bab 2 aliran dalam pipas ikik
Post on 17-Feb-2015
41 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Percobaan Aliran Dalam Pipa
BAB III
PENGALIRAN DALAM PIPA KASAR
2.1 Pendahuluan
Peristiwa pengaliran melalui pipa dapat kita temui misalnya pada pipa yang
menghubungkan dua reservoir yang mempunyai perbedaan tinggi pipa atau pada
pengambilan air dari bendungan. Pada peristiwa tersebut cairan yang mengalir di dalam
pipa biasanya tidakmempunyai permukaan bebas dan cairan itu akan berada pada suatu
tekanan tertentu, di atas ataupun di bawah atmosfer.
Tekanan yang bekerja pada cairan melalui pipa dapat berubah – ubah sepanjang
pipanya karena kehilangan tinggi tekan. Kehilangan tinggi tekan pada pipa disebabkan
oleh :
Perubahan penampang aliran, lekukan atau gangguan lain yang mengganggu aliran
normal.
Tahanan gesekan pada aliran. Pada umumnya besar dari kehilangan tinggi tekan
berbanding lurus dengan panjang pipa, koefisien gesek, kuadrat kecepatan dan
berbanding terbalik besarnya gravitasi dan diameter pipa. Untuk mengetahui hal di
atas dilakukan percobaan di laboratorium dengan akan didapatkan pipa pengaliran
di dalam pipa dengan melihat besarnya bilangan Reynolds dan kecepatan yang di
dapat.
2.2 Tujuan Percobaan
Adapun yang menjadi tujuan dari percobaan pengaliran dalam pipa ini adalah
sebagai berikut.
a. Mengetahui hubungan antara bilangan Reynolds dengan kehilangan tinggi tekan.
b. Menentukan kehilangan tinggi tekan akibat gesekan dan kecepatan aliran air melalui
pipa licin.
c. Menetapkan kehilangan tinggi diramalkan oleh persamaan gesekan pipa dihubngkan
dengan aliran air melalui pipa licin.
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
d. Mendapatkan hubungan antara koefisien gerakan zat cair dan bilangan Reynolds
untukpengaliran air melalui pipa dengan kekasara.
2.3 Dasar Teori
Salah satu sifat air adalah kekenntalan. Dengan sifat ini maka beberapa partikel
yang mempunyai lintasan membelok akan mengalami kehilangan tenaga. Setelah
melewati lubang pancaran, air mengalami kontraksi ditunjukkan oleh penguncupan
aliran. Aliran dapat diklasifikasikan (digolongkan) dalam banyak jenis seperti:
turbulen, laminar, nyata, ideal, mampu balik, tak mampu balik, seragam, tak seragam,
rotasional, tak rotasional.
Aliran fluida melalui instalasi (pipa) terdapat tiga jenis aliran yaitu :
a. Aliran laminar apabila partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan
membentuk garis lurus kontinyu dan tidak saling berpotongan. Apabila zat warna
diinjeksikan pada suatu titik dalam suatu aliran , maka zat warna tersebut akan
mengalir menurut garis aliran yang teratur seperti benang tanpa terjadi difusi atau
penyebaran. Pada aliran di saluran pipa yang mempunyai bidang batas sejajar,
garis-garis lintasan akan sejajar. Sedangkan di dalam saluran yang mempunyai sisi-
sisi yang tidak sejajar, garis aliran akan menguncup atau mengembang sesuai
dengan bentuk saluran. Kecepatan partikel zat cair pada dinding saluran aliran
laminar dapat terjadi apabila kecepatan aliran rendah, ukuran saluran sangat kecil
dan zat cair mempunyai kekentalan besar.
b. Aliran transisi merupakan aliran peralihan dan aliran laminar menuju aliran
turbulen. Pada pola aliran ini terdapat beberapa karakteristik daripada aliran
laminar maupun aliran turbulen, misalnya pada pola garis alirannya yang
menyerupai suatu garis lurus yang diselingi dengan pola garis yang saling
bersilangan.
c. Aliran turbulen terdapat partikel-partikel zat cair yang bergerak tidak teratur dan
garis lintasannya saling berpotongan. Zat warna yang dimasukkan pada suatu titik
aliran akan terdifusi cepat ke seluruh aliran. Aliran turbulen terjadi apabila
kecepatan aliran air besar, saluran besar dan zat cair mempunyai kekentalan kecil.
