fluid fix

FLUID CIRCUIT FRICTION EXPERIMENTAL APPARATUS

LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2014/2015

BAB IFLUID CIRCUIT FRICTION EXPERIMENTAL APPARATUS

1.1 Dasar Teori

1.1.1 Definisi Fluida

Fluida adalah zat yang terdefomasi secara terus-menerus (continue) akibat terkena

tegangan geser (shear stress). Hal ini menunjukkan terdapat tegangan geser ketika

fluida mengalir.

Dimana:

τ = Tegangan geser fluida (N/m2)

μ = Viskositas fluida (kg/ms)

dvdx

= Gradien kecepatan (m/s)

1.1.2 Macam-macam Fluida

A. Berdasarkan laju deformasi dan tegangan geser:

1. Newtonian Fluid

Fluida newtonian adalah fluida yang tegangan geser dan regangan

gesernya linier. Hal ini berarti bahwa fluida newtonian memiliki viskositas

dinamis yang tidak akan berubah karena pengaruh gaya-gaya yang bekerja

padanya.Viskositas fluida newtonian hanya bergantung pada temperatur dan

tekanan.

Gambar 1.1 Variasi linier dari tegangan geser terhadap laju regangan geser fluidaSumber: Mekanika Fluida, Bruce R. Munson Hal :20



2. Non-Newtonian Fluid

Fluida non-newtonian adalah fluida yang tegangan gesernya tidak

berhubungan secara linier terhadap laju regangan geser. Fluida jenis ini memiliki

viskositas dinamis yang dapat berubah-ubah ketika terdapat gaya yang bekerja

pada fluida tersebut dan waktu. Contoh fluida non-newtonian adalah plastik.

Gambar 1.2 Variasi linier dari tegangan geser terhadap laju regangan geser beberapa fluida termasuk fluida non-Newtonian

Sumber: Mekanika Fluida, Bruce R. Munson Hal :20

B. Berdasarkan mampu mampat:

1. Compressible Fluid

Compressible fluid ialah fluida yang memiliki massa jenis yang berubah

pada setiap alirannya. Dengan kata lain, massa jenis fluida ini tidak sama pada

setiap titik yang dialirinya. Hal ini disebabkan volume fluida ini yang berubah-

ubah, dapat membesar atau mengecil pada setiap penampang yang dialirinya.

Compressible fluid memiliki bilangan Mach lebih besar dari 0,3. Bilangan

Mach yaitu perbandingan antara kecepatan fluida per kecepatan suara.

Seperti pada persamaan dibawah ini.

Dimana:

V = Kecepatan fluida (m/s2)

a = Kecepatan suara (m/s2)Ma = Bilangan mach



2. Incompressible Fluid

Incompressible fluid ialah fluida yang memiliki volume dan massa jenis

tetap pada setiap alirannya. Dengan kata lain massa jenis fluida ini sama pada

setiap titik yang dialirinya. Incompressible fluid memiliki bilangan mach lebih

kecil dari 0,3.

Pembagian kecepatan berdasarkan bilangan mach :

Subsonik (Mach < 1,0)

Sonik (Mach = 1.0)

Transonik ( 0,8 < Mach < 1.3)

Supersonik (Mach > 1.0)

Hypersonik (mach > 5.0)

C. Berdasarkan sifat alirannya:

1. Fluida dengan Aliran Laminer

Fluida dengan aliran laminer adalah fluida yang alirannya memiliki lintasan

lapisan batas yang panjang, sehingga seperti berapis-lapis. Aliran ini mempunyai

bilangan Re kurang dari 2300.

Gambar 1.3 Aliran laminarSumber: Anonymous 1, 2015

2. Turbulen

Fluida dengan aliran turbulen adalah fluida yang alirannya mengalami

pergolakan (berputar-putar) dan mempunyai bilangan Re lebih dari 4000. Ciri-ciri

aliran ini tidak memiliki keteraturan dalam lintasa fluida, kecepatan fluida tinggi.



.

Gambar 1.4 Aliran turbulenSumber: Anonymous 2, 2015

3. Aliran Transisi

Fluida dengan aliran transisi adalah fluida yang alirannya merupakan aliran

peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen. Aliran ini memiliki bilangan Re

antara 2300-4000.

Gambar 1.5 Aliran transisiSumber: Anonymous 3, 2015

Menurut hasil percobaan oleh Reynold, apabila bilangan Reynold kurang

daripada 2300, aliran biasanya merupakan aliran laminer. Apabila bilangan

Reynold lebih besar daripada 4000, aliran biasanya adalah turbulen. Sedang antara

2300 dan 4000 aliran dapat laminer ke turbulen tergantung pada faktor-faktor lain

yang mempengaruhi.

D. Berdasarkan bentuk aliran

1. Fluida Statis

Fluida statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam)

atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tidak terdapat perubahan kecepatan.

Fluida statis diasumsikan tidak memiliki gaya geser.

2. Fluida Dinamis

Fluida dinamis adalah fluida yang mengalir dengan kecepatan yang tidak

seragam. Biasanya fluida ini mengalir dari luas penampang tertentu ke luas

penampang yang berbeda.



1.1.3 Hukum Bernoulli

Hukum ini diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda

dalam suatu pipa. 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. Syarat hukum Bernoulli adalah:

1. Steady state

2. Densitasnya relatif konstan

3. Gesekan diabaikan

4. Diacu pada titik yang terletak di 1 streamline

Secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli, yang pertama berlaku

untuk aliran tak termampatkan (incompressible flow) dan yang lain untuk fluida

termampatkan (compressible flow).

a) Aliran tak Termampatkan

Aliran tak termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak

berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran

tersebut. Contohnya: air, minyak, emulsi, dll.

