bab iv aliran dalam pipa

Praktikum Mekanika Fluida

BAB IV

ALIRAN DALAM PIPA

A. MAKSUD DAN TUJUAN PERCOBAAN

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 tidak mempunyai permukaan

bebas dan cairan itu akan berada pada suatu tekannan tertentu, di atas

ataupun di bawaha atmosfer.

Menentukan kehilangan tinggi tekan akibat gesekan dan kecepatan

aliran air melalui pipa licin.

Menentukan tinggi tekan diramalkan oleh persamaan gesekan pipa

dihubungkan dengan aliran air melalui pipa licin.

Mendapatkan hubungan antara koefisien gesekan zat alir dan angka

Reynolds untuk pengaliran air melalui pipa dengan kekasaran.

B. ALAT DAN BAHAN

Satu set model aliran melalui pipa (unit fluidfriction

apparatus)

Stopwatch

Jangka Sorong

C. PROSEDUR PERCOBAN

1. Atur selang penhubung pada katup-katup, peralatan

atau konstruksi yang dikehendaki.

2. Tetapkan pipa yang akan diukur dan diamati, ukur

jarak antara katup, ukur diameter dalam pipa.

3. Pastikan bahwa tabung air raksa manometer dalam

keadaan bersih.

4. Hidupkan pompa, buka katup pengatur debit, baca

H pada manometer air raksa, atau tekanan kecil dapat dibaca pada

manometer air, ukur volume per satuan waktu.

Percobaan Aliran dalam pipa


5. Ulangi percobaan untuk debit dan alat atau

konstruksi lain.

D. DATA HASIL PERCOBAAN

Adapun hasil percobaan yang diperoleh adalah sebagai berikut:

Panjang pipa = 81 cm

Pipa kasar tanpa sambungan

Tabel 4.1 hasil percobaan


Percobaanvolume

(ltr)time(det)

15 5,2210 10,6015 16,07

25 6,5010 13,315 20,12

35 7,4410 14,9315 22,75

45 8,3210 16,7415 25,46

55 9,2810 18,9415 28,85


E. PERHITUNGAN

1. Dasar Teori

Gesekan aliran dalam pipa

Berdasarkan demonstrasi prof. Osborne Reynolds terdapat dua tipe aliran

dalam pipa:

Aliran laminer pada kecepatan rendah diman

kehilangan tinggi tekan hf merupakan fungsi kecepatan (u), (h dan u)

Aliran turbulen pada kecepatan tinggi

dimana (h dan u)

Diantaranya terdapat aliran transisi diman

tidak terdapat hubungan hdan u yang jelas

Kehilangan tinggi tekan karena gesekan

Untuk pengaliran pipa penuh, kehilangan tinggi tekan karena gesekan

(nH2O) dapat dihitung dengan persamaan:

Hf = 4.f.L.u2 / (2.g.d) atau Hf = .L.u2 / (2.g.d)

Dimana:

L = panjang titik yang diamati

d = diameter dalam pipa

u = kecepatan rata-rata

g = percepatan gravitasi

f = 4 = koefisien gesekan / factor gesekan

hf = kehilangan gesekan

Untuk menentukan bilangan Reynolds diambil berdasarkan persamaan :

Re = xuxd /

Di mana :

= density / kerapatan massa

u = kecapatan rata-rata

d = diameter pipa

= viskositas / kekentalan mutlak

Hubungan antara f dan Re

a. Menurut Blasius ; bila e antara 750-25.000



f = 0,233 / R 1.33

b. Menurut Prantol van Karman ; bila e > 25.000

1 / f 0.5 = 2.log (R + f 0.5) + 0,4

c. Bila Re > 100.000

c.1. Untuk pipa kasar

1 / f 0.5 = 2.log (R + f 0.5) + 0,4

atau 1 / f 0.5 = 2.log (R + f 0.5) – 0,8

c.2. Untuk pupa halus

1 / f 0.5 = 2.log (Re / ) – 1,71

Di mana :

r = jari-jari pipa

= kekasaran permukaan

2. Contoh Perhitungan

Berdasarkan data hasil percobaan yang pertama didapatkan data-data

sebagai berikut:

D = 176 mm = 0,0176 m

Volume 1 = 5 liter , T1 = 5,22 s

Volume 2 = 10 liter , T2 = 10,6 s

Volume 3 = 15 liter , T3 = 16,07s

Q1 = = = 9,579. 10-4 m3/s

Q2 = = = 9,434. 10-4 m3/s

Q3 = = = 9,334. 10-4 m3/s

Head Loss mmHg = Beda tinggi pada bacaan manometer air raksa

= 174 mmHg

Head Loss mm H2O = HL mmHg x


V1

T1

V2

T2

V3

T3

5.10 -3 5,22

10 -2 10,6

15.10 -3 16,07


= 174 x

= 2192,4 mmH2O

Log v = log kecepatan aliran

= log 174

= 2,2405

Log h = log Head Loss mm H2O

= log 2192,4

= 3,3409

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 = 0,760 Re0,25

Selanjutnya untuk menghitung head loss digunakan

persamaan Darcy –Weisbach yaitu sebagai berikut :

hf = 4. f. L. v 2 = 4. 0,760. 0,81. 5, 2 = 65,67 m 2.g.D 2. 9,81. 0,0176

3. Tabel Hasil Perhitungan

Tabel 4.2 Nilai Rata-rata Hasil Perhitungan Aliran Dalam Pipa

PercobaanDebit

Q (m3/det)

Velocity

(m/det)Re f hf

1 0,0009334 3,837 0,0688 0,613 84,692

2 0,0007455 3,065 0,0861 0,580 51,089

3 0,0006593 2,71 0,0974 0,562 38,730

4 0,0005892 2,456 0,0108 0,548 31,037

5 0,0005199 2,138 0,0123 0,530 22,718

Rata-rata 0,0006895 2,8412 0,0967 0,567 45,653


V. D = 5 x 0,0176 = 0,029 υ 3,0328


4. Grafik

a. Gambar Grafik

Grafik 4.1 hubungan Re dan Q

Grafik 4.2 hubungan antara Re dan v



Grafik 4.3 hubungan antara f dan v

Grafik 4.4 hubungan antara hf dan v

F. KESIMPULAN

Berdasarkan atas hasil yang diperoleh dari percobaan ini maka

dapat diambil kesimpulan, sebagai berikut :

1. Pada zat cair yang mengalir melalui pipa akan mengalami gaya gesek,

karena gesekan inilah maka aliran tersebut kehilangan tinggi tekanan.

Besarnya debit akan mempengaruhi besarnya tinggi tekan tersebut,

2. Jika gaya gesek semakin kecil maka bilangan reynold (Re) semakin

besar,dan sebaliknya.



3. Debit (Q), kecepatan (v) dan bilangan Reynold (Re) adalah berbanding

lurus antara satu sama lain, sedangkan koefisien gesek berbanding

terbalik terhadap hf.

4. Kesimpulan grafik :

Dari grafik 4.1 dapat diketahui hubungan antara Re dan Q

Nilai Re bergantung pada besarnya nilai Q

Semakin besar nilai Q semakin besar pula nilai Re

Dari grafik 4.2 dapat diketahui hubungan antara Re dan v

Semakin kecil nilai v maka semakin kecil nilai Re

Dari grafik 4.3 dapat diketahui hubungan antara h dan v,

Semakin kecil nilai v maka semakin kecil pula nilai h

Dari grafik 4.4 dapat diketahui hubungan antara hf dan v

Semakin kecil nilai v maka semakin kecil pula nilai hf

G. Gambar Alat


10


Gambar Alat Fluid Friction Apparatus

Keterangan gambar

1. Pipa φ6 mm. 16. Tabung pitot statis.

2. Pipa φ10 mm. 17. Venturi meter.

3. Pipa kekasarannya dapat berubah-ubah. 18. Orifice meter.

4. Pipa φ17,4 mm. 19. Contoh pipa.

5. Katup yang dapat dibuka/tutup. 20. Mercury meter.

6. Katup yang dapat membesarkan aliran. 21. Manometer air.

7. Katup bola. 22. Tangki pengukur volume.

8. Pipa siku 45º. 23. Tangki penampung.

9. Pipa sambungan Y. 24. Pompa.

10.Kran pembuka. 25. Tabung pembacaan.

11.Kran bulat. 26. Stater pompa.

12.Saringan. 27. Skrup tanda pembacaan pengukuran

13.Pipa siku 90º. 28. Silinder pengukur.

14.Pipa lengkung. 29. Katup pembuangan.

15.Pipa sambungan T


26

24

19

5

3

1

2 6

4

25

22

23

11

12

16

7

15

1314

20

27

bab iv aliran dalam pipa

Documents