunyai sedikit kemampuan untuk dimampatkan dan dapat menghilangkan sedikit tahanan dengan merubah bentuk. Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampung lingkaran yang digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang di alirkan melalui pipa biasanya berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair dalam pipa tidak penuh maka aliran termasuk dalam aliran saluran terbuka atau karena tekanan di dalam pipa sama dengan tekanan atmosfer, aliran termasuk dalam pengaliran terbuka. Karena mempunyai permukaan bebas maka fluida yang dialirkan adalah zat cair. Tekanan dipermukaan zat cair disepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer. Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan aliran pada pipa adalah adnaya permukaan yang bebas yang (hampir selalu) berupa udara pada saluran terbuka. Headloss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan Headloss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian. Berdasarkan lokasi timbulnya kehilangan secara umum kehilangan tekanan akibat gesekan atau kerugian ini dapat digolongkan menjadi yaitu kerugian major atau primer dan kerugian minor. Mempergunakan persamaan keseimbangan
1
energi dan asumsi aliran berkembang penuh sehingga koefisien energi kinetik a1 = a2 dan penampang konstan. Headloss major dapat dinyatakan sebagai kerugian tekanan aliran fluida berkembang penuh melalui penampang konstan. Penurunan tekanan untuk aliran laminar berkembang penuh pada pipa horizontal dan dapat dihitung secara analitis. Sedangkan penurunan tekanan untuk aliran turbulen tidak dapat dihitung secara analitis karena pengaruh turbulensi yang menimbulkan perubahan keacakan sifat fluida. Perubahan sifat fluida yang acak tersebut belum dapat didekati dengan fungsi matematis yang ada saat ini. Perhitungan Headloss didasarkan pada hasil percobaan dan analisa dimensi. Penurunan tekanan untuk aliran turbulen adalah fungsi dari angka reynold, perbandingan panjang dan diameter pipa serta kekerasan relatif pipa.
B. Tujuan Praktikum
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut: 1.Unutk mengetahui kerugian yang ditimbulkan akibat adanya gesekan antara fluida dengan dinding pipa ( kerugian primer atau major headlosses) headlosses) dengan beberapa diameter pada beberapa bilangan Reynold. 2.Unutk mengetahui kerugian yang ditimbulkan akibat adanya perubahan penampang baik secara perlahan-lahan ataupun secara tiba-tiba pada beberapa bilangan Reynold. 3.Untuk mengetahui kerugian yang ditimbulkan akibat adanya belokan atau sambungan belokan (elbow (elbow)) pada beberapa bilanga Reynold. 4.Untuk mengetahui kerugian yang ditimbulkan akibat adanya sambungan berupa kran atau valve dengan berbagai bentuk pada beberapa bilangan Reynold. 5.Mengkaji metode dan teori dari air sebagai cairan incompressible. incompressible. Ketika aliran melalui orifice dan tabung venture, perbedaan tekana ( ho dan hv), berhubungan dengan kecepatan yang dihasilkan diperoleh koefisien aliran (Co dan Cv) berdasarkan nilai teoritis dan aliran rata-rata ketika diasumsikan sebagai fluida ideal dan nilai
2
eksperimen terbaru dari aliran rata-rata selanjutnya, amatilah perubahan dari koefisien aliran berdasarkan angka Reynold.
3
I. TINJAUAN PUSTAKA
1. Pengukuran Kerugian Akibatt Gesekan Pada Pipa Lurus
Aliran fluida dalam sebuah pipa mun gkin merupakan aliran laminar atau aliran turbulen. Untuk aliran pipa parameter tak berdimensi yang paling penting adalah bilangan Reynolds, Re yaitu perbandingan antara efek inersia dan viscous dalam aliran. Sehingga istilah laju aliran digantikan dengan bilangan Reynolds (Munson, 2004).). Kehilangan karena friksi/gesekan adalah bagian dari total headloss yang terjadi saat aliran fluida melewati suatu pipa lurus. Headloss pada suatu fluida pada umumnya berbanding lurus dengan panjang pipa , nilai kuadrat dari kecepatan fluida dan nilai friksi fluida yang disebut faktor friksi. dan juga nilai headloss berbandng terbalik dengan diameter pipa (Sularso, 2004). Pada aliran didalam pipa yang cukup panjang (tidak ada efek inlet atau fully developed flow), efek dari batas dinding atau tegangan geser sebanding dengan kerugian tekanan artinya semakin panjang dinding semakin bertambah kerugian tekanan kerena faktor gesekan kekentalan fluida. Juga dari hasil penelitian distribusi kecepatan menunjukan kecepatan pada batas padat= 0 (tidak slip) atau cocok dengan hasil analisa perhitungan (exact solution). Jadi apabila terjadi slip pada dinding
(kecepatan pada dinding ≠ 0) kerugian tekanan menjadi berkurang, tentunya dapat menghemat energi.(Yanuar, 2005).
