Modul 3 Free Vortex

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Latar Belakang Belakang

Banyak fenomena yang terjadi pada fluida yang sering dijumpai di kehidupan manu manusi siaa kare karena na bagai bagaima mana napu pun n flui fluida da memi memili liki ki sifa sifatt-si sifa fatt tert terten entu tu dan dan akan akan mengalami perubahan sesuai dengan perlakuan yang dialaminya.Salah satunya adalah pusaran fluida atau vortex.Mengingat hal ini merupakan fenomena yang menarik sehingga diperlukan sebuahpenelitian mengenai penyebab, proses dan akibat dari vortex ini.Sehingga fenomena ini bisa dimanfaatkan untuk kepentingan pembaharuan energi energi atau atau jika jika fenome fenomena na ini merugi merugikan kan maka maka bisa bisa dikura dikurangi ngi efeknya efeknya terhada terhadap p lingkungan atau manusia dan peralatan (pada bidang industri). alam suatu peran!angan sistem yang berhubungan dengan suatu aliran fluida atau di bidang konversi energi hal ini harus menjadi perhatian utama karena sangat berpengaruh nantinya terhadap ran!angan tersebut."ntuk lebih memahami fenomena tersebut maka diadakanlah pratikum mengenai vortex ini.

1.2. Tujuan

#dapun tujuan dari pelaksanaan pratikum ini adalah $ %. Maha Mahasi siss&a dapa dapatt menem enemuk ukan an bent bentuk uk prof profil il perm permuk ukaa aan n flui luida yang ang mengalami vortex '. Mahasis&a Mahasis&a mampu mampu mendapat mendapatkan kan distribu distribusi si ke!epatan ke!epatan pada free free vortex. vortex.

1.3. 1.3. Manfa Manfaat at

ratikum mengenai fenomena ini sangat bermanfaat sekali dalam memahami bahan yang telah dipelajari dari bangku perkuliahan. emudian kita akan dapat membandingkan antara pusaran atau vortex yang ada se!ara teoretis dengan yang se!ara se!ara prakti praktikum kum.. emudi emudian an yang yang tak kalah kalah pentin pentingnya gnya adalah adalah sebagai sebagai bahan bahan pengetahuan kita dalam meran!ang sebuah mesin-mesin fluida.

Universitas Andalas

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. !rte"

*ortex merupakan pusaran yang diakibatkan karena adanya gaya rotasional dimana viskositas mempengaruhi didalamnya. +ontoh vortex adalah pusaran air ini disebabkan oleh air yang mengalir keluar dari sebuah sebuah lubang lubang ke!il ke!il di bagian bagian ba&ah ba&ah !ekungan !ekungan atau atau reservoir , dapat dilihat pada gambar .%

' )

#a$%ar &.1 usaran air pada reservoir (

2.2. Jen*+,jen*+ !rte"

'.'.%. *ortex Bebas ( Free Free Vor Vortex tex ) *ortex bebas atau free vortex merupakan suatu fenomena pusaran suatu fluida yang disebabkan akibat adanya energi dalam fluida yang berasal dari sejumlah reaksi internal.

Free Vortex Kelompok 6 126

Universitas Andalas

+ontohnya $ a.usaran air, seperti yang terlihat pada gambar .'

#a$%ar &.2 usaran air ²

b.angin tornado, seperti yang terlihat pada gambar .

#a$%ar &.3 #ngin tornado

' )

(

'.'.'. *ortex aksa (for!e vortex) *ortex paksa atau for!e vortex merupakan suatu fenomena pusaran suatu fluida yang disebabkan akibat adanya gaya pengaruh dari luar fluida tersebut. +ontohnya $


Universitas Andalas

a. ada sayap pesa&at terbang, seperti yang terlihat pada gambar .