Asal mula Bernoulli

P P

Gambar 1.6 Prinsip BernoulliSumber: Anonymous 4, 2015



Besarnya tekanan akibat gerakan fluida dapat dihitung dengan menggunakan

konsep kekelan energi atau prinsip usaha-energi.

Energi Potensial + Energi Kinetik + Energi Tekanan = Konstan

mgh + ½ mv2 + PV = Konstan

Diasumsikan volume pada fluida konstan:



Dimana:

v = Kecepatan fluida (m/s)

V = Volume fluida (m3)g = Percepatan gravitasi bumi (m/s2)h = Ketinggian relative terhadap suatu referensi (m)P = Tekanan fluida (Pa) = Massa jenis fluida (kg/ m3 )= Berat jenis fluida (N/ m3)

b) Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya

besaran kerapatan masa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contohnya

udara, gas alam, dll.

c) Aplikasi Hukum Bernoulli

Dalam kehidupan sehari-hari, kita dapat menemukan aplikasi hukum Bernoulli

yang sudah banyak diterapkan pada sarana dan prasarana yang menunjang kehidupan

manusia masa kini. Berikut ini beberapa contoh aplikasi hukum Bernoulli tersebut:

1. Hukum Bernoulli digunakan untuk menentukan gaya angkat pada sayap dan

badan pesawat terbang sehingga diperoleh ukuran presisi yang sesuai.

2. Hukum Bernoulli digunakan untuk mesin karburator yang berfungsi untuk

mengalirkan bahan bakar dan mencampurnya dengan aliran udara yang masuk.

Salah satu pemakaian karburator adalah dalam kendaraan bermotor, seperti mobil.

3. Hukum Bernoulli berlaku pada aliran air melalui pipa dari tangki penampung

menuju bak-bak penampung. Biasanya digunakan di rumah-rumah pemukiman.

4. Hukum Bernoulli juga digunakan pada mesin yang mempercepat laju kapal layar.

1.1.4 Bilangan Reynold

Bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia terhadap gaya viskos yang

mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran

tertentu. Bilangan Reynold digunakan untuk membedakan aliran apakah turbulen atau



laminer, terdapat suatu angka tidak bersatuan yang disebut Angka Reynold (Reynolds

Number). Angka ini dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Dimana:

Re = Angka Reynold (tanpa satuan)

V = Kecepatan rata-rata (ft/s atau m/s)

L = Panjang aliran dalam pipa (ft atau m)

v = Viskositas kinematis, v = µ / ρ (ft2/s) atau (m2/s)1.1.5 Head

Head adalah energi per satuan berat, yang disediakan untuk mengalirkan sejumlah

zat cair untuk dikonversikan menjadi bentuk lain. Head mempunyai satuan meter (m).

Menurut Bernoulli ada 3 macam head fluida yaitu :

1. Head Tekanan

Head tekanan adalah perbedaan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat

cair pada sisi tekan dengan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada

sisi isap.

Dimana: Py

= Head tekanan (m)

Pdy

= Head tekanan pada permukaan zat cair pada sisi tekan (m)

Psy

= Head tekanan pada permukaan zat cair pada sisi isap (m)

2. Head kinetik

Head kinetik adalah head yang diperlukan untuk menggerakkan suatu zat dari

keadaan diam sampai tempat dan ke cepatan tertentu.



Dimana:

hk = Head kecepatan atau head kinetik(m) = Kecepatan zat cair pada saluran tekan(m)

= Kecepatan zat cair pada saluran isap(m)

3. Head potensial

Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi

suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan oleh

posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air.

Dimana:Z = Head statis total atau head potensial (m)

Zd = Head statis pada sisi tekan (m)

Zs = Head statis pada sisi isap (m)

1.1.6 Losses

Kerugian energi atau istilah umumnya dalam mekanika fluida kerugian head

(head losses) tergantung pada :

1. Bentuk, ukuran dan kekasaran saluran.

2. Kecepatan fluida.

3. Kekentalan.

Losses umumnya digolongkan sebagai berikut:

a) Minor Losses



Minor losses disebabkan oleh alat-alat pelengkap lokal atau yang diberi istilah

tahanan hidrolis seperti misalnya, perubahan bentuk saluran atau perubahan

ukurannya. Contoh dari beberapa alat-alat pelengkap-lokal adalah sebagai berikut:

Gambar 1.7 Minor losses (a) gate, (b) orifice, (c) elbow dan (d) valveSumber: Anonymous 5, 2015

Dimana:

h = Kerugian aliran akibat valve, elbow, orifice, dan perubahan penampang (m)

k = Koefisien hambatan valve, elbow, orifice, dan perubahan penampang

v = Kecepatan aliran (m/s)

g = Gravitasi (m/s2)

b) Major Losses

Major losses adalah suatu kerugian yang dialami oleh aliran fluida dalam pipa

yang disebabkan oleh koefisien gesekan pipa yang besarnya tergantung kekasaran

pipa, diameter pipa dan bilangan Reynold. Koefisien gesek dipengaruhi juga oleh

kecepatan, karena distribusi kecepatan pada aliran laminar dan aliran turbulen

berbeda. Secara matematik dapat ditunjukkan sebagai berikut:

Dimana:

hf = Major losses (m)

f = Koefisien gesekan

L = Panjang pipa (m)

D = Diameter pipa (m)



V = Kecepatan aliran (m/s)

g = Gravitasi (m/s2)

Gambar 1.8 Moody DiagramSumber: Anonymous 6, 2015

Untuk mendapatkan harga f dapat digunakan grafik Moody (Moody Diagram).