2. Pengukura Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa
Disamping adanya kehilangan energi akibat gesekan, ada juga kehilangan energi yang disebabkan oleh perubahan penampang pipa. Pada pipa panjang kehilangan energi akibat perubahan penampang, sehingga pada keadaan tersebut kehilangan energi akibat perubahan penampang dapat diabaikan. Pada pipa pendek kehilangan energi akibat perubahan penampang harus diperhitungkan. Untuk
4
memperkecil kehilangan energi akibat perubahan penampang, perubahan penampang dibuat secara berangsur-angsur. Kehilangan energi sekunder atau minor loss ini akan mengakibatkan adanya tumbukan antara partikel zat cair dan meningkatkan gesekan karena turbulensi serta ttidak seragamnya distribusi kecepatan pada suatu penampang pipa (Sularso, 2004). Ada dua jenis penampang pipa yaitu penampang pipa tak beraturan dan perluasan penampang tiba-tiba. Penampang ini menghasilkan efek laju aliran yang semakin tinggi ditunjukkan dengan tingginya heat transfer karena terjadi peningkatan kecepatan dan penurunan tekanan. Jenis aliran yang ditimbulkan karena perubahan penampang ini adalah turbulen. Selain itu, penampan ini mengakibatkan adanya fluida yang mengalir dengan kecepatan rendah pada dinding – dinding pipa yang tidak rata (Munson, 2004). Perluasan penampang pipa-pipa memberikan kontribusi berupa meredam aliran turbulen yang terjadi namun kecepatan alirannya berkurang sedangkan tekananpun bertambah. Hal ini ditunjukkan dengan kecilnya nilai heat transfer yang terjadi. Aliran yang setelah melewati penampang ini cenderung menjadi lebih laminar. Bahwa aliran fluida di bagian atas penampang ini mengalir berlawanan arah dengan aliran lainnya yang berarti tekanan di daerah ini tinggi (Thomas,1989).
3. Pengukuran Kerugian Akibat Belokan
Aliran fluida pada belokan atau elbow atau bend menimbulkan head loss yang lebih dari pada aliran pada pipa lurus. Hal ini terutama karena timbulnya aliran sekunder akibat perubahan orientasi penampang pada belokan. Koefisien lossesnya dipengaruhi oleh radius kelengkungan kurva belokan. Untuk sambungan yang kelengkungannya halus, koefisien lossenya akan lebih kecil namun pembuatannya akan lebih sulit sehingga harganya akan lebih mahal. Sedangkan belokan yang
5
kelengkungannya dibentuk dari penyambungan pipa lurus, koefisien lossesnya akan lebih tinggi (Hariandja,1988).
Sambungan dipasang pada sistem perpipaan dengan ulir atau sambungan flens. Ulir umumnya dipakai pada sambungan pipa diameter yang kecil sedangkan untuk diameter yang besar, sambungan pipa mempergunakan flens dengan mur dan baut atau yang dilas. Pemilihan sambungan sangat dipengaruhi oleh jenis fluida, beracun atau tidak, tekanan dan suhu kerja dari sistem dan faktor keamanan yang diharapkan (Yanuar, 2005). Kehilangan energi akibat tikungan diakibatkan meningkatnya tekanan pada bagianluar pipa dan menurun pada bagian dalam pipa. Untuk mengembalikan tekanan dankecepatan pada bagian dalam pipa, menyebabkan terjadinya pemisahan aliran (Sularso, 2004).
4. Pengukuran Kerugian Pada Berbagai Jenis Kran
Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa. Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada pipa. Dengan adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak sambungan, fluida yang mengalir
di
dalamnya
akan
mengalami
banyak
kehilangan
energy
(Dwiyantoro,2004). Dalam
system
pipa
salah
satu
konstruksinya
adalah
menggunakan
sambungan yang berfungsi untuk membelokan arah aliran fluida ke suatu tempat tertentu. Salah satu efek yang muncul pada aliran ketika melewatu suatu sambungan yang berkaitan dengan pola aliran adalah adanya ketidakstabilan aliran atau fluktuasi aliran. Fluktuasi aliran yang terjadi terus-menerus pada belokan pipa akan memberikan beban impak secara acak pada sambungan tersebut. Akibat pembeban impak secara acak yang berlangsung terus-menerus bisa menyebabkan getaran pada pipa. Pada sambungan pipa bekerja gaya yang disebabkan oleh aliran zat cair yang 6
berbelok, disamping berat pipa dan isinya. Belokan pada pipa menghasilkan kerugian tekanan yang lebih besar dari pada jika pipa lurus (Munson, 2004). Kerugian-kerugian tersebut disebabkan daerah-daerah aliran yang terpisah didekat sisi dalam belokan (khususnya jika belokan tajam) dan aliran sekunder yang berpusar karena ketidak seimbangan gaya-gaya sentripetal akibat kelengkungan sumbu pipa. Belokan senantiasa mengimbaskan kerugian karena terjadi pemisahan aliran pada dinding. Kerugian juga dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida semakin besra kecepatan aliran maka kerugian tekanan akan semakin membesar pada saat melewati belokan mengakibatkan terbentuknya aliran bergolak berupa aliran sekunder yang menyebabkan terjadinya energi ditambah lagi dengan terjadinya separasi aliran (Thomas,1989). 5.
