LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA ALIRAN DALAM PIPA
Oleh : Nama
:
Tafsir
NPM
:
240110090003
Hari, Tgl Praktikum
:
Senin, 20-5-2010
Co. Ass
: - Wilmar - Dodi - Nurul - Annisa
LABORATORIUM SUMBERDAYA AIR JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJAJARAN JATINANGOR 2010
DAFTAR ISI
I.
PENDAHULUAN................................................................................
1.1 LATAR BELAKANG.......................................................................... 1.2 TUJUAN PRAKTIKUM......................................................................
II.
TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
III.
METODE PRAKTIKUM..................................................................... 1.1 ALAT.................................................................................................... 1.2 BAHAN................................................................................................ 1.3 PROSEDUR PELAKSANAAN..........................................................
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................
V.
K ESIMPULAN DAN SARAN..............................................................
DAFTAR PUSTAKA
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Latarbelakang dari praktikum ini adalah agar mahasiswa bisa lebih memahami mengenai cara penentuan Friction Losses dan Local Losses. Praktikum ini juga akan menentukan mengenai hubungan antara kecepatan dan tekanan.
1.2. Tujuan
Tujuan dari dilakukannya praktikum ini antara lain : 1. Mahasiswa mampu menjelaskan mekanisme aliran a ir. 2. Mahasiswa bisa lebih memahami dalam penentuan Friction Losses dan Local Losses. 3. Mahasiswa dapat menghitung debit, tekanan, dan kecepatan dengan menggunakan angka-angka yang dihasilkan dari praktikum.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aliran Fluida
Aliran fluida dan struktur adalah merupakan suatu sistim interaktif dan interaksinya bersifat dinamis. Sistim ini adalah suatu sistim kopel dari gaya yang bekerja pada struktur yang ditimbulkan d itimbulkan oleh fluida di sekelilingnya. Gaya dari fluida menyebabkan struktur berdeformasi. berdeformasi. Pada saat struktur terdeformasi maka hal ini berarti mengubah orientasinya terhadap aliran fluida, sehingga pada saat berikutnya memungkinkanberubahnya gaya fluida tersebut. Pada
beberapa kasus seperti getaran pelat lambung kapal akibat turbulensi
aliran air yang terhantam badan kapa l, maka gaya yang timbul t imbul akibat fluida tidak tergantung dari perubahan kecil kec il dari posisi strukturnya terhadap fluida. Namun sebaliknya, untuk kasus seperti getaran struktur riser atau sistim mooring mooring pada bangunan lepas pantai akibat arus laut, maka gaya-gaya fluidanya sangat ditentukan oleh orientasi dan kecepatan re lative struktur terhadap aliran fluidanya. Dalam dunia teknologi bangunan lepas pantai, akhir-akhir ini fenomena getaran akibat aliran fluida ini menjadi semakin penting. Hal ini dikarenakan wilayah operasinya dari waktu ke waktu makin merambah ke perairan dalam. Sebagai konsekuensinya diperlukan struktur-struktur yang makin panjang dan r ingan sehingga menyebabkan perilaku struktur makin fleksibel dan lentur, yang pada akhirnya sangat rawan terhadap getaran.
2.2 Aliran Fluida dapat di kategorikan sebagai berikut :
1. Aliran laminar Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan ± lapisan, atau lamina ± lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini
viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan re latif antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton yaitu : =
2. Aliran Turbulen Aliran dimana pergerakan dari partikel partikel-partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari dar i satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian-kerugian aliran.
3. Aliran Transisi Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke a liran turbulen. Tekanan Fluida Dalam ilmu fisika, Tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, di mana arah gaya tegak lurus dengan luas permukaan. Secara matematis, tekanan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini :
P
=
P
= tekanan, F = gaya dan A = luas permukaan. Satuan gaya (F) adalah Newton (N), 2
satuan luas adalah meter persegi (m ). Karena tekanan adalah gaya per satuan luas maka satuan tekanan adalah
2
N/m
.
Nama
lain dari
2
N/m
adalah pascal (Pa).
dipakai sebagai satuan Tekanan untuk menghormati om Blaise
Pascal.
