LAPORAN PRAKTIKUM TL 2101 MEKANIKA FLUIDA 1 MODUL 01 HYDRAULIC BENCH Nama Praktikan
: 1. I Wayan Gede Adi Arjana (15313002) 2. Siti Karin Thalia Mirza
(15313012)
3. I Made Arya Mahendra
(15313026)
4. Ulya Nadhira
(15313053)
5. Palupi I. N
(15313080)
Kelompok
: Y Shift 11.00-12.00
Tanggal Praktikum
: Kamis, 25 September 2014
PJ Modul
: Hilfi Amri, S.T
Asisten yang bertugas : Hapsari Damayanti
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014 1
I. TUJUAN
1. Menentukan debit aktual (Q aktual) 2. Menentukan faktor-faktor yang memengaruhi debit aktual (Q 3. Menentukan pengaruh suhu terhadap debit aktual (Q
aktual)
aktual)
II. PRINSIP DASAR
Alat hydraulic bench memiliki prinsip kerja yaitu menggunakan beban untuk menghitung debit aktual yang dihasilkan dari perhitungan waktu debit dari awal aliran hingga waktu saat tuas akan terangkat. Mekanisme yang digunakan adalah kesetimbangan tuas. Massa debit air sama dengan tiga kali massa beban dan debit fluida berbanding terbalik. Perbandingan ini berasal daari perbandigan antara lengan pada hydraulic bench yang diletakkan beban dengan lengan keseluruhan. Percobaan ini dilakukan triplo yaitu diulang 3x lalu waktu yang digunakan sebagai data ialah waktu rata-rata. Pada percobaan ini dilakukan 4 variasi.
III. TEORI DASAR a. H ydraul ic bench
Hydraulic bench merupakan alat untuk menghitung debit aktual. Cara kerjanya adalah dengan mengalirkan air dalam suatu debit tertentu kedalam pipa terbuka alat ini. Setelah air dalam pipa berada pada debit yang stabil, air akan terus melaju menuju bak penampungan air. Bak penampungan air saat kosong beratnya sama dengan beban penahan yang ada di sebelahnya. Air akan masuk kedalam bak penampungan air tersebut. Setelah bak terisi air melebihi beban penahan, beban akan terangkat. Saat itu perhitungan waktu dimulai. Setelah beban penahan terangkat, tambahkan beban agar tuas beban penahan kembali turun. Setelah air dalam bak penahan kembali terisi, tuas akan mulai terangkat. Saat tuas mulai terangkat lagi, waktu perhitungan dihentikan.
2
Saat tuas terangkat kembali, massa air dalam bak penampung sama dengan tiga kali massa beban yang ditambahkan saat percobaan. Untuk tiap debit air yang sama, dilakukan tiga kali pengambilan waktu, hal itu untuk memperbanyak data, sehingga mengurangi kemungkinan kesalahan pengambilan data. Suhu air dihitung dalam percobann, karena suhu berpengaruh kepada perbandingan debit aktual dan debit teoritis. Fluida yang digunakan dalam Hydraulic Bench adalah sama dimana memenuhi persamaan kontinuitas dan persamaan aliran fluida (debit) sebagai berikut : Q1 = Q2
A1.v1 = A2.v2
Massa air = ρ air x Volume air Volume air = Qaktual x t rata-rata
Q = debit aliran (m 3/s)
v = kecepatan fluida mengalir (m/s)
V = Volume fluida yang masuk (m 3)
A = luas penampang pipa (m2)
t = waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi tertentu (s)
Gambar 1. Hydraulic bench
3
Keterangan bagian bagian hydraulic bench:
Pompa : untuk mengalirkan air ke dalam pipa
Kran pengatur debit : kran ini digunakan untuk mengatur debit air yang diinginkan dalam percobaan, tetapi kran ini tidak memiliki skala.
Pipe : Pipa untuk menyalurkan air menuju bak penimbangan. Pipa berwarna bening untuk mengetahui apakah debit sudah stabil saat waktu mulai dihitung
Drain pipe : Drain pipe digunakan untuk mengalirkan air dari pipa menuju bak penimbangan air.
