dinamika fluida new

ACARA II

DINAMIKA FLUIDA

A. Pendahuluan

1. Latar belakang

Tiga keadaan dasar, atau fasa materi adalah padat, cair, gas. Kita

dapat membedakan ketiga fase ini sebagai berikut : fase padat

mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap: sekalipun suatu

gaya yang besar di kerjakan pada benda padat, ia tidak akan mudah

berubah bentuk atau volumenya. Fase cair tidak mempertahankan

bentuk yang tetap – ia mengikuti bentuk wadahnya- tetapi seperti

halnya fase padat, pada fase ini tidak mudah dapat di mampatkan, dan

volumenya dapat di ubah jika hanya di kerjakan pada gaya yang sangat

besar.

Fluida boleh didefinisikan sebagai suatu zat yang terus menerus

berubah benruk apabila mengalami tegangan geser, fluida tidak

mampu menahan tegangan geser tanpa berubah bentuk. Umunya,

makin besar laju deformasi fluida, makin besar pula tegangan geser

untuk fluida tersebut. Viskositas atau kekentalan adalah ukuran untuk

menyatakan hambatan atau ketahanan fluida terhadap deformasi.

Dinamika fuida (fluida dynamics) merupakan pelajaran tentang

fluida yang bergerak, yang jauh lebih kompleks. Bahkan dinamika

fluida ini merupakan cabang mekanika yang paling kompleks.

Untungnya, kita dapat menganalisis beberapa keadaan penting dengan

menggunakan model-model ideal sederhana dan prinsip-prinsip umum

seperti hukum Newton dan kekekalan energi.

Aplikasi percobaan dinamika fluida ini adalah pada irigasi

pertanian, yang membutuhkan perhitungan yang tepat agar

penggunaan dan pengukuran debit air dapat sesuai dengan kebutuhan

tanaman, sehingga didapatkan hasil yang maksimal.

2. Tujuan Praktikum

Tujuan praktikum acara II. Dinamika Fluida adalah :

a. Menghitung besar debit saluran dengan pendekatan dan laju aliran

luas penampang.

b. Mengetahui besarnya factor koreksi/ correction factor (Cf) dari

system pengukuran yang di gunakan.

3. Waktu dan Tempat Praktikum

Praktikum acara I Kalorimetri dilaksanakan pada hari

Senin, tanggal 24 September 2012 pada pukul 07.30-12.00 WIB

bertempat di Laboraturium Rekayasa Proses Pengolahan Pangan dan

Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

B. Tinjauan Pustaka

Konsep tekanan sangat berguna terutama berurusan dengan fluida.

Sebuah fakta ekperimental menunjukkan bahwa fuida menggunakan

tekanan kesemua arah. Pada titik tertentu dalam fluida diam, takanan sama

untuk semua arah. Tekanan pada salah satu sisi harus sama dengan

tekanan pada sisi yang berlawanan. Jika fluida tidak mengalir, maka

tekanan harus sama(Giancoli, 1995).

Ciri-ciri karakterisitik umum dari fulida adalah aliran fluida dapat

merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (non-steady). Bila

kecepatan fluida v di setiap titik yang diberikan adalah konstan di dalam

waktu, maka gerak fluida tersebit dikatakan aliran tunak. Yakni, setiap

titik yang di berikan di dalam aliran tunak maka kecepatan setiap partikel

fluida lain yang lewat selalu sama. Aliran fluida dapat merupakan aliran

berolak (rotationa) atau aliran tak berolak (irratational). Jika elemen fluida

di setiap titik tidak mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik

tersebut, maka aliran fluida tersebut adalah aliran tak berolak. Aliran

fluida termampatkan atau tak termampatkan. Cairan-cairan biasanya dapat

di tinjau sebagai yang mengalir secara tak temampatkan.akhirnya , aliran

fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau kental (nonviscous).

Viskositas gerak fluida adalah analogi dari gesekan di dalam gerak benda

padat. Di dalam suatu bagian sempitdari tabung maka garis-garis arus

haruslah berdesak-desakan lebih rapat daripada di dalam suatu bagian

yang lebar. Maka, kita menyimpulkan bahwa garis-garis arus yang jarak

antaranya satu sama lain adalah lebar menunjukkan daerah-daerah laju

rendan dan garis-garis arus yang jarak antarnaya satu sama lain adalah

sangat dekat menunjukkan daerah-daerah laju tinggi(Halliday, 1978).