Misalnya akan mencari koefisien gesekan dari suatu pipa, harga bilangan Reynold

dapat dicari terlebih dahulu dengan menggunakan:

Dimana:

Re = Angka Reynold

V = Kecepatan rata-rata (ft/s atau m/s)

L = Panjang aliran dalam pipa (ft atau m)v = Viskositas kinematis, tersedia dalam tabel sifat-sifat cairan (ft2/s atau m2/s)

Kemudian angka kekasaran (ε) dibagi dengan diameter pipa didapat

suatu harga ε/d. Dari bilangan Reynold ditarik garis keatas sampai pada garis



ε/d. Kemudian ditarik ke kiri sejajar garis bilangan Reynold, maka akan didapat harga

f.

1.1.7 Viskositas

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya

gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu

fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut.

Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut

koefisien viskositas. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau

pascal sekon (Pa.s). Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas yaitu viskometer.

Rumus

viskositas adalah sebagai berikut :

Dimana :

τ = Tegangan geser (N/m)

µ = Viskositas dinamik (Ns.m-2)

= Perubahan sudut atau kecepatan sudut dari garis (m/s)



Dimana :

v = Viskositas kinematik (m2/s)

µ = Viskositas dinamik (Ns.m-2 atau kg m/s)𝜌 = Densitas atau massa jenis (kg/m)

Macam-macam viskositas

1. Viskositas dinamik, yaitu rasio antara shear, stress, dan shear rate.

Viskositas dinamik disebut juga koefisien viskositas

Grafik 1.9 Viskositas DinamikSumber: Frank M White Mekanika Fluida, 1991 : 310



2. Viskositas kinematik, yaitu viskositas dinamik dibagi dengan

densitasnya.Viskositas ini dinyatakan dalam satuan stoke (St) pada cgs dan

m²/s pada SI.

Grafik 1.10 Viskositas kinematikSumber: Frank M White Mekanika Fluida, 1991 : 310

Viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu

a) Suhu

Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka

viskositas akan turun, dan begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena

adanya gerakan partikel- partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu

ditingkatkan dan menurun kekentalannya.

Tabel 1.1 Kerapatan dan kekentalan udara pada 1 atm

Sumber: Frank M White, Mekanika Fluida, 1991 : 313



Tabel 1.2 Kerapatan dan kekentalan air pada 1 atm

Sumber: Frank M White, Mekanika Fluida, 1991 : 312

b) Konsentrasi larutan

Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan

dengan konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena

konsentrasi larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan

volume. Semakin banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel semakin

tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula.

c) Tekanan

Viskositas berbanding lurus dengan tekanan, karena semakin besar

tekanannya, cairan akan semakin sulit mengalir akibat dari beban yang

dikenakannya.

1.1.8 Macam-macam Katup

Katup adalah sebuah alat untuk mengatur aliran suatu fluida dengan menutup,

membuka atau menghambat sebagian dari jalannya aliran. Beberapa macam katup yang

sering digunakan, yaitu

a) Gate Valve

Bentuk penyekat adalah piringan, atau sering disebut wedge, yang

digerakkan ke atas bawah untuk membuka dan menutup. Biasanya digunakan untuk

posisi buka atau tutup sempurna dan tidak disarankan untuk posisi sebagian terbuka.



Gambar 1.11 Gate ValveSumber : Anonymous 7, 2015

b) Globe Valve

Digunakan untuk mengatur banyaknya aliran fluida.

Gambar 1.12 Globe ValveSumber : Anonymous 8, 2015

c) Butterfly Valve

Bentuk penyekatnya adalah piringan yang mempunyai sumbu putar di

tengahnya. Menurut desainnya, dapat dibagi menjadi concentric dan eccentric.

Eccentrik memliki desain yang lebih sulit tetapi memiliki fungsi yang lebih

baik dari concentric. Bentuknya yang sederhana membuat lebih ringan

dibandingkan valve lainnya.



Gambar 1.13 Butterfly ValveSumber : Anonymous 9, 2015

d) Ball Valve

Bentuk penyekatnya berbentuk bola yang mempunyai lubang menerobos ditengahnya.

Gambar 1.14 Ball ValveSumber : Anonymous 10, 2015

e) Plug Valve

Seperti ball valve, tetapi bagian dalamnya bukan berbentuk bola,

melainkan silinder. Karena tidak ada ruangan kosong di dalam badan valve,

maka cocok untuk fluida yang berat atau mengandung unsur padat seperti lumpur.



Gambar 1.15 Plug ValveSumber : Anonymous 11, 2015

1.1.9 Jenis-jenis Flowmeter

Flowmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur debit fluida, ada 4

jenis Flow meter yaitu :

a) Rotameter

Alat yan digunakan untuk mengukur tingkat aliran fluida dalam tabung

tertutup. Tersusun dari tabung dengan pelampung didalamnya yang kemudian

didorong oleh aliran lalu ditarik ke bawah oleh gravitasi.

Gambar 1.16 RotameterSumber: R.K. Rajput, A Textbook Of Fluid Mechanics,2008 : 308

b) Venturi

Alat yang digunakan untuk mengetahui beda tekanan. Efek venturi terjadi

ketika fluida tersebut bergerak melalui pipa yang menyempit.



Gambar 1.17 VenturiSumber: Anonymous 12, 2015

c) Nozzle

Alat yang digunakan untuk mengetahui laju aliran,kecepatan sutu fluida.

Gambar 1.18 NozzleSumber: Faith A. Morrison, An Introduction of Fluid Mechanic , 2012 : 14

d) Orifice

Alat untuk mengukur besar arus aliran. Terdapat 3 jenis orifice, yaitu :

1. Concentric orifice

Digunakan untuk semua jenis fluida yang tidak mengandung partikel padat

Gambar 1.19 Concentric orificeSumber: Anonymous 13, 2015



2. Eccentric orifice

Digunakan untuk fluida yang mengandung partikel padat.

Gambar 1.20 Eccentric orificeSumber: Anonymous 14, 2015

3. Segmental orifice

Digunakan untuk fluida khusus.