Aliran di sungai, saluran irigasi/drainase, dan di laut adalah contoh dari turbulen.
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Cairan dengan rapat massa yang akan lebih mudah mengalir dalam keadaan
laminer. Dalam aliran fluida perlu ditentukan besarannya, atau arah vektor kecepatan
aliran pada suatu titik ke titik yang lain. Agar memperoleh penjelasan tentang medan
fluida, kondisi rata-rata pada daerah atau volume yang kecil dapat ditentukan dengan
instrument yang sesuai.
Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju aliran,
volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan
pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur
tersebut.
Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit,
gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan
pengukuran-pengukuran, misalnya : langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik,
elektronik, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara langsung terdiri dari
atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatu penampang dalam suatu
selang waktu tertentu. Metoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan
penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik pada
suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran aliran
yang paling teliti adalah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan
berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang
dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur
Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui :
- Kecepatan (velocity)
- Berat (massanya)
- Luas bidang yang dilaluinya
- Volumenya
Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing
masing pipa, experimen dimana rumus debit aliran
Q= V/t
Dimana : Q = Debit aliran (m3)
v = Kecepatan aliran (m/s)
A = Luas penampang (m2)V = volume fluida (m3)
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena distribusi kecepatan pada
aliran laminar dan aliran turbulen berbeda, maka koefisien gesek erbeda pula untuk
masing-masing jenis aliran. Untuk pengaliran pipa penuh, kehilangan tinggi tekan
karena gesekan (nH2O) dapat dihitung dengan persamaan :
Hf = 4.f.L.u2/ (2.g.d) atau
Hf = λ.L.u2/ (2.g.d)
Dimana :
L = Panjang titik yang diamati
d = Diameter dalam pipa
u = Kecepatan rata – rata
g = Percepatan gravitasi
f = 4λ = koefisien gesekan/faktor gesekan
h = Kehilangan gesekan .
2.4 Metode Percobaan
2.4.1 Alat dan Bahan yang DigunakanAdapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan pengaliran dalam pipa
ini adalah sebagai berikut :
a. 1 Set Fluid Fiction Apparatus
b. 2 buah stopwatch
c. Internal Vernier Caliper
d. Gelas Ukur
e. Manometer air raksa
f. Pompa air
2.4.2 Prosedur PercobaanAdapun prosedur percobaan yang harus dilakukan dalam melaksanakan
percobaan pengaliran dalam pipa adalah sebagai berikut :
a. Sebelum memulai percobaan terlebih dahulu kita tentukan aliran pipa yang akan
digunakan, katup yang akan dipakai dan dialiri di uka, dan katup yang tidak akan
dipakai atau dialiri ditutup.
b. Kemudian kita ukur diameter pipa yang digunakan dan jarak antar katup.
c. Menghidupkan pompa air lalu buka dan atur katup debit masuk.
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
d. Mencatat waktu yang diperlukan oleh aliran air untuk mencapai atau memperoleh
volume yang telah ditentukan, dengan cara menampung ai pada gelas ukur.
e. Setelah itu kita hitung debit aliran dan kecepatan aliran.
f. Mengulangi percobaan untuk volume yang berubah-ubah untuk head loss yang
sama sebanyak 5 (lima) seri percobaan.