#a$%ar &.& *ortex #liran "dara arena engaruh aluan '()

2.3. Pen-e%a% Terja*n-a !rte"

#da beberapa fa!tor yang menyebabkan terjadinya sebuah vortex, adapun penyebabnya adalah sebagai berikut $

• • • • • • •

/nergi karena reaksi internal Momentum partikel aliran fluida 0aya luar 0ravitasi uas enampang erbedaan tekanan erbedaan temperature ada fluida yang mengalami vortex maka dapat diambil momentum seluruh partikelnya. 1ilainya dapat dihitung sebagai berikut2 M 3 m .v. r v =

imana eterangan $ M 3 Momentum m 3 Massa v 3 e!epatan aliran fluida


K r sehingga M = m. K

Universitas Andalas

ola aliran yang berupa aliran yang berputar melingkar dengan ke!epatan singgung yang menurun menurut %4r. Skema pola ini adalah dengan singularitas di titik asal, disini ke!epatannya sangat besar dan φ serta ϕ keduanya tak terdefenisikan. ersaamaan Bernoulli sepanjang stream line pada permukaan fluida dapat dinyatakan sebagai berikut2 P

+

γ

v

'

' g

+ z = c

Sehingga akhirnya akan di dapatkan 2 K ' '

I .r .' g .c

= c − z

erubahan tekanan yang dialami partikel pada perubahan harga θ adalah2 δ .P δ .θ

=5⇒

δ . P = −γ δ . z

δ.  3 δ..d# 3 δ.m 6a δ . P = − ρ .a = ρ .r .ω ' δ .θ ersamaan berakhir dan tekanan pada fluida statis menjelaskan bah&a  3(r,7) dengan kata lain bah&a  atau tekanan adalah fungsi dari r dan 7. 8ika tekanan dari persamaan di diferensialkan akan dapat diketahui $

δ P =

δ . P δ . P dz + dR = −γ + ρω ' r .dr δ . z δ .r

alau persamaan diatas di integralkan maka akan dapat didapatkan2

(

P ' − P % = r '

'

− r

%

'

) δ . P = −γ ( Z δ .r

'

− Z

%

)

8ika titik % diambil pada permukaan, kita akan mendapatkan % 3 atm dan pada saat 9% 3 9', persamaan ini dapat dinyatakan sebagai berikut2


Universitas Andalas

P − P atm =

γ P − P atm

γ

'

 (ω

'

'

)

% r % ρ r ' − ω '

%



'

 ' '  ' r r  ' %  ' % ρ . K  % %  = −  ' '  ' γ  r ' r %  % % %  ' = K  ' − '  ' g r '   r '

P − P atm = P − P atm

%

ρ . K ' 

%

−

%

P = P atm + ρ . g .h h=

engan eterangan $  3 :ekanan ρ 3 Massa jenis r% 3 8ari-jari vortex % r'3 jari-jari vortex ' g 3 0ravitasi h 3 ketinggian air

$

%



%

%



K '  ' − '  ' g r %   r '

(a) (g4m²) (m) (m) (m4s²) (m)

2.&. A/l*ka+* !rte"

%. Mesin !u!i usaran air yang ada pada saat mesin hidup menyebabkan !u!ian menjadi bersih.apat dilihat pada gambar .;


Universitas Andalas

#a$%ar &.0. Mesin !u!i [²] 2. Mesin vortex ada artikel ini saya akan men!oba untuk mengulas bagaimana prinsip

kerja piring terbang repulsion *iktor S!hauberger pada (%<=-%<;>) dan analisanya ini berdasarkan penelitian vortex S!hauberger (prinsip implosion) baik pada gambar,perangkat kerja nyata,makalah teknis dari ?enri +oanda (%==@-%<>') dan juga prinsip Bernouilli yang hasilnya bah&a $ piring terbang *iktor S!hauberger pada 8anuari tahun %<5 yaitu terdiri dari ' mesin vortex type # dan type B.apat dilihat pada gambar .@

#a$%ar &. Mesin vortex [²]