Gambar 1.21 Segmental orificeSumber: Anonymous 15,2015



1.2 Tujuan Pengujian

1. Mengetahui pengaruh factor gesekan aliran dalam berbagai bagian pipa pada bilangan

reynold tertentu.

2. Mengetahui pengaruh koefisien head dalam belokan 900, reducer used pipe, sudden

enlargement & contraction pipe, glove valve, gate valve dan cock pada bilangan

reynold tertentu.

3. Mengetahui koefisien aliran untuk orifice, nozzle dan pipa venturi.

1.3 Spesifikasi Alat

Gambar 1.22 Fluid Circuit Friction ApparatusSumber: Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Universitas Brawijaya

MODEL : FLEA-2000AL

Pompa air

Laju aliran x head : 73 liter/menit x 15 m

Motor Penggerak

Daya : 0,75 kW

Tangki penyimpanan air

Kapasitas : 50 – 100 liter



Pengaturan kerugian gesek

Jaringan pipa, nominal (in) : ½ B, ¾ B, 1 B, 1 1/4 B,

Perubahan penampang : Pembesaran dan pengecilan langsung, pembesaran dan

pengecilan secara berangsur-angsur.

Peralatan pipa : Katup pintu air (gerbang), katup bola, dan kran.

Belokan : 900 – radius kecil dengan penghubung ulir (sekrup) dan radius besar yang

disambung dengan las.

Peralatan

Flow meter : Orifice meter, nozzle, venturimeter, rota meter.

Manometer pipa U (air raksa) : 550 mm (air raksa tidak disuplai)

Manometer pipa U terbalik (air) : 550 mm

Penunjuk tekanan : 32 point

Kebutuhan Pendukung

1. Listrik 3 fase 220/380 v, 50/60 Hz

2. Suplai air dingin pada tekanan utama (mains ) dan kering.

Dimensi dan Berat

- Panjang : 3200 mm

- Lebar : 700 mm

- Tinggi : 1700 mm

- Volume : 8 m3

- Berat : 800 kg

1.4 Cara Pengambilan Data

A. EKSPERIMEN UNTUK MENGUKUR KERUGIAN GESEK PADA PIPA

1. TUJUAN

Untuk mengetauhi kebiasaan atau prilaku (behavior) fluida incompressible pada

jaringan saluran (piping), khususnya kerugian gesekan fluida. Tekanan diferensial (h1/2,

h3/4, h1, h11/4) yang berhubungan dengan laju aliran (Q), pada berbagai atau diameter

pipa (1/2B, 3/4B, 1B, 11/4B) diukur dan dihitung untuk mendapatkan factor gesekan (λ1/2,

λ3/4, λ1, λ11/4) yang berhubungan dengan gesekan pada bilangan Reynold.



2. Peralatan eksperimen

Gambar terlampir (gambar 4-1)

3. Pelaksanaa percobaan

o Persiapan

1. Tutup semua katup ventilasi udara, katup pressure tapping selection dan

katup pembuangan (kontrol aliran).

2. Buka semua katup pengatur aliran, katup bola, katup gerbang (gate valve),

drank ram (cock) agar air dapat mengalir.

3. Tekan switch motor penggerak pada posisi ON agar pompa dapat bekerja

mensirkulasi air.

4. Buka katup ventilasi udara (katup VA-1 dan VA-2) untuk mengeluarkan

udara dari jaringan pipa.

o Pengukuran

1. Putar katup kontrol aliran (VF-1) untuk mengubah debit aliran yang

diinginkan, debit aliran dapat dilihat pada Rotameter.

2. Buka katup water inverse U-TUBE manometer (L dan R).

3. Buka katup ventilasi manometer air.

4. Buka katup pada pressure tapping selection untuk mengetahui perbedaan

tekanan antara dua titik (hanya dua katup yang terbuka); apabila ingin

mengetahui perbedaan tekanan dititik yang lain, tutup katup dan buka pada

katup yang diinginkan dan seterusnya.

5. Amati perbedaan tekanan yang terjadi pada manometer air.

B. EKSPERIMEN UNTUK MENGUKUR KERUGIAN HEAD PADA PERALATAN

PIPA

1. Tujuan

Untuk mengetahui kebiasaan atau perilaku (behavior) fluida incompressible

pada jaringan pipa, khususnya kerugian head fluida pada peralatan pipa. Tekanan

diferensial, yang berhubungan dengan laju aliran pada peralatan pipa, seperti glove

valve, gate valve, cock, perubahan penampang pipa (reducer used pipe, sudden

enlargement & contraction pipe) dan perubahan aliran (smooth 900 bend, radius besar

dan kecil), diukur dan dihitung untuk mendapatkan koefisien kerugian head yang

berhubungan dengan kerugian gesekan pada bilangan reynold.



2. Peralatan eksperimen

Gambar terlampir (Gambar 4-1)

3. Pelaksanaan Pengujian

o PERSIAPAN

1. Tutup semua katup ventilasi udara, katup pressure tapping selection dan katup

pembuangan (kontrol aliran).

2. Buka semua katup pengatur aliran, katup bola, katup gerbang (gate valve),

drank ram (cock) agar air dapat mengalir.


mensirkulasi air.

4. Buka katup ventilasi udara (katup VA-1 dan VA-2) untuk mengeluarkan udara

dari jaringan pipa.

o PENGUKURAN

1. Putar katup kontrol aliran (VF-1) untuk mengubah debit aliran yang diinginkan,

debit aliran dapat dilihat dari Rotameter.

2. Buka katup (gate valve, glove valve, dan cock) dalam keadaan bukaan penuh.



5. Buka katup pada pressure tapping selection untuk mengetahui perbedaan

tekanan antara dua titik (hanya dua katup yang terbuka); apabila ingin

mengetahui perbedaan tekanan dititik yang lain, tutup katup dan buka pada

katup yang yang diinginkan dan seterusnya.