Pascal
Kita akan
berkenalan lebih dalam dengan om Pascal pada pokok bahasan Prinsip Pascal.
2.3 Constant Head
Suatu ketinggian yang tetap dimana ada suatu sirkulasi yang mempertahankan agar ketinggiannya itu tetap terjaga adalah constan head. Biasanya di dalam tabung tersebut terdapat suatu pipa yang dimana bila air dalam tabung telah penuh maka air akan masuk ke suatu pipa lain, dan seperti sirkulasi yang menggunakan volume air yang sama walaupun digunakan secara terus menerus. Karakteristik aliran didalam saluran/pipa y
Aliran di dalam suatu saluran selalu disertai d isertai dengan friksi
y
Aliran yang terlalu cepat akan menimbulkan pressure drop drop yang tinggi sedangkan aliran yang terlalu lambat pressure drop drop-nya akan rendah akan tetapi tidak efisien
y
Kecepatan aliran perlu dibatasi dengan memperhatikan : -
Besarnya daya yang dibutuhkan
-
Masalah erosi pada dinding pipa
-
Masalah pembentukan deposit/endapan
-
Tingkat kebisingan yang terjadi
Kerugian yang terdapat di dalam aliran fluida y
Kerugian tekanan (Pressure Drop) atau
y
Kerugian head ( Head Loss)
Faktor yang mempengaruhi kerugian d i dalam aliran fluida: y
Kecepatan aliran
y
Luas penampang saluran
y
Faktor friksi
y
Viskositas
y
Densitas fluida
2.4 Tekanan Fluida dalam Pipa
Tekanan fluida yang diukur oleh alat yang bergerak bersama dengan fluida. Kondisi ini sangat sulit diwujudkan.
Namun
dengan kenyataan bahwa tidak ada
variasi tekanan pada arah penampang tegak lurus aliran, maka tekanan statik dapat diukur dengan membuat lubang kecil pada dinding aliran sedemikian rupa sehingga sumbunya tegak lurus dinding aliran (wall pressure t ap). y
Perhitungan
Head Loss
Istilah Head Loss muncul sejak diawalinya percobaan-percobaan hidrolika abad ke sembilan belas, yang sama dengan energi persatuan berat fluida.
Namun
perlu diingat bahwa arti fisik dari head loss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. fluida. Sehingga satuan head loss loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida etinggi satu satuan panjang yang bersesuaian. Istilah Head juga akan dibahas kembali pada pembahasan mesin fluida pada Bab 3, yaitu pembahasan head pompa. y
Perhitungan
Head loss mayor
Dengan mempergunakan persamaan keseimbangan energi dan asumsi aliran berkembang penuh (f (f ully develop developed ) sehingga koefisien energi kinetik E1 = E2 dan penampang konstan, maka: p1 p 2
V
! g z 2 z1 hl
2.5 Kecepatan Fluida dalam Pipa
Perubahan
kecepatan akibat adanya pengaruh gesekan akan menimbulkan
perubahan tegangan geser sepanjang aliran.
Perubahan
tegangan geser juga dapat
dinyatakan dalam sebuah persamaan matematika yang dapat digambarkan dalam bentuk distri busi tegangan geser. Besarnya kecepatan rata-rata dapat ditentukan dari persamaan Q = V.A, dimana A dalam kasus ini adalah adala h l x a, maka :
1 ¨ x p ¸ a 3l 1 ¨ x p ¸ 2 ! ! V ! © ¹ © ¹a A 12Q ª x x º al 12Q ª x x º Q
Besarnya kecepatan maksimum dan lokasi terjadinya kecepatan maksimum juga dapat ditentukan.
Profil
kecepatannya digambarkan pada gmb 1.5. setelah
koordinatnya ditansformasikan, dimana sumbu x berada pada pusat silinder. Kecepatan maksimum akan terjadi pada nilai diferensial pertama fungsi kecepatan sama dengan nol (0): x u x y
dan u maksimum
0
yaitu pada y
1 ¨ x p ¸ 2 3 © ¹a ! 8Q ª x x º 2
a/2
BAB III METODE PRAKTIKUM
3.1. Alat
1.