. embangkit listrik imana free vortex pada suatu &adah besar digunakan untuk memutar turbin yang akan memutar generator. apat dilihat pada gambar .>

#a$%ar &. embangkit listrik [²]

. engaduk


Universitas Andalas

usaran air yang ditimbulkan akan dapat men!ampurkan antara 7at satu dengan 7at lainnya. +ontohnya$ engaduk gula dan air seperti dapat dilihat pada gambar .=

#a$%ar &.. engaduk [²]

2.0. Te!r* Da+ar Alat Ukur

ada praktikum free vortex ini terdapat beberapa alat yang digunakan diantaranya %. :abung vortex :abung vortex merupakan tabung yang digunakan untuk melihat fenomena vortex yang terjadi pada fluda !air.:abung vortex dihubungkan dengan hydroulic benchada tabung vortex terdapat saluran masuk, saluran aliran lebih, katup yang berfungsi sebagai pengatur debit fluida, tempat dudukan orifis dan tempat untuk meletakkan alat ukur permukaan.apat dilihat pada gambar .<


Universitas Andalas

#a$%ar &. 4 :abung *ortex

' )

(

'. Measuring gauge Measuring gauge merupakan alat ukur permukaan yang digunakan untuk mengukur diameter dari vortex."ntuk memperoleh hasil yang teliti, measuring gauge ini harus diletakkan pada posisi yang tepat, yakni pada pertengahan atau garis diameter dari tabung vortex dan harus tepat menyentuh bagian ujung dari diameter vortex.apat dilihat pada gambar .%5

' )

#a$%ar &.15 Measuring 0auge

(

. Arifis Arifis adalah alat ukur fluida dimana konstruksi bagian dalamnya mengalami penyempitan penampang dan pada ujung keluaranorifis tersebut mengalami penge!ilan.onstruksi tersebut berguna pada pemberian perlakuan yang berbeda dari aliran fluida.?al ini bertujuan untuk mendapatkan karakteristik aliran fluida sebelum dan sesudah mengalami perlakuan penampang.ada orifis terdapat perbedaan luas penampang yaitu sebelum dan sesudah penyempitan.orifis dapat dilihat pada gambar .%%


Universitas Andalas

#a$%ar &.11 Arifis

' )

(

BAB III MET6D6L6#I PE786BAAN 3.1 #a$%ar Peralatan Per9!%aan


Universitas Andalas

#a$%ar &.12 alat uji free vortex

eterangan $ %. enyangga '. ipa outlet . :abung *ortex . ipa masuk sudut beloknya %;5 ;. :empat kedudukan orifis @. #lat ukur permukaan >. atup =. Autlet valve <. Saluran aliran lebih

3.2 Alat Ukur

! Measuring gauges


Universitas Andalas

#a$%ar &.13 Measuring gauges

"

#rifis

#a$%ar &.1& #rifis

3.3 A+u$+*,a+u$+*

%. 0esekan diabaikan '. #liran tunak

3.& Pr!+eur Per9!%aan

%. astikan kondisi alat dalam keadaan baik '. :empatkan apparatus diatas hydraulic bench . asang saluran apparatus ke hydraulic bench . asang orifis pada saluran keluar yang berada di tengah tabung ;. ?idupkan pompa @. #tur ketinggian air konstan pada ketinggian %@5 mm (x%) >. "kur nilai jari-jari vortex yang terjadi pada ketinggian %@5 mm (%) dengan mengatur posisi alat ukurpermukaan tepat menyentuh permukaan air. =. "kur jari jari vortex dengan variasi ketinggian < "langi per!obaan -= untuk diameter orifis yang berbeda.