Semua fluida sejati mempunyai atau menunjukkan sifat-sifat atau

karakteristik-karakteristik yang penting dalam dunia rekayasa. Kerapatan,

komperisibilitas, kapilaritas, dan tekanan uap. Adalah sifat-sifat yang

diminati untuk fluida-fluida dalam keadaan diam; namun untuk fluida-

fluida sejati yang bergerak masih ada sebuah sifat lagi yang penting yaitu

viskositas ( Oison, 1993)

Fluida berbeda dengan zat padat, yaitu tak dapat menopang

tegangan geser. Jadi, fluida berubah bentuk untuk mengisi tabung dengan

bentuk bagaimanapun. Bila sebuah benda tercelup dalam fluida seperti air,

fluida mengadakan sebuah gaya yang tegak lurus permukaan benda

disetiap titik pada permukaan. Jika benda cukup kecil sehingga kita dapat

mengabaikan tiap perbedaan kedalaman fluida, gaya per satuan luas yang

diadakan oleh fluida sama di setiap titik pada permukaan benda. Gaya per

satuan luas ini dinamakan tekanan fluida P :

P = FA

(Tipler, 1991).

Bluff body ditempatkan didalam saluran dengan berbagai

pengaturan, misalkan saja penempatan sebuah silinder dengan diameter

kecil sebagai pengontrol aliran sebelum melewati bluff body utama. Hal

tersebut biasanya dilakukan unruk mengurangi atau mereduksi gaya yang

diakibatkan fluida pada bluff body utama. Gaya-gaya yang ditimbulkan

antara lain gaya geser, gaya normal, dan gaya hambat. Adapun

penggunaan saluran sempit turut memepengaruhi karakteristik fluida

(Makka, 2012).

Laju aliran volume disebut juga debit aliran (Q) yaitu jumlah

volume aliran per satuan waktu. Debit aliran dapat dituliskan pada

persamaan sebagai berikut :

Q = A . V

Dimana nilai Q tergantung dari luas penampang (A) dari fluida mengalir

dan kecepatan aliran fluida (V). Selain itu debitaliran (Q) bisa juga didapat

dari persamaan

Q = volumewaktu

Dimana debit adalah jumlah volume fluida yang mengalir dalam periode

waktu tertentu (Wicaksono).

Menggunakan pelampung memerlukan suatu nilai pembanding

antara kecepatan aliran gerakan pelampung terhadap kecepatan aliran.

Besarnya nilai itu setipa saluran akan dapat berbeda-beda tergantung jenis

pelampung dan kedalaman aliran. Faktor lain yang menentukan ketelitian

pengukuran debit menggunakan pelampung adalah panjang lintasan

pelampung di panjang saluran tertentu yang diukur. Oleh karena itu

pengukuran panjang lintasan pelampung juga perlu perhatian khusus

karena pelampung belum tentu lurus sepanjang arah saluran, tetapi

umunya pelampung melintas berbelok dan tidak lurus. Faktor lokasi, angin

dan manusia juga akan mempengaruhi hasil pengukuran (Soewarno).

Dinamika fluida atas permukaan peregangan adalah penting dalam

proses ekstrusi. produksi bahan terpal muncul dalam sejumlah proses

manufaktur industri dan mencakup baik logam dan lembaran polimer.

Contoh banyak dan mereka termasuk pendingin penangas plat logam yang

tak terbatas ina colling, lapisan batas di sepanjang conveyers penanganan

material, extruction aerodinamis dari lembaran plastik, lapisan batas di

sepanjang film cair dalam proses kondensasi, produksi kertas, meniup

kaca, logam pemintalan , dan menggambar film plastik, untuk nama hanya

beberapa. kualitas dari produk akhir depens pada laju perpindahan panas

pada permukaan peregangan (Govardhan, 2012).