Pengukuran Koefisien Aliran Air Dalam Pipa Pada Venturi dan Orifice
Venturimeter merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi untuk mendapatkan beda tekanan. Sedangkan alat untuk menunjukkan besarnya aliran fluida yang diukur atau alat sekundernya adalah manometer pipa venturmeter memiliki kerugian karena harganya mahal, memerlukan ruangannya besar dan rasio diameter throatnya dengan diameter pipa tidak diubah. Untuk sebuah venturimeter tertentu dan system manometer tertentu kecepatan aliran yang dapat diukur adalah tetap sehingga kecepatan jika kecepatan aliran berubah maka diameter throatnya dapat diperbesar untuk memberikan pembacaan yang akurat atau diperkecil untuk mengakomodasi kecepatan aliran maksimum yang baru (Salem, 2003). Pipa venturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan. Dalam pipa venturi luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih dari pada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar dari pada bagian tengahnya. Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki
7
penampang yang lebih sempit dengan demikian maka akan terjadi perubahan kecepatan. Apabila kecepatan aliran yang melalui penampang lebih besar adalah v1 dan kecepatan aliran yang melalui pipa smepit adalah v2 maka kecepatan yang lewat pipa sempit akan memiliki laju yang lebih besar (v1
8
III. METODE PERCOBAAN
A. Tempat dan Waktu
Praktikum Mekanika Fluida ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Tanah dan Air pada setiap Rabu dari tanggal , pada pukul 08.30 WIB. B. Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah sebagi berikut: 1. Fruit circuit friction 2. Thermometer 3. Table data dan pengamatan 4. Ember 5. Kain lap dan selang air 6. Air 7. Es C. Cara Kerja a. Pengukuran kerugian akibat gesekan pada pipa lurus
1.
Dihidupkan pompa dan dibuka katup aliran pada pipa lurus berdiameter
⁄, ⁄, da 1 inc satu persatu , yaitu katup nomor 19
dan 20, 22 dan 21, 23 dan 24. 2.
Diatur debit aliran dengan menggunakan katup control aliran.
3.
Dikeluarkan udara melalui keran pembersih udara, dan buka katup tabung manometer mercury.
4.
Diukur h1 dan h2 pada tabung
manometer mercury untuk
mengetahui tinggi kehilangan air. 5.
Dihitung factor gesekan pada setiap pipa lurus yang berdiameter
⁄, ⁄, da 1 inc
9
6.
Untuk mengubah aliran rata-rata, dilakukan sebanyak 6 kali pengukuran kehilangan gesekan setelah aliran rata-rata stabil secara berurutan.
b. Pengukuran kerugian akibat perubahan penampang pipa
1.
Dihidupkan pompa dan dibuka katup aliran pada pipa lurus satu persatu , yaitu katup nomor 3 dan 4, 5 dan 6, 27 dan 28, serta 29 dan 30.
2.
Diatur debit aliran dengan menggunakan katup control aliran.
3.
Dikeluarkan udara melalui keran pembersih udara, dan buka katup tabung manometer mercury.
4.
Diukur h1 dan h2 pada tabung
manometer mercury untuk
mengetahui tinggi kehilangan air
pada pembesaran perlahan,
pembesaran tiba-tiba, pengecilan perlahan, dan pengecilan tiba-tiba. 5.
Dihitung kehilangan tinggi tekannya.
6.
Untuk mengubah aliran rata-rata, dilakukan sebanyak 6 kali pengukuran kehilangan gesekan setelah aliran rata-rata stabil secara berurutan.
c. Pengukuran kerugian akibat belokan
1.
Dihidupkan pompa dan dibuka katup aliran pada pipa lurus satu persatu , yaitu katup nomor 25 dan 26, 11 dan 12.
2.
Diatur debit aliran dengan menggunakan katup control aliran.
3.
Dikeluarkan udara melalui keran pembersih udara, dan buka katup tabung manometer mercury.
4.
Diukur h1 dan h2 pada tabung
manometer mercury untuk o
mengetahui tinggi kehilangan air pada belokan 90 dan elbow. 5.
Dihitung kehilangan tinggi tekannya.
10
6.
Untuk mengubah aliran rata-rata, dilakukan sebanyak 6 kali pengukuran kehilangan gesekan setelah aliran rata-rata stabil secara berurutan.
d. Pengukuran kerugian pada berbagai jenis keran
1.
Dihidupkan pompa dan dibuka katup aliran pada pipa lurus satu persatu , yaitu katup nomor 7 dan 8, 9 dan 10, 11 dan 12.
2.
Diatur debit aliran dengan menggunakan katup control aliran.
3.
Dikeluarkan udara melalui keran pembersih udara, dan buka katup tabung manometer mercury.
4.
Diukur h1 dan h2 pada tabung
manometer mercury untuk
mengetahui tinggi kehilangan air pada keran pintu, keran bola dan keran sudut. 5.
Dihitung kehilangan tinggi tekannya.
6.
Untuk mengubah aliran rata-rata, dilakukan sebanyak 6 kali pengukuran kehilangan gesekan setelah aliran rata-rata stabil secara berurutan.
e. Pengukuran koefisien aliran air dalam pipa pada venturi dan orifice
1.
Dihidupkan pompa dan dibuka katup pengaturan pintu aliran venture dan orifice yaitu nomor 15 dan 16, 17 dan 18.
2.
Diatur debit aliran dengan menggunakan katup control aliran.
3.
Dikeluarkan udara melalui keran pembersih udara, dan buka katup tabung manometer mercury.
