LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

(HIDROLIK GRADIEN)

Oleh:

Nama : Raizal Maulana

NPM : 240110090077

Hari, Tgl Praktikum : Kamis, 20 mei 2010

Co.Ass : Wilmar N & Dodi

LABORATORIUM SUMBERDAYA AIR

JURUSAN TEKNIK & MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJAJARAN

JATINANGOR

2010

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Tanpa kita sadari dalam kehidupan sehari-hari kita banyak menjumpai alat-

alat rumah tangga yang menggunkan aliran fluida dalam pengoperasiannya. Salah

satu contoh yang sederhana adalah jika kita menyalakan sebuah pompa untuk

mengairi bak mandi yang dapat kita gunakan untuk keperluan sehari-hari, hal

yang menurut kita sederhana ternyata pengaplikasikan salah satu bab dari mata

kuliah yang kita pelajari yaitu Mekanika Fluida.

Mulai dari air yang terhisap masuk kedalam pipa karena bantuan dari pompa

air melalui sambungan, bends, sudden contraction, sudden expansion dan proses

lainnya yang lebih kompleks. Jika kita melakukan perhitungan untuk

mendapatkan debit dari air yang mengalir munkin kita memerlukan banyak waktu

untuk menyelesaikannya.

1.2 Tujuan

Membandingkan debit hasil praktikum dan hasil perhitungan.

Mengukur kecepatan aliran air dalam pipa.

Mengukur tekanan aliran air dalam pipa.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aliran Fluida

Persamaan kontinuitas dihasilkan dari prinsip kekekalan massa. Untuk

aliran mantap, massa fluida yang melalui semua bagian dalam arus fluida per

satuan waktu adalah sama. Ini bisa dituliskan sebagai

ρ 1 A 1V 1=ρ 2 A 2V 2 = konstan

Untuk fluida tak kompresibel dan bila ρ1=ρ2 agar lebih mudah, maka

persamaan tersebut menjadi.

Q = A1V1=A2V2 = konstan

2.2. Aliran Fluida dalam Pipa

Faktor yang berpengaruh terhadap aliran fluida dalam pipa adalah perkiraan

besarnya kehilangan tekanan yang terjadi selama fluida mengalir. Berikut ini

merupakan upaya pemecahan terhadap hal tersebut, mulai dari pengembangan

persamaan kesetimbangan energi sampai pada perkiraan kehilangan fluida baik

pada aliran fluida satu fasa maupun multi-fasa.

a. Persamaan Kesetimbangan Energi

Persamaan dasar kehilangan tekanan pada sistem aliran fluida dalam pipa

dikembangkan dari persamaan kesetimbangan energi, yang merupakan

kesetimbangan energi dua titik di dalam satu sistem aliran, sebagaimana terlihat

pada Gambar 1.

Gambar 1. menyatakan bahwa besarnya energi yang masuk ke dalam pipa

pada titik A, ditambah dengan kerja yang dilakukan fluida sepanjang pipa antara

titik A dan titik B, dikurangi dengan energi yang hilang selama fluida mengalir

antara kedua titik tersebut sama dengan besarnya energi yang keluar dari pipa

npada titik B. Pernyataan tersebut disebut juga hukum konversi energi, yang secara

matematis dapat ditulis dengan persamaan berikut :

Parameter-parameter yang bekerja pada sistem kesetimbangan tersebut

antara lain adalah:

a. Energi Dalam Fluida ( internal energy, U )

Merupakan energi yang terbawa bersama dengan aliran fluida. Energi

ini dapat berupa akumulasi energi-energi yang timbul akibat adanya

pergerakan molekul fluida, baik itu energi putaran (rotational), perpindahan

(translational), maupun energi getaran (vibrational).

b. Energi Kinetic ( m v2

2 gc)

Merupakan energi yang timbul berkaitan dengan kecepatan aliran fluida.

c. Energi Potensial

Merupakan energi yang berhubungan dengan perubahan ketinggian

aliranfluida, dimana z merupakan besarnya ketinggian yang dihitung terhadap

titik tertentu.

d. Energi Ekspansi

Sering juga disebut dengan energi kompresi atau energi tekanan, yaitu

energy yang menunjukkan besarnya kerja selama fluida mengalir, atau besarnya

energi potensial jika dihubungkan dengan perubahan tekanan.

e. Perpindahan Panas ( q )

Merupakan parameter yang menyatakan besarnya energi panas yang masuk

maupun yang meninggalkan sistem.

f. Kerja ( work, W )

Menyatakan besarnya kerja yang dilakukan terhadap ataupun oleh sistem.