Fenomena aliran di sekitar dua badan menggertak bersama-sama

atau in side-by-side pengaturan adalah salah satu dari struktur masalah

yang menarik interaksi cairan dalam rekayasa. Seperti yang didefinisikan

oleh Zdravkovich (1987), gangguan yang dibawa oleh pengaturan mantan

disebut gangguan bangun dan dengan susunan yang terakhir disebut

gangguan kedekatan. silinder-seperti struktur menemukan aplikasi

teknologi banyak baik dalam arus udara dan air (Kumar, 2009)

Arus ekspansi mendadak telah menjadi topik penyelidikan banyak

cairan newtonian, khususnya dalam kondisi bergolak-aliran, di mana aliran

adalah secara bersamaan geometris sederhana dan dinamis kompleks

dengan daerah aliran geser dan ekstensional dalam kombinasi dengan

semua mekanisme produksi yang bergolak, di disipasi dan diffusion

(Poole, 2009).

Pada saat fluida melewati pipa mengecil mendadak horisontal,

maka akan terjadi perbedaan kecepatan aliran pada lapis batas bagian luar,

sehingga akan terjadi perbedaan (Muhajir, 2009).

Aliran atau debit fluida (J) : ketika suatu fluida yang mengisi

sebuah pipa mengalir di dalam pipa dengan laju rata-rata v, aliran atau

debit adalah

J = A. V

Di mana A adalah luas penampang melintang pipa. Satuan J adalah m3/ dt

dalam SI dan ft3/ dt dalam satuan umum Amerika. Kadang-kadang J di

sebut sebagai laju aliran atau laju debit (Bueche, 2006).

C. Alat, Bahan, dan Cara Kerja

1. Alat

a. Set pompa beserta selang

b. Model saluran (yang telah di modifikasi)

c. Alat ukur : mistar, ember, stopwatch.

P

S

0.65 dm

0.75 dm

0.85 dm

1.05 dm

1.4 dm1.4 dm1.4 dm1.4 dm

d. Penampung

2. Bahan

a. Pelampung

b. Beban

c. Air

3. Cara Kerja

a. Menyusun peralatan dan bahan sesuai dengan susunan percobaan.

b. Mengukur debit terukur dengan cara mengisi ember dengan air

hingga mencapai volume 8L dan menghitung waktunya.

c. Mengukur debit saluran (tanpa beban) dengan cara menghitung

waktu jalannya pelampung dari awal hingga akhir, mengulang 3x

dengan mengubah ukuran penampang menjadi 0,65 ; 0,75 : 0,85 :

1,05.

d. Mengulangi langkah no. 3 tetapi member beban pada pelampung.

Gambar 2.1 Gambar Model Saluran

Gambar 2.2 Gambar pelampung tanpa beban dan dengan beban

Gambar 2.3 Gambar papan penampang

D. Hasil dan Analisis Hasil Percobaan

1. Data hasil percobaan

Tabel 2.1 Hasil Pengamatan Debit Terukur

No. Volume (dm³) Waktu (detik) Qa (dm³/dt)8 14,8 0,5408 14,7 0,5448 14,5 0,551

Qa rata-rata : 0,545Sumber : Laporan Sementara

Tabel 2.2 Hasil Pengukuran Debit Saluran

No. Pelampung

Ketinggian (cm)

Waktu (s)

V (cm³)

A (dm²)

Qu (dm³/dt)

1.

Tanpa Beban

0,658,8 0,568

0,910,518

2. 11,1 0,450 0,4093. 9,9 0,505 0,4594.

0,7510,4 0,481

1,050,505

5. 10,9 0,459 0,4286. 11,6 0,431 0,4257.

0,8511,3 0,442

1,910,526

8. 10,7 0,467 0,5559. 11,4 0,438 0,52110.

1,0515 0,333

1,470,489

11. 15,3 0,327 0,48112. 13,7 0,365 0,53613.

DenganBeban

0,659,8 0,510

0,910,646

14. 10,5 0,476 0,43315. 8,6 0,581 0,52916.

0,7511,7 0,427

1,050,448

17. 10,1 0,495 0,51918. 11 0,455 0,47819.

0,8512,2 0,410

1,910,783

20. 11,6 0,431 0,82321. 12,3 0,406 0,77522.