4.
Diukur h1 dan h2 pada tabung
manometer mercury untuk
mengetahui tinggi kehilangan air pada venturi dan orifice. 5.
Dihitung kehilangan tinggi tekannya.
11
6.
Untuk mengubah aliran rata-rata, dilakukan sebanyak 6 kali pengukuran kehilangan gesekan setelah aliran rata-rata stabil secara berurutan.
12
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
A. Analisa Data 1. Pengukuran Kerugian Akibat Gesekan Pada Pipa Lurus
Tabel 1. Pengukuran pada pipa lurus berdiameter 1 inchi. Pipa (d=
Q
No
3
(m /jam)
1 inchi) H1
H2
∆H
Q1
V 3
(mH2O) (m /dt)
(m/dt)
λ
Re
1
3
210
212 0,0272
0.000833
1,645
0,002
52505,199
2
2.5
223
190 0,4488
0.000694
1,371
0,059
43754,333
3
2
209
211 0,0272
0.000555
1,097
0,006
35003,466
4
1.5
224
192 0,4352
0.000416
0,548
0,360
17501,733
5
1
119
308 2,5704
0.000278
0,274
8,507
8750,866
1.
Perhitungan Kerugian Akibat Gesekan Pada Pipa Lurus (d=1 inchi)
Dikt : 1 inchi
= 0,0254 m
0,5 inchi
= 0,5
0,75 inchi
=
1 mmHg o
Suhu (30 C), ⱴ
0,0254 m = 0,0127 m 0,75 0,0254 m = 0,01905 m
= 13,6 mmH2O = = 0,796
10
mH O 2
-6
= (210-212) = 0,0272 mH O
1. ∆H = (H1-H2)
2
3 ==0,0008333m /dt
2. Q1=
13
3.
V= = = 1,645 m/dt
4.
λ =
5.
Re =
= 0,0025 =
=
ⱴ
= 52505,2
Grafik Pipa (d=1 inchi)
9 8 7 6 λ
5 4 3 2 1 0 8750.866
17501.733
35003.466
43754.333
52505.199
Re
Grafik 1. Hubungan antara λ dengan bilangan Reynold.
14
Tabel 2. Pengukuran pada pipa lurus berdiameter 0,5 inchi. Pipa
Q
No
3
(m /jam)
(d
=0,5 inchi) H1
H2
∆H
Q1
V 3
(mH2O) (m /dt)
(m/dt)
λ
Re
1
3
150
275
1,7
0.000833
6,582
0,005
105010,4
2
2.5
280
246
0,4624
0.000694
5,485
0,002
87508,66
3
2
271
255
0,2176
0.000555
4,388
0,001
70006,93
4
1.5
183
253
0,952
0.000416
2,194
0,025
35003,47
5
1
370
110
3,536
0.000278
1,097
0,365
17501,73
2.
Perhitungan Kerugian Akibat Gesekan Pada Pipa Lurus (d=0,5 inchi) 1. ∆H
= (H1-H2)
= (275-150)
= 1,7 mH O 2
= = 0,0008333 m3/dt = = 6,582 m/dt V= = = 0,00488 λ = Re = = ⱴ = 105010,399
2. Q = 3. 4. 5.
15
Grafik Pipa (d=0,5 inchi)
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
λ
0.15 0.1 0.05 0 17501.733
35003.466
70006.932
87508.666 105010.399
Re
Grafik 2. Hubungan antara λ dengan bilangan Reynold. Tabel 3. Pengukuran pada pipa lurus berdiameter 0,75 inchi.
No
Pipa
Q 3
(m /jam)
d
(0,75 inchi) H1
H2
∆H
Q
V 3
(mH2O) (m /dt)
(m/dt)
λ
Re
1
3
320
105
2,924
0.000833
2,92522 0,064
70006,9
2
2.5
291
135
2,1216
0.000694
2,43768 0,067
58339,1
3
2
263
169
1,2784
0.000555
1,90515 0,063
46671,3
4
1.5
255
205
0,68
0.000416
0,97507 0,133
23335,6
5
1
216
208
0,1088
0.000278
0,48753 0,085
1167,82
3.
Perhitungan Kerugian Akibat Gesekan Pada Pipa Lurus (d=0,75 inchi)
= (320-105) = 2,924 mH O
1. ∆H = (H1-H2)
2
16
2.
= = 0,0008333 m3/dt
Q1=
3. V = = = 2,925 m/dt
4.
λ =
5.
Re =
= 0,06279 = = ⱴ = 70006,93
0.15
Grafik Pipa (d=0,75 inchi)
0.1 λ 0.05
0 11667.822
23335.644
46671.288
58339.11
70006.932
Re
Grafik 3. Hubungan antara λ dengan bilangan Reynold. 2. Pengukuran kerugian akibat perubahan penampang pipa.
Tabel 4. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pembesaran Secara Perlahan-lahan. Pembesa NO
Q 3
(m / jam) 1
3
Kec.