Parameter W dapat berharga positif ataupun negatif, tergantung dari kedudukan

kerja itu sendiri. Apabila kerja yang ada mengakibatkan aliran fluida, seperti

halnya pada pompa, maka W berharga negatif. Sedangkan W akan berharga

positif apabila kerja timbul karena adanya aliran fluida, seperti pada sistem turbin.

Persamaan (1) merupakan persamaan hukum konversi energi dalam bentuk

energi alam, sehingga untuk memecahkannya perlu diubah dalam bentuk

kesetimbangan energi mekanis, dengan menggunakan energi dalam prinsip

thermodinamika, yaitu entalpi dan entropi.

Entalpi (H)

Didefinisikan sebagai jumlah antara energi dalam dengan energi ekspansi,

atau secara matematis dapat ditulis :

H = U + p V ............................................................................. (2)

Entropi (S)

Didefinisikan sebagai perubahan energi yang terjadi dalam sistem, dimana

perubahan tersebut hanya dilihat dari kondisi awal dan akhir tanpa

memperhatikan perubahan pada keseluruhan sistem. Secara matematis

entropi dapat ditulis sebagai berikut :

b. Aliran Fluida Satu Fasa dalam Pipa

Faktor yang menentukan dalam perhitungan kehilangan tekanan pada

aliran fluida dalam pipa adalah faktor gesekan (friction factor) antara fluida yang

mengalir dengan dinding pipa. Faktor gesekan didefinisikan sebagai

perbandingan antara shear stress fluida dengan energi kinetik persatuan volume,

atau secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

Besarnya gradien tekanan yang disebabkan oleh faktor gesekan, ditunjukkan pada

Persamaan (16), yaitu:

Faktor gesekan merupakan fungsi dari dua parameter yang tidak berdimensi, yaitu

kekasaran relatif pipa (relatif roughness) dan bilangan Reynold (Reynold’s

number, NRe). Kekasaran relatif pipa sendiri adalah perbandingan antara

kekasaran absolut (absolute roughness, ), yang diketahui untuk setiap jenis

pipa, dengan diameter pipa (d, ft). Sedangkan besarnya bilangan Reynold dapat

ditentukan dengan persamaan berikut :

Penentuan faktor gesekan pada aliran fluida satu fasa, tergantung dari jenis

alirannya. Pada fluida dengan bilangan Reynold kurang dari 2000, maka aliran

yang terjadi adalah aliran laminer, dimana kecepatan alirannya membentuk profil

parabola dengan kecepatan maksimal pada tengah pipa. Untuk fluida dengan

bilangan Reynold labih dari 4000, yang terbentuk adalah aliran turbulen.

Sedangkan aliran yang terjadi pada fluida dengan bilangan Reynold antara 2000

dan 4000 adalah aliran transisi.

Aliran Laminer

Pada aliran laminer, faktor gesekan dapat ditentukan dengan persamaan :

Dari persamaan diatas diketahui bahwa pada aliran laminer, besarnya factor

gesekan hanya dipengaruhi oleh bilangan Reynold fluida, dan tidak tergantung

pada kekasaran pipa.

Aliran Turbulen

Pada aliran laminer, faktor gesekan dapat didekati dengan menggunakan

persamaan yang dikembangkan oleh Colebrook and White (1939) berikut :

Selain dengan menggunakan persamaan-persamaan diatas, besarnya factor

gesekan terutama untuk aliran tubulen, dapat ditentukan menggunakan kurva

pada Gambar 5, dengan mengetahui jenis dan diameter pipa serta bilangan

Reynold fluidanya.

c. Aliran Fluida Multi Fasa dalam Pipa

Perhitungan gradien tekanan untuk aliran fluida multi fasa dalam pipa

lebih kompleks, dimana semua parameter yang digunakan merupakan parameter

gabungan dari fasa-fasa yang mengalir. Aliran multi fasa dapat berupa aliran fluida

minyak dan air ataupun aliran minyak – gas, atau bahkan dari ketiga fasa tersebut.