1,0511,5 0,435

1,470,639

23. 11 0,455 0,669

24. 14 0,357 0,525 Sumber : Laporan Sementara

Tabel 2.3 Hasil Perhitungan Cf (Correction Factor)

No. Pelampung Qa (dm³/dt) Qu (dm³/s) Cf1.

Tanpa Beban

0,545 0,426 1,1802. 0,545 0,480 1,1353. 0,545 0,534 1,0204. 0,545 0,502 1,0861.

Dengan Beban

0,545 0,475 1,1472. 0,545 0,481 1,1333. 0,545 0,793 0,6874. 0,545 0,611 0,892

Sumber : Laporan Sementara

E. Pembahasan

Laju aliran volume disebut juga debit aliran (Q) yaitu jumlah

volume aliran per satuan waktu. Debit aliran dapat dituliskan pada

persamaan sebagai berikut :

Q = A . V

Dimana nilai Q tergantung dari luas penampang (A) dari fluida mengalir

dan kecepatan aliran fluida (V). Selain itu debitaliran (Q) bisa juga didapat

dari persamaan

Q = volumewaktu

Dimana debit adalah jumlah volume fluida yang mengalir dalam periode

waktu tertentu.

Pada percobaan yang telah dilakukan ini yang mempengaruhi nilai

Cf adalah tinggi penampang, kecepatan aliran, panjang lintasan serta jenis

pelampung yang digunakan. Namun pada percobaan ini ditemukan faktor-

faktor lain yang ternyata juga mempengaruhi nilai Cf yaitu faktor lokasi,

angin dan manusia juga akan mempengaruhi hasil pengukuran.

Hasil percobaan debit terukur menunjukkan data yang berbeda-

beda. Telah dilakukan 3 kali percobaan dan didapatkan nilai debit terukur

sebesar 0,540 dm3/ dt, 0,544 dm3/dt, dan 0,551 dm3/ dt. Dan didapatkan

hasil nilai debit terukur rata-rata sebesar 0,545 dm3/ dt.

Sedangkan hasil pada percobaan debit saluran dengan pelampung

tanpa beban dan dengan beban pada penampang 0,91 m2 memiliki nilai

debit saluran sebesar 0,462 dm3/ dt dan 0,536 dm3/ dt. Pada penampang

1,05 m2 memiliki nilai debit saluran sebesar 0,452 dm3/ dt dan 0,482 dm3/

dt. Pada penampang 1,91 m2 memiliki nilai debit saluran sebesar 0,534

dm3/ dt dan 0,794 dm3/ dt. Serta pada penampang 1,47 m2 memiki nilai

sebesar 0,502 dm3/ dt dan 0,629 dm3/ dt.

Dari hasil percobaan di dapatkan nilai-nilai Cf dengan pelampung

tanpa beban dan dengan beban pada penampang 0,91 m3 adalah sebesar

1,180 dan 1,147. Pada penampang 1,05 m2 memiliki nilai sebesar 1,135

dan 1,133. Pada penampang 1,91 m2 memiliki niali Cf sebesar 1,020 dan

0,687. Pada penampang 1,47 m2 memiliki nilai sebesar 1,086 dan 0,892.

Dari hasil percobaan tersebut didapat hasil nilai – nilai debit

saluran. Nilai debit saluran pada percobaan dengan menggunakan

pelampung tanpa beban dengan pelampung yang menggunakan bebeban

terdapat perbedaan. Pada nilai debit saluran dengan menggunakan

pelampung memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan dengan

pelampung yang tanpa beban. Sedangkan nilai Cf berbanding terbalik

dengan nilai debit saluran, karena pada nilai Cf didapatkan hasil pada

percobaan dengan menggunakan pelampung tanpa beban memiliki nilai Cf

yang lebih besar dibandingkan dengan yang menggunakan beban.

Menggunakan pelampung memerlukan suatu nilai pembanding

antara kecepatan aliran gerakan pelampung terhadap kecepatan aliran.