7. Akhir dari pengujian, tutup semua katup dan matikan power switch (OFF).

C. EKSPERIMEN UNTUK PENGUKURAN DENGAN ORIFICE, NOZZLE, DAN

TABUNG VENTURI

1. Tujuan

Untuk mengetahui kebiasaan atau perilaku (behavior) fluida incompressible

pada jaringan pipa khususnya pengukuran laju aliran dan teorinya. Tekanan differensial

(ho, hn, hv) yang berhubungan dengan laju aliran pada Orifice, Nozzle, dan pipa

Venturi, diukur dan digunakan untuk menghitung koefisien (Co, Cn, Cv) untuk

menentukan hubungan laju aliran pada pipa dengan bilangan reynold.



2. Peralatan Eksperimen

Gambarnya terlampir (Gambar 4-1)

3. Pelaksanaan Percobaan

o PERSIAPAN

1. Tutup semua katup ventilasi udara, katup pressure tapping selection dan katup

pembuangan (kontrol aliran).

2. Buka semua katup pengatur aliran, katup bola, katup gerbang (gate valve), drank

ram (cock) agar air dapat mengalir.


mensirkulasi air.

4. Buka katup ventilasi udara (katup VA-1 dan VA-2) untuk mengeluarkan udara

dari jaringan pipa.

o PENGUKURAN

1. Putar katup kontrol aliran (VF-1) untuk mengubah debit aliran yang diinginkan,

debit aliran dapat dilihat dari Rotameter.



4. Buka katup pada pressure tapping selection untuk mengetahui perbedaan tekanan

antara dua titik (hanya dua katup yang terbuka); apabila ingin mengetahui

perbedaan tekanan dititik yang lain, tutup katup dan buka pada katup yang yang

diinginkan dan seterusnya.




1.5 Hasil Pengujian

1.5.1 Data Hasil Pengujian

Data Tekanan katup 21-22 pipa Lurus

No QKatup 21-22

H kiri 1 H kanan 1 ∆H

1 0,6 120 115 5

2 0,8 165 150 15

3 1 210 190 20

4 1,2 270 235 35

5 1,4 320 275 55

6 1,6 365 305 60

7 1,8 405 335 70

8 2 455 360 85

9 2,2 495 380 115

12,6 2805 2345 460

Data Tekanan Katup 11-12 sudden enlargement and contraction pipe

No QKatup 11-12


1 0,6 334 332 2

2 0,8 360 355 5

3 1 400 390 10

4 1,2 440 425 15

5 1,4 475 455 20

6 1,6 515 490 25

7 1,8 540 510 30

8 2 565 525 40

9 2,2 590 543 47

12,6 4219 4025 194



Data Tekanan katup 15-16 katup venturi

No QKatup 15-16


1 0,6 410 280 0,13

2 0,8 490 225 0,265

3 1 590 218 0,372

4 1,2 245 287 0,042

5 1,4 237 296 0,059

6 1,6 228 305 0,077

7 1,8 218 316 0,098

8 2 208 326 0,118

9 2,2 195 339 0,144

12,6 2821 2592 1,305

1.5.2 Contoh Perhitungan

1. Kerugian Gesekan Pipa pada Katup 21-22 pipa Lurus

Diameter Pipa d 1B = 0.0276 m

a. Laju Aliran Per Detik Q1 (m3/s)

Qı= Q3600

Dimana Q = 0.6

Qı= 0.63600

Qı=0.000166667 m ³ /s

b. Kecepatan Air dalam Pipa V (m/s)

V= Q1π4

d ²

V=0.0001666673.14

40.0276²

V=¿0,278715m /s

c. Faktor Gesekan untuk Air dalam Pipa (λ)

λ=2 gΔhdV ² l

l = panjang pipa = 2 m

λ=2 x 9.81 x 0,0050,278715 ² x 2

λ=¿0,017427145



d. Bilangan Reynold untuk Air dalam Pipa (Red)

Red=d x Vv

Red=0.0267 x0,2787150,0000008488

Red=¿9062,846826

2. Kerugian Head (ζ) pada Katup 11-12 sudden enlargement and contraction pipe

Diameter Pipa d 1¼ B = 0.0357 m

Viskositas Kinematik (v) pada suhu 27°C = 0,0000008488 m2/s

a. Laju Aliran Per Detik Q1 (m3/s)

Qı= Q3600

Dimana Q = 0.6

Qı= 0.63600

Qı=¿0,000166667 m ³ /s

b. Kecepatan Air dalam Pipa V (m/s)

V= Q1π4

d ²

V=0,0001666673.14

40.0357²

V=¿0,166587596 m /s

c. Koefisien Kerugian Head pada sudden enlargement and contraction pipe (ζ)

ζ = ΔhV ² /2 g

ζ = 0,0020,166587596 ²

2 x 9.8

ζ =¿ 1,413981337

d. Bilangan Reynold (Red)

Red=d x Vv

Red=0.0357 x0,1665875960,0000008488



Red=¿ 7006,570655

3. Experimen untuk pengukuran tabung venturi katup (15-16) katup venturi

Diameter pipa 1 ¼ B = 0.0357 m

Diameter venturi dv = 0.0114 m

Viskositas kinematik pada suhu 270 C = 0,0000008488 m3/s

a. Laju aliran per detik

Q1 = Q

3.6 x 10-3

Q1 = 0.63.6

x 10-3

Q1 = 0,000166667 m3/s

b. Laju aliran teoritis pada pipa venturi

Qv = Π4

x dv2 √ 2ghv

Dv = diameter venturi (0.0114 m)

g = 9.8 m/s2

hv = perbedaan tekanan antara tingkat yang atas dan bawah pada pipa venturi

(mH2O )