-ran
H
Q1
Perlahan
(m
(m /dt)
H1
H2O)
H2
Aliran
h1
ξ1
Re
3
213 219 0,0816 0,000833
17
V25
V40
1,35
,34
40,711 27,20 1432051,3
2
2,5
214 218 0,0544 0,000694
1,13 1,95
25,278 24,32 889166,10
3
2
217 218 0,0136 0,000556
0,90 1,56
14,887 22,38 523649,98
4
1,5
221 220 0,0136 0,000417
0,68 1,17
7,8835 21,07 277312,36
5
1
216 215 0,0136 0,000278
0,45 0,78
3,3631 20,22 118301,13
6
0,5
223 222 0,0136 0,000139
0,22 0,39
0,8205 19,74 28863,002
1. Perhitungan Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pembesaran Secara Perlahan-lahan.
1. ∆H = (H1-H2) 2. 3. 4. 5. 6. 7.
= (219-213) = 0,0816 mH O 2
3 = = 0,0008333 m /dt V25 = = = 5,416 m/dt V40 = = = 2,3398 m/dt h1 = = 40,7117 = ξ1 = = = 27,2009 = = 1432051,3 Re = ⱴ Q1 =
18
Grafik Pembesaran Perlahan
30 25 20 ξ1 15
10 5 0
Re
Grafik 4. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pembesaran Secara Perlahan-lahan
Tabel 5. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pengecilan Secara Perlahan-lahan. Pengecil NO
Q 3
(m / jam)
Kec. Aliran
an
H
Q1
Perlahan
(m
(m /dt)
H1
H2O)
H2
h1
ξ1
Re
3
V25
V40
1
3
226 211 0,204
0,000833
1,35
2,34
40,72 27,206 1432356,1
2
2,5
224 218 0,082
0,000694
1,13
1,95
25,28 24,322 889226,66
3
2
222 218 0,054
0,000556
0,90
1,56
14,89 22,383 523733,58
4
1,5
221 219 0,027
0,000417
0,68
1,17
7,885 21,075 277391,08
5
1
216 215 0,014
0,000278
0,45
0,78
3,364 20,232 118351,51
6
0,5
221 218 0,041
0,000139
0,22
0,39
0,823 19,804 28961,396
19
2. Perhitungan Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pengecilan Secara Perlahan-lahan. 1. ∆H = (H1-H2) 2. 3. 4. 5. 6. 7.
= 0,204 mH O 2
3 = = 0,0008333 m /dt V25 = = = 5,416 m/d V40 = = = 2,3398 m/dt h1 = = = 40,7198 = = 27,206 ξ1 = = = 1432356,123 Re = ⱴ Q1=
Grafik Pengecilan Perlahan
30 25 20 ξ2 15 10 5 0
Re
Grafik 5. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pengecilan Secara Perlahan-lahan.
20
Tabel 6. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pembesaran Secara Tiba-tiba. Pembesar Q
NO
an
Tiba-
tiba
Kec. Aliran
H
Q1
(m
(m /dt)
H1
H2
H2O)
h1
ξ1
Re
3
V25
V40
1
3
214
217
0,041
0,000833
1,35
2,34
40,7
27,19
1431949,7
2
2,5
215
216
0,014
0,000694
1,13
1,95
25,3
24,32
889075,25
3
2
215
216
0,014
0,000556
0,90
1,56
14,9
22,38
523649,98
4
1,5
222
207
0,204
0,000417
0,68
1,17
7,88
21,07
277732,20
5
1
204
226
0,299
0,000278
0,45
0,78
3,36
20,23
118880,49
6
0,5
215
216
0,014
0,000139
0,22
0,39
0,82
19,77
28912,199
3. Perhitungan Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pembesaran Secara Tiba-tiba.
= (217-214) = 0,0408 mH O
1. ∆H = (H1-H2)
2
2. 3. 4. 5. 6. 7.
3 = = 0,0008333 m /dt V25 = = = 5,416 m/dt V40 = = = 2,3398 m/d h1 = = = 40,7083 = = 27,198 ξ1 = = = 1431949,703 Re = ⱴ Q1 =
21
Grafik Pembesaran Tiba-tiba
30 25 20 ξ3 15 10 5 0
Re
Grafik 6. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pembesaran Secara Tiba-tiba. Tabel 7. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pengecilan Secara Tiba-tiba Pengecil NO
Q
an
tiba-
tiba
H
Q1
(m
(m /dt)
H1
H2
H2O)
Kec. Aliran
h1
ξ1
Re
3
V25
V40
1
3
221
211
0,136
0,000833
1,35
2,34
40,7
27,20
1432186
2
2,5
210
217
0,0952
0,000694
1,13
1,95
25,3
24,32
889256,9
3
2
218
214
0,0544
0,000556
0,90
1,56
14,9
22,38
523733,6
4
1,5
217
214
0,0408
0,000417
0,68
1,17
7,89
21,08
277417,3
5
1
217
215
0,0272
0,000278
0,45
0,78
3,36
20,23
118376,7
6
0,5
217
216
0,0136
0,000139
0,22
0,39
0,82
19,77
28912,2
22
8. Perhitungan Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pengecilan Secara Tiba-tiba.
= 0,136 mH O = (221-211)
1. ∆H = (H1-H2)
2
2. 3. 4. 5. 6. 7.