Universitas Andalas

BAB I DATA &.1 Data Prat*ku$ Ta%el &.1 ?asil data perhitungan Diameter saluran keluar


X1 mm

R1 mm

X2 mm

R2 mm

Universitas Andalas

160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160

D = 25.5 mm

D = 16,5 mm

D = 8 mm

36 36 36 36 21 21 21 21 15 15 15 15

10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40

&.2 8!nt!: Per:*tungan

iameter orifis (d) %3 ';.; mm 3 5.5';; m '3 %@.; mm 3 5.5%@; m 3 = mm 5.55= m Menghitung jari-jari r

B % B'

=

B %

r

=

'

− B '

5.5%; . 5.55@ '

5.5%;

r 3

'

− 5.55@

'

5.55@;,@;- > m

Menghitung nilai k

k

=

'.g.∆h.r '

k = .'.<,=%m4s.5.5%5 m. ( 5.55@;@;-> m ) Menghitung nilai v


'

= 5.55'
'

4s

25 19 15 11 11 9 8 7 6 5

Universitas Andalas

v

=

k r 5.55'< m 4s '

v

=

5.55@;,@;-> m

= 5.,,'<,; m4s

&.3 .Ta%el :a+*l /er:*tungan Ta%el &.2 :abel hasil perhitungan Diameter sal. Keluar (mm)

X1

R1

X2

R2

ΔX/ Δh

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

r (m)

k (m2 /s)

v

(m/s)

0.025 0.150

0

0.010

0.03474411

0.01539

0.442945

0.020

0.02236919

0.014012

0.626418

0.019

0.160

0.036

0.140

0 0.015

25.5

0.130

0

0.030

0.01650057

0.012659

0.767203

0. 120

0.0 110

0.040

0. 01155251

0 .0102 34

0. 885889

0.150

0.0110

0.010

0.01291329

0.00572

0.442945

0.020

0.00996117

0.00624

0.626418

0.030

0.00865244

0.006638

0.767203

0.040

0.00742462

0.006577

0.885889

0.010

0 .00654654

0.0029

0.442945

0.020

0.0053033

0.003322

0.626418

0.009

0.140 0.160

0.008

0.021

16.5

0

0.130

0 0.007

0.120

0 0.006

8

0.160


0.015

0.150

0 0.005

0.140

0

Universitas Andalas


Universitas Andalas

0.02 0.02

v(m/s)

0.01 D = 8mm

0.01 0 0.01

0.01

&.0 Anal*+a an Pe$%a:a+an


Universitas Andalas

ari per!obaan yang telah dilakukan kami mendapatkan grafik yang telah diperlihatkan pada halaman sebelumnya, yakni grafik yang menunjukkan hubungan antara ke!epatan dengan jari-jari vortex dan grafik yang menunjukkan hubungan antara kekuatan vortex dengan jari-jari vortex.ari perhitungan diketahui bah&a ke!epatan vortex men!apai tingkatan tertinggi pada jari-jari vortex yang terke!il. "ntuk per!obaan dengan diameter orifis = mm, %@,; mm dan ';,; mm didapatkan bah&a ke!epatan semakin rendah jika jari-jari vortex besar. Sedangkan nilai k semakin rendah seiring dengan ke!ilnya diameter vortex.:etapi jika dibandingkan terhadap diameter orifis maka nilai k semakin besar sesuai dengan besarnya diameter orifis yang dipakai. ?al yang paling penting untuk diperhatikan adalah ke!epatan untuk aliran dengan ketinggian yang sama pada diameter orifis yang berbeda adalah sama. arena perbandingan untuk men!ari ke!epatan vortex adalah sama. 1ilai C%, C',  % dan  ' unruk masing-masing diameter yang berbeda yaitu = mm, %'.; mm, %@.; mm, dan ';.; mm memberikan hasil yang jauh berbeda. "ntuk nilai  terlihat pada hasil perhitungan bah&a pada diameter ''.; mm memberikan hasil yang terbesar jika dibandingkan dengan data yang lainnya. ?al ini disebabkan karen nilai ke!epatan dan  ( rata-rata) yang besar. Denomena lain yang dapat diamati dalam pratikum ini adalah terlihat bah&a vortex yang dihasilkan adalah berbentuk spiral.kemudian juga dapat disimpulkan bah&a semakin besar diameter saluaran luar maka diameter vortex yang terbentukpun semakin besar pula. Selain pada air vortex juga dapat diamati pada pusaran angin misalnya pada angin tornado, atau badai gurun.*ortex banyak dimanfaatkan dalam peran!angan pesa&at terbang atau mobil, karena berhubungan juga dengan keaerodinamisan kendaraan tersebut. "ntuk grafik * vs  yang orifisnya berdiameter 5.55=m, grafik yang diperoleh menurun seiring berubahnya harga C saat pengujian.0rafik ini mempunyai kesalahan, dimana terjadi penurunan harga yang !ukup tajam dan titik % dan titik