Measuring tank : digunakan untuk menimbang banyaknya air yang dihasilkan oleh debit tersebut
Lower tank : menampung air yang dibuang dari bak penimbangan melalui drain valve, untuk kemudian di gunakan kembali dalam proses pengaliran air melaluui pipa
Drain valve : untuk membuang air dari bak penimbangan
Power cut of switch : untuk menyalakan dan mematikan hydraulic bench
Bench supply valve : untuk membuka dan menutup drain valve
Weight beam : untuk meletakan beban penahan bak penimbangan ai
b. Viskositas
Pengertian
viskositas
fluida
(zat
cair)
adalah
gesekan
yang
ditimbulkan oleh fluida bergerak, atau benda padat yang bergerak didalam fluida. Besarnya gesekan ini biasa juga disebut sebagai derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar viskositas zat cair, maka semakin susah benda padat bergerak didalam zat cair tersebut. Viskositas dalam zat cair, yang berperan adalah gaya kohesi antar partikel zat cair. Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas 4
tinggi. Sebagai contoh, air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas yang lebih tinggi. Viskositas fluida dipengaruhi oleh gaya kohesi antar molekul, sedangkan gaya kohesi tersebut dipengaruhi oleh suhu. Oleh karena itu viskositas dipengaruhi oleh suhu.
c. Hukum Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut.
Prinsip
ini
sebenarnya
merupakan
penyederhanaan
dari
Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Persamaan Bernoulli yang didapat sebagai berikut : P1+ ½ ρ v21+ ρ gh1= P2+ ½ ρ v22 + ρ gh2 keterangan: h = ketinggian permukaan air dari dalam pipa pengukuruan v = kecepatan aliran pada titik terteentu P = tekanan pada zat cair ρ = massa jenis zat cair
IV. DATA AWAL
Temperatur awal
:
27 oC
Temperatur akhir
:
27 oC
Di data awal, di plot sebuah grafik antara massa jenis fluida terhadap temperatur. Berdasarkan tabel di buku Fluids Mechanic with Engineering Applications
5
Temperatur
Massa Jenis
o
Temperatur
3
Massa Jenis
o
3
( C)
(kg/m )
( C)
(kg/m )
0
999,8
40
992,2
5
1000
50
988
15
999,7
60
983,2
20
999,1
70
977,8
25
998,2
80
971,8
30
997
90
965,3
35
995,7
100
958,4
Tabel 1. Hubungan Temperatur dan Massa Jenis Air
1010 1000 3
m / g 990 k s i n e 980 j a s s 970 a M
Massa Jenis Linear (Massa Jenis)
960
y = -0.4312x + 1006.7 950 0
20
40
60
80
100
120
Temperatur oC
Grafik 1. Hubungan antara Temperatur dan Massa Jenis Air
Dari grafik yang dibuat dengan memplotkan massa jenis dan temperatur air didapat persamaan: y = -0,431x + 1006
6
dengan x adalah temperatur dan y adalah massa jenis air. Data yang didapatkan dari grafik tersebut yaitu massa jenis air pada temperatur 27 oC adalah 994,363 kg/m 3. Massa
Suhu Variasi
Jenis
Air
Beban
Air
o
( C)
Waktu (s)
Massa
(kg)
3
(kg/m )
t1
t2
t3
1
27
994,363
2,5
06.81
06.18
06.12
2
27
994,363
2,5
04.10
04.17
04.36
3
27
994,363
2,5
21.74
21.69
21.93
4
27
994,363
2,5
18.12
18.19
18.18
Tabel 2. Pengambilan Data
V. PERHITUNGAN DAN PENGOLAHAN DATA
Data data awal yang sudah di dapatkan, lalu diolah untuk mendapatkan debit aktual. 3
Variasi
mair(Kg)
trata-rata
Qaktual (m /s)
1
7.5
6.37
0.001184069
2
7.5
4.21
0.001791572
3
7.5
21.78666667
0.000346199
4
7.5
18.16333333
0.000415261
Tabel 2. Pengolahan Data
Vair
= mair / Ρair = 7.5 / 994.363 =0.007542517 m 3
7
Qaktual1 = Vair1 / trata-rata1 = 0.007542517 / 6.37 = 0.001184069 m 3/s Qaktual2 = Vair2 / trata-rata2 = 0.007542517 / 4.21 = 0.001791572 m 3/s Qaktual3 = Vair3 / trata-rata3 = 0.007542517 / 21.78666667 = 0.000346199 m 3/s Qaktual4 = Vair4 / trata-rata4 = 0.007542517 / 18.16333333 = 0.000415261 m 3/s
VI. ANALISIS
Prinsip yang digunakan oleh alat hydraulic bench bekerja dengan prinsip bahwa massa air sama dengan 3 kali massa beban. Perbandingan ini didapatkan dari perbandingan lengan beban yang ada dengan lengan keseluruhann di hydraulic bench tersebut. Pada praktikum ini diketahui bahwa L B : LA = 1 : 3, sehingga:
Dari table dan grafik kerapatan terhadap suhu, dapat disimpulkan bahwa temperature memiliki hubungan dengan kerapatan, dimana semakin
8
tinggi temperatur air maka kerapatannya pun semakin kecil. Hal ini disebabkan karena adanya penambahan volume air yang digunakan sehingga membuat kerapatan air semakin kecil. Maka, semakin tinggi temperature juga menyebabkan nilai debit juga meningkat.