= = 0,0008333 m3/dt V25 = = = 5,416 m/dt V40 = = = 2,3398 m/dt = = 40,7150 h1 = ξ1 = = = 27,03 Re = = ⱴ = 1432186,781 Q1 =
Grafik Pengecilan Tiba-tiba
30 25 20 ξ4 15
10 5 0
Re
Grafik 7. Pengukuran Kerugian Akibat Perubahan Penampang Pipa, Pengecilan Secara Tiba-tiba
23
3. Pengukuran kerugian akibat belokan
Tabel 8. Pengukuran kerugian akibat elbow Elbow
ΔH
(m /jam)
H1
H2
(mH2O)
1
3
222
207
2
2,5
220
3
2
4
Q
3
Q1 (m /s)
V25
ξ5
Re
0,204
0,000833
1,35
2,1808
47629,72
208
0,1632
0,000694
1,13
2,5123
39691,43
218
211
0,0952
0,000556
0,90
2,2898
31753,14
1,5
217
212
0,068
0,000417
0,68
2,9078
23814,86
5
1
215
213
0,0272
0,000278
0,45
2,6169
15876,57
6
0,5
214
213
0,0136
0,000139
0,22
5,2339
7938,286
No
3
1. Perhitungan Kerugian Akibat Elbow 1. ∆H = (H1-H2) x 0.0136 = (222-207) x 0.0136 = 15 x 0.0136 = 0.204 2. Q1=
⁄ = ⁄ = 0.0000833333 m /dt 3
= ⁄ ⁄ = 1.354 m/dt ξ5= = = 0.1454 = == 47629.72 Re = ⱴ
3. V25 = 4. 5.
24
Grafik Elbow
6 5 4 ξ5 3
2 1 0 7938.286
15876.57
23814.86
31753.14
39691.43
47629.72
Re
Grafik 8. Hubungan ξ5 dengan bilangan Reynold Tabel 9. Pengukuran kerugian akibat belokan Belokan
ΔH
(m /jam)
H1
H2
(mH2O)
1
3
215
213
2
2,5
215
3
2
4
Q
3
Q1 (m /s)
V25
ξ6
Re
0,0272
0,000833
1,35
0,2908
47629,72
213
0,0272
0,000694
1,13
0,4187
39691,43
215
214
0,0136
0,000556
0,90
0,3271
31753,14
1,5
215
214
0,0136
0,000417
0,68
0,5815
23814,86
5
1
214
213
0,0136
0,000278
0,45
1,3085
15876,57
6
0,5
215
214
0,0136
0,000139
0,22
5,2339
7938,29
No
3
1. Perhitungan Kerugian Akibat Belokan 1. ∆H = (H1-H2) x 0.0136 = (215-213) x 0.0136 = 0.272 2. Q1=
⁄ = ⁄ = 0.0000833333 m /dt 3
25
= 1.354 m/dt = ⁄ ⁄ ξ6= = = 0.290776 Re = = ⱴ == 47629.72
3. V25 = 4. 5.
Grafik Belokan
6 5 4 ξ6 3 2 1 0
Re
Grafik9. Hubungan ξ6 dengan bilangan Reynold 4. Pengukuran kerugian pada berbagai jenis keran
Tabel 10. Hasil pengamatan pada jenis kran pintu
No
Kran Pintu
Q 3
(m /jam)
H1
H2
(mmHg) (mmHg)
∆H
Q1 3
(mH2O) (m /jam)
V25
ξ7
Re
1
3
215
214
0,0136
0,000833
1,35
0,145
47629,7
2
2.5
216
215
0,0136
0,000694
1,13
0,209
39691,43
3
2
216
215
0,0136
0,000556
0,90
0,327
31753,1
4
1,5
216
215
0,0136
0,000417
0,68
0,581
23814,8
5
1
216
215
0,0136
0,000278
0,45
1,308
15876,6
6
0,5
216
215
0,0136
0,000139
0,22
5,234
7938,3
26
1. Perhitungan Kerugian pada jenis keran pintu 1. ∆H = (H1-H2) x 0.0136 = (214-215) x 0.0136 = 0.0136 2. Q1=
⁄ = ⁄ = 0.0000833333m /dt 3
= 1.354 m/dt = ⁄ ⁄ ξ7= = = 0.1455 Re = = ⱴ == 47629.72
3. V25 = 4. 5.
Grafik Kran Pintu
6 5 4 ξ7 3 2 1 0 7938.286 15876.572 23814.858 31753.144 39691.431 47629.717 Re
Garafik 10. Hubungan ξ7 dengan bilangan Reynold Tabe l1. Hasil pengamatan pada jenis kran bola No
∆H
Kran Bola
Q 3
(m /jam) H1
H2
Q1 3
(mH2O) (m /jam)