Besarnya nilai itu setipa saluran akan dapat berbeda-beda tergantung jenis

pelampung dan kedalaman aliran. Faktor lain yang menentukan ketelitian

pengukuran debit menggunakan pelampung adalah panjang lintasan

pelampung di panjang saluran tertentu yang diukur. Oleh karena itu

pengukuran panjang lintasan pelampung juga perlu perhatian khusus

karena pelampung belum tentu lurus sepanjang arah saluran, tetapi

umunya pelampung melintas berbelok dan tidak lurus.

0 1 2 3 4 50

0.5

1

1.5

Tanpa bebanDengan Beban

Pada grafik tersebut terlihat adanya penurunan nilai Cf pada saat

pengulangan yang ketiga. Hal ini di mungkinkan karena adanya faktor-

faktor pengganggu seperti angin. Kemudian dapat dilihat pada grafik

bahwa nilai Cf pada pelampung yang memakai beban mengalami penurun

nilai Cf yang lebih besar dibandingkan dengan pelampung yang tanpa

beban. Hal ini menunjukkan bahwa nilai Cf juga di pengaruhi oleh

pelampung yang digunakann di dalam percobaan.

Aplikasi percobaan dinamika fluida ini adalah pada irigasi pertanian,

yang membutuhkan perhitungan yang tepat agar penggunaan dan

pengukuran debit air dapat sesuai dengan kebutuhan tanaman, sehingga

didapatkan hasil yang maksimal.

F. Kesimpulan

1. Jadi laju aliran (v) dan luas penampang (A) mempengaruhi besarnya

debit saluran (Q)

2. Nilai pengamatan debit terukur rata-rata adalah 0,545 dm3/ dt.

3. Jadi, besarnya Cf (correction factor) pada percobaan kami dari system

pengukuran yang di gunakan.

a. Tanpa beban

-pada tinggi penampang 0,65 dm = 1,180

Cf

(n)




b. Dengan beban





4. Ciri-ciri karakterisitik umum dari fulida adalah aliran fluida dapat

merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (non-steady).

5. Ketinggian penampang mempengaruhi nilai Cf.

6. Faktor-faktor yang mempengaruhi adalah kecepatan aliran fluida, tinggi

penampang, panjang lintasan dan pelampung yang digunakan.

7. Besarnya faktor koreksi pada percobaan dengan menggunakan beban

memiliki nilai lebih kecil dibandingkan dengan pelampung yang tanpa

beban.

8. Faktor lain yang mempengaruhi hasil percobaan adalah faktor lokasi,

angin dan manusia juga akan mempengaruhi hasil pengukuran.