Universitas Andalas

'.Berdasarkan persamaan

V =

k r

pada teori objek, hubungan antara v berbanding

terbalik dengan r. :etapi pada dasarnya hasil yang didapat pada paer!obaan yang dilakukan sudah mendekati nilai teoritisnya hanya saja terdapat perbedaan antara per!obaan dengan teoritis perbedaan terjadi karena pada saat dilakukannya praktikum (per!obaan) kesalahan yang terjadi yaitu kurang teliti dan kurang memahami pemasangan alat ukur. :erlihat nilai k yang naik hal ini hasil yang didapatkanb !ukup memuaskan karena sesuai dengan nilai k teoritis.:ampak kenaikan k seiring kenaikan jari-jari (r). "ntuk menghindari kesalahan yang fatal, praktikan harus teliti mengukur dan memba!a skala measuaring gage agar hasil yang didapatkan sesuai yang kita harapkan.


Universitas Andalas

BAB  PENUTUP

0.1 Ke+*$/ulan

ari praktikum yang dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut %. Dree vortex dipengaruhi oleh ke!epatan dan luas penampang. '. ada praktikum ini permukaan vortex yang dihasilkan berbentuk spiral. . Besarnya diameter vortex yang terbentuk dipengaruhi oleh diameter saluran keluar. . embesaran diameter keluar akan menyebabkan penurunan jari-jari vortex (r) dan kekuatan vortex () bertambah ;. Semakin besar luas penampang (diameter *ortex) maka ke!epatannya semakin !epat.

0.2 Saran

ari praktikum yang dilakukan dapat diambil saran sebagai berikut %. ahami teori dan prosedur pelaksanaan praktikum '. akukan per!obaan dengan teliti dan !ermat . :anyakan kepada asisten setiap hal yang tidak dimengerti


Universitas Andalas

LAMPI7AN

A.

TU#AS SEBELUM P7AKTIKUM

%. #pa yang dimaksud dengan *ortex E *ortex adalah suatu fenomena dimana terjadinya pusaran pada fluida !air yang dapat terjadi karena reaksi internal dari fluida tersebut dan juga karena gangguan dari luar. '. #pa perbedaan jenis free vortex dengan for!e vortex E Dree vortex disebabkan oleh energi yang berasal dari sejumlah reaksi internal pada fluida tersebut. Sedangkan for!e vortex disebabkan oleh adanya gaya dari luar fluida itu. . 8elaskan faktor-faktor yang mempengaruhi vortex F

•

otasi Dluida Dluida membentuk pusaran karena mengalami rotasi pada alirannya sehingga membentuk pusaran atau vortex

•

erbedaan tekanan erbedaan tekanan menyebabkan fluida !enderung bergerak ke tekanan yang lebih rendah sehingga fluida tersebut terus bergerak ke pusat pusarannya.

.

enapa free vortex termasuk praktikum DM E arena free vortex banyak kegunaannya dalam bidang ilmu teknik mesin, misalnya untuk membuat sebuah pembangkit daya listrik.


Modul 3 Free Vortex

Recommend Documents