Qv = 3.14

4 x (0.0114)2 √ 2x 9.8 x 0,13

Qv = 0,000396626 m3/s

c. Koefisien aliran pada venturi

Cv = Q1Qv

Cv = 0,0001666670,000396626

Cv = 0,420211315

d. Kecepatan air dalam pipa

V = 4Q1/Πd2

V = 4. 0,0001666673.14 x 0.0357

V = 0,166587596 m/s



e. Bilangan Reynold untuk aliran dalam pipa

Red = d x V

v

Red = 0.0357 x0,166587596

0,0000008488 = 7006,570655

Hubungan Antara Bilangan Reynold Dengan Koefisien Gesek (λ) pada katup

21-22. Keterangan : X = Red(I), Y = λ

No

X Y XY X² X³ X4 X²Y(Y-y)²

(Y-a-bX)^2

(Yi-jX-

kX^2)^2

19062,

847

0,0174

3157,940

82135192,593

744378669502,112

6746189862302720,000

1431381,883

0,000108

6

0,00000578

99062,

847

21208

3,796

0,0294

1355,364

146018120,165

1764453142523,520

21321291416660500,000

4294145,650

0,000002

4

0,00002673

312083

,796

31510

4,745

0,0251

0379,055

228153312,759

3446197543991,260

52053934122706200,000

5725527,533

0,000007

6

0,00000631

815104

,745

41812

5,694

0,0305

0552,788

328540770,372

5955029356016,890

107939037796844000,000

10019673,183

0,000007

0

0,00000030

518125

,694

52114

6,643

0,0352

1744,572

447180493,007

9456366060712,010

199970393325788000,000

15745200,716

0,000054

2

0,00001569

321146

,643

62416

7,592

0,0294

1710,728

584072480,662

14115625140188,200

341140662666568000,000

17176582,599

0,000002

4

0,00000444

824167

,592

72718

8,540

0,0271

1737,051

739216733,338

20098224076557,000

546441378846521000,000

20039346,366

0,000000

5

0,00001327

527188

,540

83020

9,489

0,0266

6805,492

912613251,034

27569580351930,100

832862945963300000,000

24333492,015

0,000001

4

0,00000524

330209

,489

93323

0,438

0,0298

1990,712

1104262033,75

136695111448418,900

1219394639184870000,00

032921783,315

0,000003

9

0,00001363

933230

,438

∑

190319,78

3

0,2506

3

5433,70

1

4572192387,68

2

119844965789840,00

0

3327870473185560000,00

0

131687133,25

9

0,000188

1190319,783

0,00009144

3



Contoh perhitungan statistik :

y= Σ Yn

=0,2506329

=¿0,027848011

Regresi Polinomial ( Y = i - jX - kX2 )

Σ Y=¿+ j Σ X+k Σ X2=9i+190319,783+4572192387,682 (i)

Σ XY=i Σ X+ j Σ X2 +k Σ X3=190319,783 i+4572192387,682+7,44379E+11k (ii)

Σ X2Y =i Σ X2+ j Σ X3+k Σ X 4

¿4572192387,682 i+119844965789840,000 j+3327870473185560000,000 k(iii)

dari persamaan i, ii dan iii diperoleh harga:

i = 0,000415; j = 2,656E-06; k = -5,66487E-11

Y = 0,000415-2,656E-06+-5,66487E-11

r2=Σ(Y − y)2−Σ(Y −i− jX−kX )2

Σ(Y − y )2=0,0001881−0,000091229

0,0001881=¿ 0,513788989



Hubungan Antara Bilangan Reynold Dengan Kerugian Head (ξ ) pada katup 11-12

Keterangan : X = Red(Ii), Y = ξ

No

X Y XY X² X³ X⁴ X²Y(Y-y)²

(Y-i-jX-

Kx²)²

1 7006,571

1,41254

9897,061

49092032,350

343966793280,195

2410027640249970,000

69344457,907

0,8546843

0,036317599

2 9342,094

1,98638

18556,990

87274724,178

815328695182,685

7616877480296210,000

173361144,769

0,1229533

0,000104989

3 11677,618

2,54257

29691,183

136366756,528

1592438857778,680

18595892285879400,000

346722289,537

0,0422469

0,075407641

4 14013,141

2,64851

37113,979

196368129,400

2751734346241,560

38560442243999600,000

520083434,306

0,0970205

0,028870141

5 16348,665

2,59446

42415,976

267278842,794

4369652225744,700

71437979805434400,000

693444579,074

0,0662701

0,000184289

6 18684,188

2,48298

46392,474

349098896,711

6522629561461,480

121870039684739000,000

866805723,843

0,0213011

0,030031372

7 21019,712

2,35423

49485,306

441828291,150

9287103418565,270

195212238860248000,000

1040166868,611

0,0002959

0,072407083

8 23355,236

2,54257

59382,367

545467026,111

12739510862229,500

297534276574071000,000

1386889158,148

0,0422469

0,001116014

9 25690,759

2,46903

63431,164

660015101,594

16956288957627,400

435619934332097000,000

1629594760,824

0,0174227

0,024090686

∑ 147137,984

21,03328

356366,500

2732789800,815

55378653718111,400

1188857708907010000,000

6726412417,020

1,2644418

0,269




y= Σ Yn

=21,033289

=¿2,33703


Σ Y=¿+ j Σ X+k Σ X2=9i+¿147137,984+¿2732789800,815 (i)

Σ XY=i Σ X+ j Σ X2 +k Σ X3=¿147137,984i+¿2732789800,815 j+¿55378653718111,400k (ii)Σ X2Y =i Σ X2+ j Σ X3+k Σ X 4