27
V25
ξ8
Re
(mmHg) (mmHg) 1
3
228
153
1,02
0,000833
1,35
10,90
47629,7
2
2.5
259
173
1,1696
0,000694
1,13
18,00
39691,4
3
2
242
190
0,7072
0,000556
0,90
17,01
31753,1
4
1,5
230
202
0,3808
0,000417
0,68
16,28
23814,8
5
1
223
208
0,204
0,000278
0,45
19,63
15876,6
6
0,5
217
214
0,0408
0,000139
0,22
15,70
7938,3
2. Perhitungan kerugian pada jenis keran bola 1. ∆H = (H1-H2) x 0.0136 = (228-153) x 0.0136 = 1.02 2. Q1=
⁄ = ⁄ = 0.0000833333 m /dt 3
= ⁄ ⁄ = 1.354 m/dt = = 10.91 ξ8= = == 47629.72 Re = ⱴ
3. V25 = 4. 5.
Grafik Kran Bola
25 20 15 10 5 ξ8 0
Re
Garafik 11. Hubungan ξ8 dengan bilangan Reynold
28
Tabel 12. Hasil pengamatan pada jenis kran sudut Kran Sudut No
Q 3
(m /jam)
H1
H2
(mmHg)
(mmHg)
∆H
Q1
(mH2O)
(m /jam)
3
V25
ξ9
Re
1
3
224
207
0,2312
0,000833
1,35
2,471
47629,7
2
2.5
222
210
0,1632
0,000694
1,13
2,512
39691,4
3
2
219
212
0,0952
0,000556
0,90
2,289
31753,1
4
1,5
218
213
0,0680
0,000417
0,68
2,908
23814,8
5
1
216
215
0,0136
0,000278
0,45
1,308
15876,6
6
0,5
216
215
0,0136
0,000139
0,22
5,234
7938,3
3. Perhitungan kerugian pada jenis keran sudut 1. ∆H = (H1-H2) x 0.0136 = (224-207) x 0.0136 = 0.2312 2. Q1=
⁄ = ⁄ = 0.0000833333 m /dt 3
= ⁄ ⁄ = 1.354 m/dt = = 2.471 ξ9= Re = = ⱴ == 47629.72
3. V25 = 4. 5.
29
Grafik Kran Sudut
6 5 4 ξ9 3
2 1 0 7938.286 15876.572 23814.858 31753.144 39691.431 47629.717 Re
Garafik 12. Hubungan ξ9 dengan bilangan Reynold
5. Koefisien Aliran Air Dalam Pipa
Tabel 13. Hasil pengamatan pada tabung ventury
N o
Ventury
Q 3
(m / jam)
H1
H2
(mm
(mm
Hg)
Hg)
Q1 3
(m / jam)
hv
Qv 3
(mH2O)
(m /s)
Cv
V25
Re
1
3
334
94
0,000833
3,012
0,00085
0,977
1,35
20225,6
2
2,5
302
123
0,000694
2,246
0,00074
0,943
1,13
16854,7
3
2
264
262
0,000556
0,025
0,00007
7,137
0,90
13483,7
4
1,5
244
182
0,000417
0,778
0,00043
0,961
0,68
10112,8
5
1
227
201
0,000278
0,326
0,00028
0,989
0,45
6741,9
6
0,5
219
212
0,000139
0,088
0,00014
0,954
0,22
3370,9
30
1. Perhitungan pada tabung vemtury
⁄ = ⁄ = 0.0000833333 m /dt ) O =( = x x = x x √ = 0.000853 m /dt = ⁄ = 0.00083333/ 0.000853 = 0.9773 3
1. Q1 = 2. HV 3. QV
2
3
4. CV
= ⁄ ⁄ = 1.354 m/dt Re = = ⱴ == 20225.6
5. V25 = 6.
Grafik Ventury
8 7 6 5 Cv 4
3 2 1 0 3370.94
6741.87
10112.81 13483.74 16854.68 20225.62 Re
Garafik 13. Hubungan antara Cv dengan bilangan Reynold
31
Tabel 14. Hasil pengamatan pada Orifice Orifice
Q 3
No (m / jam)
H1
H2
(mm
(mm
Hg)
Hg)
Q1
ho
3
(m /
Qo 3
(mH2O) (m /s)
jam)
Co
V25
Re
1
3
332
93
0,000833
2,999
0,0013
0,636
1,35
25090,6
2
2,5
295
131
0,000694
2,058
0,0011
0,640
1,13
20908,9
3
2
265
163
0,000556
1,280
0,0008
0,649
0,90
16727,1
4
1,5
243
187
0,000417
0,703
0,0006
0,657
0,68
12545,3
5
1
227
203
0,000278
0,301
0,0004
0,669
0,45
8363,5
6
0,5
218
212
0,000139
0,753
0,0002
0,669
0,22
4181,8
2. Perhitungan pada tabung orifice
⁄ = ⁄ = 0.0000833333 m /dt ) O =( = x x √ = x x √ = 0.0013095 m /dt = ⁄ = 0.00083333/ 0.000853 = 0.9773 3
1. Q1 = 2. Ho 3. Qo
2
3
4. Co
5. V25 = 6. Re =
=
⁄ d
ⱴ
0 0000
⁄ = 1.354 m/dt 00 = == 25090.6 0 0
32
Grafik Orifice
0.68 0.67 0.66 0.65 Co 0.64
0.63 0.62 0.61 4181.8
8363.5
12545.3
16727.1
20908.9
25090.6
Re
Garafik 14. Hubungan antara Cv dengan bilangan Reynold
B. Pembahasan a. Pengukuran Kerugian Akibat Gesekan Pada Pipa Lurus
Dari hasil praktikum pertama yaitu pengukuran kerugian akibat gesekan pada pipa lurus, yang telah dilaksanakan maka didapt hasil seperti yang terlihat pada table 3
1 bahwa pada pipa lurus dengan diameter 0,5 inc pada debit 3 m /jam didapat nilai H (H2O) sebesar 0.0272 didapat dari selisih antara h1 dan h2 dikali 0.0136. untuk nilai 3
Q didapatkan nilai sebesar 0.000899999 m /dt yang diperoleh dari nilai debit air per 3
satuan waktu. Kecepatan alirannya pada debit 3 m /jam faktor gesekan pada pipa tersebut yang didapat adalah 1,645. sedangkan bilangan reynoldnya dalah sebesar 52505,199. Besarnya bilangan reynold sangat tergantung pada kecepatan aliran. Besarnya bilangan reynold sebanding dengan kecepatan aliran sedangakan besarnya faktor gesekan berbanding terbalik dengan kecepatan aliran. Jadi semakin besar bilangan reynold maka kecepatan aliran yang ditimbulkan semakin besar yang menimbulkan bidang kontak antara fluida dan pipa semakin kecil sehingga mengakibatkan faktor gesekan juga semakin kecil.