Untuk menentukan parameter gabungan digunakan suatu parameter penghubung

yang disebut hold-up, yang jenisnya tergantung dari asumsi kondisi kecepatan

masing-masing fasa yang mengalir.

Hold-Up (H)

Asumsi yang digunakan dalam penggunaan parameter ini adalah

kecepatan aliran antara fluida dan fasa gas berbeda. Hold-up untuk cairan (liquid

hold-up, HL) didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pipa yang terisi

oleh fluida dengan volume pipa secara keseluruhan. Sedangkan untuk gas hold-

up, merupakan perbandingan antara volume pipa yang terisi oleh gas dengan

volume pipa secara keseluruhan Kedua pengertian tersebut secara matematis

dapat dituliskan dengan persamaan :

No-Slip Hold-Up ()

Asumsi yang digunakan dalam penggunaan parameter ini adalah fluida

dan gas mengalir dengan kecepatan yang sama. Besarnya no-slip hold-up untuk

cairan (no-slip liquid hold-up, L) dapat ditentukan dengan membandingkan

besarnya laju aliran volumetrik fluida dengan laju aliran volumetrik seluruh fasa

(gas dan fluida).

BAB III

METODE PRAKTIKUM

3.1 Alat

Kran

Selang

Pipa

Bak konstan

Thorn

Manometer

Meteran 3 meter

Mistar

Gelas ukur 1000ml

Stopwatch

3.2 Bahan

Air

3.3 Prosedur Pelaksanaan

Memastikan bak konstan memiliki ketinggian air yang tetap.

Membuka kran (outflow) secara perlahan-lahan sampai ada bacaan pada

keempat manometer, kemudian membaca dan mencatat bacaan pada

manometer tersebut (dilakukan pada 3 posisi bukaan kran yang berbeda).

Setelah itu, mencabut selang yang terhubung pada kran kemudian hitung

debit dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch (dilakukan pada 3

posisi bukaan kran yang berbeda).

Mengukur panjang dari pipa.

.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

NO.Tinggi Bacaan Pada Manometer (cm)M1 M2 M3 M4

1 0,1954 28 26 23,5 242 0,1279 6 4,5 11 13 0,1450 1,5 10,5 16 2,5

Q (l/s)

Penghitungan Debit berdasarkan data yang didapat dari percobaan.

1. V = 860 ml = 0.860 l ; Q = 0.1954

2. V = 550 ml = 0.550 l ; Q = 0.1279

3. V = 750 ml = 0.750 l ; Q = 0.1450

Penghitungan kecepatan berdasarkan bacaan pada manometer M1 dan M4.

a. M1

V1 = st =

M 1t

= 28

4.42 = 6.3348 cm /s

V2 = st =

M 1t

= 6

4.30 = 1.3953 cm /s

V3 = st =

M 1t

= 1.5

5.30 = 0.2830cm /s

b. M4

V1 = st =

M 2t

= 264.42

= 5.882 cm /s

V2 = st =

M 2t =

4.54.30 = 1.0465 cm /s

V3 = st =

M 2t =

10.55.30 = 1.9811 cm /s

Perhitungan tekanan berdasarkan pada manometer M2 da M3.

a. M2

P1 = ρ . g . h

P1 = ρ . g . M2

P1 = 1000 kg/m3.9,81 m/s2.0,26 m

P1 = 2550,6 Pa

P2 = ρ . g . h

P2 = ρ . g . M2

P2 = 1000 kg/m3 . 9.81 m/s2.0,045m

P2 = 441,45 Pa

P3 = ρ . g . h

P3 = ρ . g . M2

P3= 1000 kg/m3 . 9.81 m/s2 . 0,105 m

P3 = 1030.05 Pa

b. M3

P1 = ρ . g . h

P1 = ρ . g . M3

P1 = 1000 kg/m3 . 9.81 m/s2 . 0.235 m

P1 = 2305.35 Pa

P2 = ρ . g . h

P2 = ρ . g . M3

P2 = 1000 kg/m3 . 9.81 m/s2 . 0.11 m

P2 = 1079.1 Pa

P3 = ρ . g . h

P3 = ρ . g . M2

P3= 1000 kg/m3 . 9.81 m/s2 . 0.16 m

P3 = 1569.6 Pa

Perhitungan debit menggunakan table Friction losses dan Local Losses.