2.5 Data dan Pembahasan
2.5.1 Data Hasil Percobaan
Adapun hasil percobaan yang diperoleh adalah sebagai berikut:
Panjang pipa = 81 cm
Pipa kasar tanpa sambungan
Tabel 2.1 Tabel Hasil Percobaan
Percobaanvolume
(ltr)time(det)
15 32,410 68,515 98,3
25 33,910 69,615 99,0
35 34,610 70,215 99,8
45 37,8110 71,515 101,5
55 38,4310 76,5215 111,5
2.5.2 Analisa Perhitungan
Berdasarkan data hasil percobaan yang pertama didapatkan data-data sebagai
berikut:
D = 4,1 mm = 4,1.10-3 m
Volume 1 = 5 liter , T1 = 04.95 s
Volume 2 = 10 liter , T2 = 09.96 s
Volume 3 = 15 liter , T3 = 14.94 s
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Q1 = = = 1,010 x 10-3 m3/s
Q2 = = = 1,004 x 10-3 m3/s
Q3 = = = 1,004 x 10-3 m3/s
Head Loss HmHg = Beda tinggi pada bacaan manometer air raksa
= 60 HmHg
Head Loss Hm H2O = HL HmHg x
= 60 x
= 756 HmH2O
Log v = log kecepatan aliran
= log 4,20
= 0,623
Log h = log Head Loss Hm H2O
= log 756
= 2,878
Re =
Karena besarnya bilangan Reynolds (Re) yang dihasilkan
berkisar antara interval 4.000 < Bilangan Reynolds (Re) < 100.000,
maka selanjutnya untuk mencari koefisien gesek digunakan
persamaan Blasius untuk kehilangan tinggi tekan yaitu:
fb = 0,314 = 0,1023 Re0,25
Selanjutnya untuk menghitung head loss digunakan persamaan
Darcy –Weisbach yaitu sebagai berikut :
hf = 4. f. L. v 2 = 4. 0,1023. 0,81. 17,64 = 17,029 m 2.g.D 2. 9,81. 17,5. 10-3
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
V1
T1
V2
T2
V3
T3
5.10 -3 04.95
10 -2 09.96
15.10 -3 14.94
V. D = 4,20 x 17,5.10 -3 = 88,554 υ 0,83 x 10-3
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Tabel 2.2 Nilai Rata-rata Hasil Perhitungan Aliran Dalam Pipa
Vol Q velocity D RE f hf5 1.01*10^-3 4.20 0.0175 88.55422 0.102359 17.038610 1.004*10^-3 4.18 0.0175 88.13253 0.102482 16.8968615 1.004*10^-3 4.18 0.0175 88.13253 0.102482 16.896865 1.053*10^-3 4.38 0.0175 92.3494 0.101291 18.3369610 1.05*10^-3 4.37 0.0175 92.13855 0.101349 18.2637615 1.013*10^-3 3.21 0.0175 67.68072 0.109475 10.644655 1.012*10^-3 4.21 0.0175 88.76506 0.102298 17.1096610 1.006*10^-3 4.18 0.0175 88.13253 0.102482 16.8968615 1.018*10^-3 4.23 0.0175 89.18675 0.102177 17.252155 1.039*10^-3 4.32 0.0175 91.08434 0.101641 17.8996310 1.015*10^-3 4.22 0.0175 88.9759 0.102238 17.1808415 1.002*10^-3 4.17 0.0175 87.92169 0.102543 16.826195 1.057*10^-3 4.40 0.0175 92.77108 0.101176 18.4837410 1.029*10^-3 4.28 0.0175 90.24096 0.101878 17.610615 1.017*10^-3 4.23 0.0175 89.18675 0.102177 17.25215
Rata-Rata 4.18 0.0175 88.21687 0.102536 16.97263
2.5.3 Grafik
Grafik 2.1 Hubungan antara Debit (Q) dengan Bilangan Reynolds (Re) .
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Grafik 2.2 Hubungan antara Bilangan Reynolds (Re) dengan Kecepatan (v)
Grafik 2.3 Hubungan antara Koefisien Gesek (f) dengan Kecepatan (v)
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Grafik 2.4 Hubungan antara Kehilangan Tinggi Tekan (hf) dengan Kecepatan (v)
2.5.4 Analisa Data
Berdasarkan data yang diperoleh dari percobaan pengaliran dalam pipa kasar
terlihat bahwa debit (Q), kecepatan (v), dan bilangan Reynolds (Re) adalah berbanding
lurus. Misalnya pada pelaksanaan percobaan pertama dengan volume lima liter air
didapatkan besarnya debit adalah 1,010 .10-3m3/det, kecepatan aliran atau velocity sebesar
4,20 m/det, dan bilangan Reynolds yang diperoleh adalah sebesar 88,554. Sedangkan pada
percobaan yang kelima dengan volume air yang sama didapatkan besarnya debit yang
diperoleh adalah sebesar 1,057.10-3 m3/det, kecepatan aliran sebesar 4,40 m/det, dan
bilangan Reynolds sebesar 92,771. Selain itu, berdasarkan data yang diperoleh dari
percobaan pengaliran dalam pipa kasar dapat dilihat bahwa log kecepatan (log v) akan
semakin meningkat seiring dengan dilakukannya pengulangan percobaan sebanyak
beberapa kali, misalnya pada percobaan pertama dengan volume lima liter didapatkan log
kecepatan sebesar 0,623, sedangkan pada percobaan yang kelima dengan volume yang
sama didapatkan log kecepatan sebesar 0,643. Selanjutnya semakin sering kita
mengulangi percobaan tersebut, maka besarnya faktor atau koefisien gesek yang
dihasilkanpun juga cenderung akan semakin menurun. Namun sebaliknya jika percobaan
tersebut kita ulangi sebanyak beberapa kali, maka akan dihasilkan nilai hf yang cenderung
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
semakin meningkat. Jadi dapat kita katakan bahwa faktor atau koefisien gesek berbanding
terbalik terhadap hf.