9. Fluida yang digunakan dalam acara ini adalah air.

10. Aplikasi dinamika fluida pada pangan adalah pada proses irigasi sawah.

2. Analisis Hasil Percobaan

a. Pengukuran Debit Pompa

1. Qa = V1 / t1 = 8/ 14,82 = 0,540 dm³

2. Qa = V2 / t2 = 8/ 14,7 = 0,544 dm³

3. Qa = V3 / t3 = 8/ 14,5 = 0,551 dm³

Qa rata-rata = (0,540+0,544+0,551) / 3 = 0,545 dm³/ dt

b. Pengukuran Debit saluran

Qu tanpa beban

1. Qu = A1 x V1 = 0,91*0,586 = 0,518 dm³/dt

2. Qu = A2 x V2 = 0,91*0,450 = 0,409 dm³/dt

3. Qu = A3 x V3 = 0,91*0,505 = 0,459 dm³/dt

4. Qu = A4 x V4 = 1,05*0,481 = 0,505 dm³/dt

5. Qu = A5 x V5 = 1,05*0,459 = 0,482 dm³/dt

6. Qu = A6 x V6 = 1,05*0,431 = 0,452 dm³/dt

7. Qu = A7 x V7 = 1,19*0,442 = 0,526 dm³/dt

8. Qu = A8 x V8 = 1,19*0,467 = 0,555 dm³/dt

9. Qu = A9 x V9 = 1,19*0,483 = 0,521 dm³/dt

10. Qu = A10 x V10 = 1,47*0,333 = 0,489 dm³/dt

11. Qu = A11 x V11 = 1,47*0,327 = 0,481 dm³/dt

12. Qu = A12 x V12 = 1,47*0,365 = 0,536 dm³/dt

Qu dengan beban

1. Qu = A1 x V1 = 0,91*0,510 = 0,464 dm³/dt

2. Qu = A2 x V2 = 0,91*0,476 = 0,433 dm³/dt

3. Qu = A3 x V3 = 0,91*0,581 = 0,529 dm³/dt

4. Qu = A4 x V4 = 1,05*0,427 = 0,448 dm³/dt

5. Qu = A5 x V5 = 1,05*0,495 = 0,519 dm³/dt

6. Qu = A6 x V6 = 1,05*0,455 = 0,478 dm³/dt

7. Qu = A7 x V7 = 1,19*0,410 = 0,783 dm³/dt

8. Qu = A8 x V8 = 1,19*0,431 = 0,823 dm³/dt

9. Qu = A9 x V9 = 1,19*0,406 = 0,775 dm³/dt

10. Qu = A10 x V10 = 1,47*0,435 = 0,639 dm³/dt

11. Qu = A11 x V11 = 1,47*0,455 = 0,669 dm³/dt

12. Qu = A12 x V12 = 1,47*0,357 = 0,525 dm³/dt

c. Pengukuran Faktor Koreksi(Cf)

Cf tanpa beban

1. Cf = Qa1 / Qu1 = 0,545 / 0,426 = 1,180

2. Cf = Qa2 / Qu2 = 0,545 / 0,480 = 1,135

3. Cf = Qa3 / Qu3 = 0,545 / 0,534 = 1,020

4. Cf = Qa4 / Qu4 = 0,545 / 0,502 = 1,086

Cf dengan beban

1. Cf = Qa1 / Qu1 = 0,545 / 0,475 = 1,147

2. Cf = Qa2 / Qu2 = 0,545 / 0,481 = 1,133

3. Cf = Qa3 / Qu3 = 0,545 / 0,793 = 0,876

4. Cf = Qa4 / Qu4 = 0,545 / 0,611 = 0,892

DAFTAR PUSTAKA

Bueche, Frederick J & Eugene Hecht. 2006. Teori dan Soal-soal Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Erlangga. Jakarta.

Giancolli, Douglas C. 1997. Fisika Jilid 1 Edisi Empat. Erlangga. Jakarta. Govardhan, K & N. Kishan. 2012. Unsteady MHD Boundary Layer Flow of an

Incompressible Micropolar Fluid Over a Stretching Sheet. Jurnal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 5, No. 3, pp. 23-28, 2012.

Halliday, David. 1978. Fisika Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta.Kumar, M.B Shyam & S. Vengadesan.2009. Large Eddy Simulation of Flow

Interference Between Two Unequal Sized Square Cylinders. International Jurnal of Computational Fluid Dynamics Vol. 23, No.10, Desember 2009, 671-686.

Makka, Akbar Masyian & Wawan Aries Widodo. Studi Ekperimen Aliran Melintasi Silinder Sirkular Tunggal dengan Bodi Pengganggu Berbentuk Silinder yang Tersusun Tandem dalam Saluran Sempit Berpenampang Bujur Sangkar. Jurnal Teknik ITS Vol. 1 , No. 1, (Sept, 2012) ISSN :2301-9271.

Mujahir, Khairul. 2009. Karakteristik Aliran Fluida Gas-Cair melaui Pipa Sudden Contraction. Jurnal Teknologi, Volume 2 No.2, Desember 2009, 176-184.

Oison, Reuben M & Steven J. Wright. 1990. Dasar-dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kelima. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.

Poole, R.J dkk. 2009. The Effect Of Expansion Ratio For Creeping Expansion Flows Of UCM Fluids. J. Non-Newtonian Fluid Mech.163 (2009) 35-44.

Soewarno & Petrus Syariman. Persamaan Empiris untuk Menghitung Debit Slauran Irigasi Jatiluhur. Bul Pusair.

Tippler, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta.Wicaksono, Rizky Hario. Variasi Jarak Nozel Terhadap Perubahan Putaran

Turbin Pleton. Jurusan Teknik mesin Universitas Gunadarma.

dinamika fluida new

Documents