Friction losses

Pipa Ǿ (m) L (m) K KLAB 0.0254 0.2525 66393.9 16764.45975BC 0.0254 1.28 66393.9 84984.192CD 0.0254 0.13 66393.9 8631.207DE 0.0254 1.09 66393.9 72369.351EF 0.0254 0.22 66393.9 14606.658FG 0.0127 0.2 1942026 388405.2

Local Losses

Point k K' kK'A 0.8 198512 158809.6B 198512C 2.2 198512 436726.4D 2.2 198512 436726.4E 198512F 0.323 198512 64119.376G 1 3176189 3176189

4.2 Pembahasan

Pada awal praktikum kami dan Co.Ass memastikan bak konstan head

memiliki ketinggian yang tetap agar pengamatan dapat berlangsung dan air tidak

meluap dari bak tersebut.

Setelah itu kami melakukan langkah percobaan yang pertama yaitu

membuka kran (outflow) secara perlahan-lahan dan pada 3 bukaan yang berbeda.

Buka kran perlahan sampai air dapat terlihat dan terbaca pada manometer M1,

M2, M3, M4 kemudian mencatat data yang ada. Langkah kedua kami akan

menghitung debit tiap posisi bukaan kran dengan menggunakan gelas ukur dan

stopwatch. Kemudian diperoleh data debit dengan satuan l/s sebagai berikut:

1. V = 860 ml = 0.860 l ; Q = 0.1954

2. V = 550 ml = 0.550 l; Q = 0.1279

3. V = 750 ml = 0.750 l ; Q = 0.1450

Langkah berikutnya kami menghitung kecepatan dan tekanan fluida dalm

pipa berdasarkan Manometer Dan didapat data sebagai berikut:

a. M1

V1 = st =

M 1t

= 28

4.42 = 6.3348 cm /s

V2 = st =

M 1t

= 6

4.30 = 1.3953 cm /s

V3 = st =

M 1t

= 1.5

5.30 = 0.2830cm /s

b. M4

V1 = st =

M 2t

= 264.42

= 5.882 cm /s

V2 = st =

M 2t =

4.54.30 = 1.0465 cm /s

V3 = st =

M 2t =

10.55.30 = 1.9811 cm /s

c. M2

P1 = 2550,6 Pa

P2 = 441,45 Pa

P3 = 1030.05 Pa

d. M3

P1 = 2305.35 Pa

P2 = 1079.1 Pa

P3 = 1569.6 Pa

Kemudian kami juga menentukan Friction losses dan Local Losses pada

pipa dan dihasilkan table Friction losses dan Local Losses seperti yang ada pada

bab hasil di atas.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari data yang kami peroleh dapat disimpulkan beberapa hal yaitu sebagai

berikut:

Air yang melalui pipa pada posisi bukaan kran ke-1 adalah 0.1954 liter

tiap detik, yang ke-2 adalah 0.1279 liter tiap detik, yang ke-3 adalah

0.1279 liter tiap detiknya.

Pada perhitungan tekanan didapat hasil yang tidak beda jauh antara

tekanan yang didapat dengan manometer M2 dan M3.

Adanya bends, sudden contaction dan gesekan pada pipa bisa

mempengaruhi kecepatan aliran fluida dalam pipa

5.2 Saran

Saran yang dapat saya sampaikan hanyalah penjelasan yang lebih jelas dari

Co.Ass dan ketersediaan alat yang memadai baik kuantitas maupun kualitas bagi

mahasiswa.

DAFTAR PUSTAKA

Ranald, V.Giles. 1977. Mekanika Fluida dan Hidaulika Edisi kedua. Mc Graw Hill

Brook Company.

http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=jiptunmerpp-gdl-res-1998-moeljadi2c-6240-fluida

http://www.gurumuda.com/tekanan-dalam-fluida

http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/mekanika_fluida_dasar/bab2-statika_fluida.pdf

http://catetankuliah.blogspot.com/2009/05/laporan-praktikum-persamaan-bernaulli.html