2.5.5 Analisa Grafik
Melalui visualisai grafik yang ditampilkan pada hasil percobaan terlihat dengan
jelas bahwa kecepatan (v) berbanding lurus dengan logaritma kecepatan (log v). Pada
percobaan kedua dengan kecepatan sebesar 4,38 m/det didapatkan besarnya log
kecepatannya adalah 0,641, pada kecepatan sebesar 4,37 m/det didapatkan besarnya log
kecepatan sebesar 0,640, dan pada kecepatan sebesar 4,21 m/det didapatkan besarnya log
kecepatan sebesar 0,624. Kemudian pada percobaan ketiga pada saat besarnya kecepatan
sama dengan 4,21 m/det diperoleh log kecepatannya sama dengan 0,624, pada saat
kecepatannya sama dengan 4,18 m/det maka lognyapun juga sama dengan 0,621, dan pada
saat kecepatannya sama dengan 4,23 m/det diperoleh log kecepatannya sama dengan 0,626.
Pada grafik selanjutnya yang menggambarkan hubungan antara log h dan log kecepatan
(log v) didapatkan bahwa pada log h yang konstan tidak terdapat adanya perbedaan atau
variasi pada log v. Berdasarkan data yang divisualisasikan pada grafik kita temui bahwa
hubungan antara koefisien gesek dengan bilangan Reynolds cenderung relatif tidak
konstan, karena pada saat pelaksanaan percobaan ada terdapat perubahan dari besaran
koefisien gesek dan bilangan Reynolds.
2.6 Kesimpulan
Berdasarkan atas hasil yang diperoleh dari percobaan ini maka dapat diambil
kesimpulan bahwa pada zat cair yang mengalir melalui pipa akan mengalami gaya gesek,
karena gesekan inilah maka aliran tersebut kehilangan tinggi tekanan. Dan juga didapat
bahwa besar debit akan mempengaruhi besarnya kehilangan tinggi tekan yakni semakin
besar debit, semakin besar pula kehilangan tinggi tekan tersebut. Sedangkan yang terjadi
pada dinding pipa, jika gaya gesek semakin kecil maka bilangan Reynold semakin besar
demikian pula sebaliknya, atau dengan kata lain gaya gesek dalam hal ini koefesien
gesekan berbanding terbalik dengan harga bilangan Reynold. Kemudian dapat diketahui
pula bahwa debit, kecepatan, dan bilangan Reynolds adalah berbanding lurus antara satu
sama lainnya. Sedangkan koefisien gesek berbanding terbalik terhadap hf. Sementara itu
juga diketahui bahwa kecepatan berbanding lurus dengan log kecepatan, begitu pula log h
terhadap log kecepatan.
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Lampiran
Gambar Alat Fluid Friction Apparatus
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII
22
25
23
16
1 23
4
56
7
10
11 1213
15
19
20 21
24
14
26
27
Percobaan Aliran Dalam Pipa
Keterangan Gambar :
1. Pipa φ6 mm.
2. Pipa φ10 mm.
3. Pipa yang kekasarannya dapat berubah-ubah.
4. Pipa φ17,4 mm.
5. Katup yang dapat dibuka/tutup sewaktu-waktu.
6. Katup yang dapat membesarkan aliran.
7. Katup bola.
8. Pipa siku 45º.
9. Pipa sambungan Y.
10. Kran pembuka.
11. Kran bulat.
12. Saringan.
13. Pipa siku 90º.
14. Pipa lengkung.
15. Pipa sambungan T.
16. Tabung pitot statis.
17. Venturi meter.
18. Orifice meter.
19. Contoh pipa.
20. Mercury meter.
21. Manometer air.
22. Tangki pengukur volume.
23. Tangki penampung.
24. Pompa.
25. Tabung pembacaan.
26. Stater pompa.
27. Skrup tanda pembacaan pengukuran.
28. Silinder pengukur.
29. Katup pembuangan.
Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XV
top related