Gelas
ukur 1000 ml
2. Stopwatch 3. Meteran panjang 3 meter 4.
Pompa
air
5. Alat tulis dan mistar
3.2. Bahan
1. Air
3.3. Prosedur Praktikum
1. Buka kran dari bak konstan, kemudian hitung debit inf inf low dari bak konstan head, dalam tiga posisi bukaan yang berbeda. Gunakan metoda : Volumetrik. 2. Rubah posisi kran (
f low Out f
) dari bak konstan, pada tiga posisi dengan debit
yang telah dihitung sebelumnya. 3.
Perhatikan
perbedaan muka air yang terbaca pada manometer, bila ada tinggi
yang melebihi batas mistar pada manometer, gunakan mistar tambahan untuk mengukur kelebihannya. 4.
Ukur dan catat dimensi instrument percobaan. Lampirkan dalam kertas grafik pada laporan praktikum.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil
Tabel Hasil Pengukuran pada Manometer : Tinggi Bacaan Pada Manometer ( cm ) No.
Q / debit
M1
M2
M3
M4
( l / detik )
( kecepatan )
( tekanan )
( tekanan )
( kecepatan )
1
0.0453
45.5
56
46.4
46.3
2
0.0284
32.5
32.5
33
33
3
0.0413
47.8
48
52.7
48
Perhitungan
Debit :
1)
5 dtk
= 0.0453
2)
l / dtk
dtk
= 0.0284
3)
l / dtk
5 dtk
= 0.0413
l / dtk
Menentukan Kecepatan dan Tekanan a. Kecepatan 2
Q1 = 0.0453 l/dtk ; Q2 = 0.0284 l/dtk ; Q3 = 0.0413 l/dtk ; A = r r
Dengan r = 0.0127 m
Dengan r = r = 0.00635 m
= 89.4 m/s
= 56.05 m/s
= 81.5 m/s
= 357.6 m/s = 224.2 m/s = 326.02 m/s
b. Tekanan I ) h1 = 56 cm = 0.56 m
II ) h1 = 32.5 cm = 0.325 m
h2 = 46.4 cm = 0.464 m
h2 = 33 cm = 0.33 m
P
= . h1 = 5.49 atm
P
= . h1 = 3.19 atm
P
= . h2 = 4.55 atm
P
= . h2 = 3.24 atm
III ) h1 = 48 cm = 0.48 m h2 = 52.7 cm = 0.527 m P
= . h1 = 4.71 atm
P
= . h2 = 5.17 atm
Tabel Friction Losses dan Local Losses untuk Q = 0.0453 l/dtk Asumsi = = 1,0 1. Friction Losses
0.0254
1.55
191314,37
296537,27
608,52
Bend1Bend2 0.0254
0.14
191314,37
26784,01
54,96
Bend2B
0.0254
0.43
191314,37
82265,18
168,816
BC
0.0127
0.98
7713311,996
7559045,76
15511,84
ABend1
2. Local Losses
A
0,5
198511,82
99255,91
203,68
Bend1
1,0
198511,82
198511,82
407,36
Bend2
1,0
198511,82
198511,82
407,36
B
0,325
198511,82 1985 11,82
64516,24
132,39
C
1,0
3176189,09
3176189,09
6517,82
Tabel Friction Losses dan Local Losses untuk Q = 0.0284 l/dtk 1. Friction Losses
ABend1
0.0254
1.55
191314,37
296537,27
239,175
Bend1Bend2 0.0254
0.14
191314,37
26784,01
21,6
Bend2B
0.0254
0.43
191314,37
82265,18
66,35
BC
0.0127
0.98
7713311,996
7559045,76
6096,82
2. Local Losses
A
0,5
198511,82
99255,91
80,056
Bend1
1,0
198511,82
198511,82
160,11
Bend2
1,0
198511,82
198511,82
160,11
B
0,325
198511,82 1985 11,82
64516,24
52,04
C
1,0
3176189,09
3176189,09
2561,79
Tabel Friction Losses dan Local Losses untuk Q = 0.0413 l/dtk 1. Friction Losses
0.0254
1.55
191314,37
296537,27
505,8
Bend1Bend2 0.0254
0.14
191314,37
26784,01
45,685
Bend2B
0.0254
0.43
191314,37
82265,18
140,32
BC
0.0127
0.98
7713311,996
7559045,76
12893,39
ABend1
2. Local Losses
A
0,5
198511,82
99255,91
169,29
Bend1
1,0
198511,82
198511,82
338,59
Bend2
1,0
198511,82
198511,82
338,59
B
0,325
198511,82 1985 11,82
64516,24
110,04
C
1,0
3176189,09
3176189,09
5417,59
4.2.Pembahasan