Nilai Qaktual lebih kecil dari nilai Q teoritis. Perbedaan nilai ini dipengaruhi oleh faktor faktor yang bejera pada fluida itu sendiri. Faktor tersebut adalah headoss dan juga gaya friksi yang ditunjukan oleh koefisien debut, koefisien kecepatan dan koefisien kontraksi. Sehingga dapat ditemukan bahwa terjadi ketidaksamaan perhitugan antara Qteoritis. Dari analisis ini pula diketahui bahwa faktor faktor ini menunjukan bahwa dalam keadaan nyata, kondisi perhitungan debit tidaklah ideal. Dari beberapa poin tersebut, dapat dikatakan hubungan antara Qaktual dan Qteoritis adalah energi pada Q aktual hilang akibat beberapa faktor- faktor eksternal tersebut. Percobaan ini dilakukan diulang 3x dan juga dilakukan 4 variasi. Tujuan pengulangan saat pengkuruan ini adalah mengeliminasi faktor faktor yang membuat hasil menjadi tidak presisi dan akurat. Meskipun demikian, pada praktikum ini ada kemungkinan terjadi kesalahan yang dilakukan ialah sebagai berikut: 1. Kesalahan dalam pengukuran suhu baik suhu awal maupun akhir sehingga menyebabkan kesalahan pada perhitungan yang lain (perhitungan kerapatan) karena kesalahan pada kerapatan juga menyebabkan kesalahan pada perhitungan lainnya (perhitungan volume dan debit). 2. Kesalahan dalam perletakan beban baik terlalu cepat atau terlalu lambat sehingga
menyebabkan
kesalahan
pada
perhitungan
(perhitungan waktu) karena kesalahan pada waktu
lain
juga menyebabkan
kesalahan pada perhitungan lainnya (perhitungan debit).
9
yang
VII. APLIKASI H Y D RA U L I C B E N C H PADA BIDANG TEKNIK LINGKUNGAN
Hydraulic bench adalah alat yang digunakan sebagai pengukur debit sederhana. Secara nyata alat ini juga dapat diaplikasikan langsung di bidang keilmuan teknik lingkungan, seperti dalam pengolahan limbah. Hydraulic bench digunakan sebagai pembanding seberapa telitinya debit limbah yang dialirkan dari suatu aliran secara aktual jika dibandingkan dengan hasil perhitungan secara teoritis. Selain itu, hydraulic bench digunakan pada reservoir instalasi pengolahan air PDAM,
untuk
mengetahui debit pada sistem distribusi air khususnya untuk mengetahui debit maksimum dan minimunnya.
VII. KESIMPULAN
1. Debit aktual (Q aktual) yang di dapat dari praktikum adalah sebagai berikut: a. Variasi 1, Debit aktual 0.001184069 m 3/s b. Variasi 2, Debit aktual 0.001791572 m 3/s c. Variasi 3, Debit aktual 0.000346199 m 3/s d. Variasi 4, Debit aktual 0.000415261 m 3/s
2. Faktor- faktor yang mempenagruhi besarnya debit aktual (Q
aktual)
secara
tidak langsung adalah temperatur (T) yang berbanding terbalik dengan debit aliran fluida. Selain itu faktor yang secara langsung berpengaruh antara lain, vikositas,
gaya-gaya friksi, head loss, volume air yang
diperoleh dari massa beban dikali 3, berbanding lurus dengan debit air. Serta, waktu rata-rata dan massa jenis air juga berpengaruh dengan berbanding terbalik dengan besarnya debit air. 3. Semakin tinggi suhu menyebabkan nilai debit aktual (Q meningkat
10
aktual)
juga
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Giles, Ronald V. 1990. Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal Mekanika Fluida dan Hidraulika Edisi Kedua. Jakarta: Penerbit Erlangga
Finnemore,
E.
John.
2002. Fluid
Mechanics
with
Engineering
Applications. McGraw Hill: North America.
www.academia.edu/5136379/HUKUMBERNOULLI diakses tanggal 29 September 2014
www.academia.edu/6427305/Vikositas diakses tanggal 29 September 2014
11