33
b. Pengukuran kerugian akibat perubahan penampang
Dari hasil pengamatan kecepatan aliran yang didapat perubahan penampang 3
pipa secara pembesaran perlahan adalah pada debit 3 m /jam memiliki koefisien kehilangan adalah 27,20. Nilai koefisien kehilangan didapat dari hasil bilangan 2 kali gravitasi dikali dengan nilai h1 kemudian dibagidengan nilai V25 dipangkat dua dan dikali dua. Sedangkan hasil bilangan
reynoldnya adalah 1432051,3 didapat dari
perkalian antara d25 dengan nilai h1 dibagi nilai viskositas. Hal ini juga sama cara perhitungannya pada pengecilan perlahan, pngecilan tiba-tiba da pmbesaran tiba-tiba. Pada garfik dapat dilihat bahwa hubungan antara kehilangan tinggi dengan bilangan reynold bentuk grafiknya semakin lama semakin naik. Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi bilangan renold maka semakin tinggi pula kehilangan yang dialami.
c. Pengukuran kerugian akibat belokan
Dari data hasil pengamatan pada elbow didapatkan nilai koefisien kehilagan 3
tingginya pada debit 3 m /jam yaitu sebesar 0.001798 dan nilai bilangan reynoldnya yaitu 47629.71. sedangkan pada belokan, didapat nilai koefisien tingginya sebesar 0.290776 dan bilangan reynoldnya sebesar 47629.27 juga. Ini terlihat bahwa pada bilangan reynold yang sama kehilangan tinggi yang lebih besar adalah akibat dari adanya belokan. Pada grafik hubungan antar kehilangan tinggi dengan bilangan renold terlihat bahwa kedua grafik elbow dan belokan bentuknya cenderung menurun kebawah. Pada grafik terlihat juga bahwa semakin besar bilanga reynold yang didapat maka semakin kecil kehilangan tinggi tekan yang terjadi.
d. Pengukuran kerugian pada berbagai jenis keran
Dari hasil praktikum ke empat didapat nilai koefisien tinggi tekan keran pintu 3
pada debit 3 m /jam yaitu 0,145536 dan bilangan reynoldnya sebesar 47629,72. pada
34
keran sudut dan bola didapat nilai koefisiennya yaitu 2,47412 dan 10,9145235 dan didapat pula nilai bilangan reynold yang sama sepeti pada keran pintu. Pada garfik juga biasa dilihat bahwa bentuk setiap garfik baik keran pintu, keran bola dan keran sudut berbeda-beda. Pada keran pintu bentuk grafiknya cenderung naik, dan hubungan antar koefisien kehilangan tinggi dengan bilangan reynold adalah berbanding terbalik. Pada grafik keran pintu terlihat bahwa semakin tinggi bilangan reynolg maka semakin kecil kehilangan yang terjadi. Namun tidak demikian halnya pada keran bola dan keran pintu. Pada keran bola dan keran pintu bentuk grafiknya tidak stabil.
e. Perhitungan koefisien aliran dalam pipa
Dari data hasil pengamatan didapat nilai koefisien aliran venturi pada debit 3 3
m /jam koefisien aliran sebesar 0,9773 dan bilangan reynoldnya sebesar 20225,62. Sedangkan pada aliran orifice didapat nilai koefisien alirannya yaitu sebesar 0.6363 dan bilangan reynold sebesar 25090,5. Terdapat perbedaan nilai koefisien dan nilai bilangan bilangan reynold pada kedua aliran ini meskipun debitnya sama. Dari garfik terlihat bahwa kondisi bentuk garfiknya sedikit stabil. Namun tetap berbeda. Bilangan reynold dan koefisien aliran sebanding dengan besarnya kecepatan aliran. Pada aliran fluida di dalam pipa berlaku hukum kekekalan energy dan hokum kontinuitas. Hal ini berarti bahwa debitnya selalu konstan tetapi pada kondisi aktualnya tidak demikian. Kejadian ini disebabkan karena koefisien aliran yang meliputi loses karena perubahan penampang dan ketidakseragaan aliran yang berpengaruh pada kecepatan fluida. Koefisien aliran dipengaruhi oleh perubahan luas penampang serta ketidakseragaman aliran fluida.
35