Dalam praktikum kali ini praktikan akan menentukan nilai-nilai dari tekanan, kecepatan, serta debit yang diperoleh dari kegiatan praktikum. Setelah mendapatkan nilai tersebut maka akan dibandingkan antara nilai perhitungan dengan nilai dari hasil praktikum. Ketika kran pada constan head dibuka dan masuk ke bagian entrance, maka keempat selang yang ada pada pipa akan terisi. Di dalam selang akan tertinggal gelembung-gelembung
yang
dapat
dihilangkan
dengan
menekuk
atau
membengkokkan bagian selang yang mengalirkan air. Setelah melakukan hal tersebut pengukuran pun di lakukan dan terdapat hasil yang tercantum di kolom hasil. Dengan menggunkan
rumus
tekanan
dan
juga
kecepatan
di
dapatlah
hasil
yang
memperlihatkan bahwa dengan kecepatan 0,0894 m/s dan tekanan
4,55184
maka
akan terukur hasil M4 untuk kecepatannya sebesar 45,5 cm dan M3 sebesar 56 cm. Dan di bandingkan dengan pipa yang lebih kecil diameternya maka di dapatkan hasil yang lebih tinggi. Maka dengan ini akan diketahui bahwa semakin kecil diameter suatu pipa maka semakin besar tekanan dan kecepatan yang tercipta. Mekanisme aliran air
Reservoir utama yang digunakan dalam menampung air pada praktikum aliran dalam pipa ini adalah Tangki Thorn, yang dialirkan langsung melaluli sebuah pipa dan akan ditampung dalam sebuah bak konstan (constant (constant head ). ). Dalam constant head tersebut ada pipa yang tingginya sejajar dengan tinggi air yang ada sebuah bak constant head tersebut agar air didalam bak ini mempunyai volume yang tetap. Setelah itu air yang dalam pipa mengalir ke bak penampungan, lalu akan dipompa kembali menuju thorn. Dalam mekanisme aliran ini digunakan juga alat instrument yang berbentuk pipa U yang digunakan untuk mengukur debit, tekanan dan kecepatan aliran air.
BAB V PENUTUP
5.1.Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari hasil praktikum prakt ikum ini yaitu : 1. Semakin besar kecepatan maka semakin besar juga tekanan yang dihasilakan, dan sebaliknya semakin kecil kecepatan maka semakin kecil juga tekanannya. 2. Untuk mendapatkan tinggi air yang konstan maka diperlukan constant head untuk menyeimbangkan tinggi air tersebut. 3. Faktor-faktor yang mempengaruhi debit aliran air pada saluran terbuka antara lain penampang saluran, kekasaran permukaan saluran, kemiringan saluran, debit aliran, kecepatan aliran, pertemuan pert emuan saluran (junction) dan angin. 4.
semakin kecil diameter suatu pipa maka semakin besar tekanan dan kecepatan yang tercipta.
5.2.Saran
Dalam melakukan praktikum ini, praktikan harus mendapat bimbingan serta pengawasan dari para asisten dosen agar tidak terjadi kesalahan dalam melakukan kegiatan praktikum.
Penggunaan
kesalahan dalam pengukuran.
alat ukur harus diperhatikan guna menghindari
DAFTAR PUSTAKA
y
rudiwp.files.wordpress.com/2006/11/flow-induced-vibration.pdf diakses pada tanggal 21 Mei 2010
y
http://www.gurumuda.com/tekanan-dalam-fluida/
diakses pada tanggal 21 Mei 2010
y
http://vladvamphire.wordpress.com/sharing/pipingsystem/bab-04-aliran-fluida-dalam-
pipa/