¿2732789800,815i+¿55378653718111,400 j+¿1188857708907010000,000k(iii)


i = -0,00315; j = 0,0002814; k = -7,44286E-09

Y = -0,00315 - 0,0002814X + 7,44286E-09 X2

r2=Σ(Y − y)2−Σ(Y −i− jX−kX )2

Σ(Y − y )2=1,2644418 – 0,269

1,2644418=¿ 0,787629765



Hubungan Antara Bilangan Reynold Dengan Koefisien Aliran Pada Venturi (Cv)

pada katup 15-16 Keterangan : X = Red(III), Y = Cv

X YXX²

X³

X⁴

X²Y

(

(Y-i-jX-Kx²)²

7 0 2

49092032,350

343966793280,

195

241002764024997

0,000

20629027,476 0

0,058201410

9 0 2 87

81

76

19

0 0,



274724,178

5328695182,

685

1687748029621

0,000

264876,537

001280490

1 0 1

136366756,528

1592438857778,

680

1859589228587940

0,000

20324866,895 0

0,001046272

1 0 1 196368129,400

2751734346241,

560

3856044224399960

0,0

19682774,945

0 0,004629390



00

1 0 1

267278842,794

4369652225744,

700

7143797980543440

0,000

19374555,867 0

0,005345371

1 0 1

349098896,711

6522629561461,

480

12187003968473900

0,000

19382256,917 0

0,003346684

2 0 9 441828291,15

928710341856

195212238860

19328101,301

0 0,000775141



0

5,

270

24800

0,000

2 0 8

545467026,111

12739510862229,

500

29753427657407100

0,000

19571256,909 0

0,000244373

2 0 7

660015101,594

16956288957627,

400

43561993433209700

0,000

19488174,543 0

0,004924468

1 1 1 2

73

553

118

177

0 0,0



2789800,815

78653718111,

400

885770890701000

0,000

045891,388

80


y= Σ Yn

=1,127399

=¿0,12527


Σ Y=¿+ j Σ X+k Σ X2=9i+¿147137,984+¿2732789800,815 (i)



Σ XY=i Σ X+ j Σ X2 +k Σ X3=¿147137,984i+¿2732789800,815 j+¿55378653718111,400k (ii)Σ X2Y =i Σ X2+ j Σ X3+k Σ X 4

¿2732789800,815i+¿55378653718111,400 j+¿ 1188857708907010000,000 k (iii)


i = 0,103651; j = 1,689E-05; k = -8,75892E-10

Y = 0,103651- 1,689E-05X + 8,75892E-10X2

r2=Σ(Y − y)2−Σ(Y −i− jX−kX )2

Σ(Y − y )2=0,1287511 – 0,080

0,1287511=¿ 0,380249123

1.5.3 Grafik Dan Pembahasan



5000 10000 15000 20000 25000 30000 350000

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Hubungan Antara Bilangan Reynold dan Koe-fisien Gesek (λ)

Katup 25-26Polynomial (Katup 25-26)

Bilangan Reynold

Koefi

sien

Keru

gian

Ges

ek (

λ )

pembahasan grafik:

Bilangan Reynold (Re) adalah bilangan yang menentukan jenis aliran dari

fluida,yaitu jenis aliran laminer atau turbulen. Aliran Fluida diikatakan laminer apabila

memiliki bilangan Reynold (Re) ≤ 2300 dan dikatakan aliran turbulen apabila memilik

bilangan reynold (Re) ≥ 4000, sedangkan apabila bilangan Reynoldnya diantara 2300 –

4000, maka aliran itu dikatakan aliran transisi. Kerugian gesek merupakan kerugian yang

terjadi akibat gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa, kerugian ini terjadi

di sepanjang pipa, biasa disebut juga Losses Mayor.

Jika ditinjau berdasarkan rumus persamaan antara bilangan Reynold dengan koef.

Gesek, yaitu adalah :

ℜ=d . Vv

λ=2 g . h .d

V 2. l

dimana Red = bilangan reynold

d = diameter pipa [m]

V = kecepatan aliran fluida [m/s]

v = viskositas kinematis fluida [m/s2]

λ = faktor gesekan

g = percepatan gravitasi [m/s2]

h =tekanan diferensial pipa [mH2O]

Katup 21-22

Poly. (Katup 21-22)



l = panjang pipa [m]

Dari rumus juga dapat dilihat bahwa Bilangan Reynold berbanding lurus dengan

kecepatan aliran fluida dan kerugian gesek berbanding terbalik dengan kecepatan aliran

fluida, sehingga apabila bilangan reynold-nya meningkat maka kerugian geseknya akan

semakin kecil, dan akan begitu juga sebaliknya.

Berdasarkan grafik hubungan antara Bilangan Reynold (Re) dengan kerugian

gesek (λ) pada katup 21-22 (l = 2m, d =1B) diatas terdapat penyimpangan, dari grafik

tersebut terlihat bahwa pada bilangan reynold 9062,846826 koefisien geseknya sama

dengan 0,0174271 kemudian pada bilangan reynold 12083,79577 koefisien geseknya

meningkat menjadi 0,0294083 dan selanjutnya. Dari dua contoh percobaan tersebut

menunjukkan kenaikan bilangan reynold berbanding lurus dengan kenaikan koefisien

gesek, hal itu dikarenakan rumus kita asumsikan bahwa semakin besar reynoldnya maka

koefisien geseknya semakin kecil karna kecepatannya (v) berbanding terbalik, sedangkan

dari grafik kita dapat melihat bahwa semakin besar angka reynoldnya maka koefisien

geseknya semakin besar, hal ini dikarenakan pada rumus koefisien gesek sebagai berikut :

λ=2 g . h. d

V 2 L

Pada rumus ini terdapat koefisien gesek yang berbanding terbalik dengan

kecepatan, hanya saja pada percobaan kali ini semakin besar kecepatannya maka nilai

perbadaan tekanannya juga semakin tinggi, hal ini dikarenakan rumus kecepatan yang

ditentukan oleh debit air sebagai berikut:

V= 4Q/πd2

Dari rumus tersebut kita dapat melihat bahwa kecepatan berbanding lurus dengan

debit air dan debit air pada praktikum kali ini berbanding lurus dengan tekanan hal ini

dapat dilihat dari data percobaan berikut di laboratorium fenomena dasar mesin :

Q 0

.6

0.8 1 1,

2

1,4 1

,6

1,8 2 2,2

∆

H

5 15 20 35 55 60 70 85 115



Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai ∆H mengalami peningkatan secara teratur,

hal ini yang mempengaruhi nilai koefisien gesek dan bilangan Reynold.Dimana tekanan

berbanding lurus dengan koefisien gesek sehingga semakin tinggi tekanannya maka

koefisien geseknya akan semakin tinggi juga, sehingga untuk mengetahui harga koefisien

gesek berbanding terbalik dengan reynold bisa dilihat dari perbandingan antara tekanan

dan kecepatan kuadrat pada koefisien gesek, karena pada reynold sendiri tidak

dipengaruhi oleh tekanan.



5000 10000 15000 20000 25000 3000002468

1012141618202224

Hubungan Antara Bilangan Reynold dan Koe-fisien Kerugian Head (ζ)

Gate Valve (Katup 7-8)

Polynomial (Gate Valve (Katup 7-8))

Glove Valve (Katup 9-10)

Polynomial (Glove Valve (Katup 9-10))

Cock Valve (Katup 11-12)

Polynomial (Cock Valve (Katup 11-12))

Bilangan Reynold

Koefi

sien

Keru

gian

Hea

d (ζ

)

pembahasan grafik:

Bilangan Reynold (Re) adalah bilangan yang menentukan jenis aliran daari




4000, maka aliran itu dikatakan aliran transisi. Kerugian Head (Head Losses) adalah

merupakan peristiwa kerugian atau hilangnya tekanan, kerugian ini dapat terjadi karena

adanya perubahan luas penampang, maupun perubahan kecepatan dari aliran fluida.

Berdasarkan grafik hubungan antara bilangan Reynold dengan kerugian Head pada

katup 11-12 (d 2B=0.0529m, d 11/4B=0,0357m)dapat dilihat bahwa semakin tinggi nilai

bilangan Reynold, maka kerugian head-nya juga akan semakin rendah. Hal ini disebabkan

karena pada katup 11-12 terjadi perubahan luas penampang pipa secara mendadak dari

luas penampang kecil menuju luas penampang besar (sudden enlargement), ketika

bilangan Reynoldnya semakin tinggi, maka kecepatan aliran fluidanya juga akan semakin

cepat dan alirannya turbulen.

Pada saat aliran turbulen memasuki daerah pipa yang luas penampangnya besar,

maka akan ada aliran fluida yang menabrak dinding pipa yang luas penampangnya lebih

besar serta akan ada aliran yang menabrak dinding perbesaran pipa,sehingga kecepatan

alirannya akan berkurang akibatnya, kenaikan tekanan differensial yang tinggi (h) tidak



diikuti pula dengan naiknya nilai kecepatan aliran yang tinggi pula. Visualisasi gambar

fenomena yang terjadi adalah sebagai berikut :

Secara teoritis kita mempunyai persamaan yaitu

Re d=d .Vυ ,

ζ =h29−30

(V )2 /2 gdimana Red = bilangan reynold

d = diameter pipa [m]

V = kecepatan aliran fluida [m/s]

v = viskositas kinematis fluida [m/s2]

g = percepatan gravitasi [m/s2]

h = tekanan diferensial pipa [mH2O]

l = panjang pipa [m]

ζ = kerugian head dalam pipa



5000 10000 15000 20000 25000 300000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

Hubungan Antara Bilangan Reynold dengan Koefisien Aliran pada Nozzle, Venturi dan Ori-

fice

Nozzle (Katup 13-14)Polynomial (Nozzle (Katup 13-14))Venturi Tube (Katup 15-16)Polynomial (Venturi Tube (Katup 15-16))Orifice (Katup 17-18)Polynomial (Orifice (Katup 17-18))

Bilangan Reynold

Koefi

sien

Alira

n

pembahasan grafik:

Bilangan Reynold (Re) adalah bilangan yang menentukan jenis aliran daari




4000, maka aliran itu dikatakan aliran transisi.

Dari grafik diatas kita dapat melihat bahwa semakin besar bilangan reynodlnya

maka koefisien aliran venturinya semakin besar. Koefisien aliran pada venturi sendiri

adalah suatu nilai tak berdimensi yang merupakan perbandingan antara debit yang masuk

ke dalam sistem dengan yang masuk ke dalam venturi. Dalam percobaanya ternyata ada

suatu fenomena dimana debit yang masuk ke dalam sistem lebih besar daripada debit yang

masuk ke dalam venturi, sesuai dengan rumus berikut :

Cv=Q1

Qv ; Re d=d .V

υ

Hal ini mengalami penyimpangan dimana debit yang masuk ke dalam sistem dan

debit yang masuk dalam venturi berbeda. Padahal seharusnya debit yang masuk dalam

sistem dan dalam venturi adalah sama. Oleh karena itu, koefisien aliran dalam venturi ini

berguna sebagai pembanding debit yang masuk dalam venturi supaya hasilnya sama

dengan debit yang masuk dalam sistem. Jika dibandingkan dengan bilangan reynold,

maka



nilai koefisien aliran pada venturi sebanding peningkatannya dengan naiknya bilangan

reynold. Namun peningkatan keduanya memiliki kecenderungan perbandingan yang tetap.

Hal ini dikarenakan semakin meningkatnya bilangan reynold, maka nilai

kecepatannya akan meningkat pula yang menyebabkan nilai debit masuk dalam sistem

juga naik. Selain itu, karena meningkatnya kecepatan maka beda tekanan yang terukur

cenderung meningkat. Hal ini menyebabkan nilai debit masuk ke venturi meningkat.

fluid fix

Documents