modul mek flu

5/11/2018 Modul Mek Flu - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/modul-mek-flu-55a0d14385619 1/9

2010

Workshop Instrumentasi

Disusun oleh:Dewan Asisten

[MODUL PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA]



Dewan Asisten Workshop Instrumentasi

2

P1

Hubungan laju aliran volumetric dengan kedalaman fluida

Pengertian laju aliran volumetrik

Laju aliran volumetrik (V) dari suatu sistem adalah ukuran volume cairan melewati

sebuah titik dalam sistem per satuan waktu. Laju aliran volumetrik dapat dihitung sebagai

produk cross sectional area (A) untuk aliran dan kecepatan aliran rata-rata (v). Misalnya,

sebuah keran air mengeluarkan 10m3

fluida dalam tiap detiknya, berarti laju alirannya

adalah 10m3

per sekon. Laju aliran volumetric juga dikenal dengan sebutan debit.

Hubungan laju aliran volumetric dengan luasan pipa yang digunakan adalah:

Q = v A

Dimana Q = debit

A = luasan

V = kecepatan aliran

Catatan: Antara kecepatan aliran dengan kecepatan aliran volumetric berbeda.

Pengertian tekanan hidrostatis

Dalam materi ini, tekanan hidrostatik diperhitungkan dalam menentukan hubungan

kedalaman air dengan laju aliran volumetric pada dasar sebuah bejana. tekanan hidrostatis

adalah tekanan yang diberikan oleh fluida pada kesetimbangan karena gaya gravitasi.

Sebuah cairan dalam kondisi ini dikenal sebagai cairan hidrostatik . Tekanan hidrostatik

dapat ditentukan dari analisis volume atur dari sebuah kubus sangat kecil cairan. KarenaTekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada area uji (p = F / A, dengan p:

tekanan, F: gaya normal ke daerah A, A: area), dan satu-satunya gaya yang bekerja pada

setiap potongan kubus kecil (yang diartikan sebagai dv) dalam dasar fluida adalah berat

kolom fluida diatasnya di atasnya. Jika berat kolom fluida diatasnya adalah densitas

dikalikan gravitasi, sehingga tekanan hidrostatis dapat dihitung menurut rumus berikut:

Dari rumus diatas, terbukti bahwa tekanan hidrostatis hanya dipengaruhi oleh komponen

dalam sumbu z (vertical). Sehingga, secara umum:

P = ρgh

dengan: P = tekanan hidrostatis

ρ = densitas fluida

h = kedalaman fluida

Hubungan laju aliran volumetric dengan kedalamanPerhatikan gambar berikut:

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrostatic_fluid&prev=/search%3Fq%3Dhydrostatic%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26channel%3Ds%26prmd%3Db&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgIg1MmnlOMEnHT8vdWmi0gs2SWNg

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Pressure&prev=/search%3Fq%3Dhydrostatic%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26channel%3Ds%26prmd%3Db&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhvMtsN6ZjaSQzyDWYNIMxQLGZUQg

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Pressure&prev=/search%3Fq%3Dhydrostatic%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26channel%3Ds%26prmd%3Db&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhvMtsN6ZjaSQzyDWYNIMxQLGZUQg

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrostatic_fluid&prev=/search%3Fq%3Dhydrostatic%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26channel%3Ds%26prmd%3Db&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgIg1MmnlOMEnHT8vdWmi0gs2SWNg




3

Gambar 1.

Untuk menyelesaikan hubungan v dan h pada gambar diatas, dianalisa dulu kecepatan

aliran yang keluar dari sebuah wadah. Seperti gambar dibawah ini.

Gambar 2

Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2 (permukaan

lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dari diameter

wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol (v1 = 0). Permukaan

wadah dan permukaan lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama dengan tekanan

atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah :

Jika kita ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar wadah, maka

persamaan diatas menjadi :

Tahanan hiperbolikus

Tahanan hiperbolikus adalah tahanan yang disebabkan karena adanya pipa

sepanjang l yang menahan laju aliran keluaran (v2) pada gambar 2. Karena aliran fluidaberbelok menuju pipa keluaran, dapat diartikan tahanan hiperbolikus adalah suatu keadaan




4

dimana terjadi tahanan geser yang berlebihan ketika menuju tikungan. Besarnya tahanan

hiperbolikus adalah dipengaruhi oleh panjang pipa dan diameter pipa. Sehingga,

persamaan kecepatan keluaran fluida (v2) menjadi.

Sehingga v adalah:

keterangan:

v = laju aliran (m/s)

A = luasan penampang pipa (m2)

D = diameter penampang pipa (m)

g = percepatan grafitasi (m/s2) (9,8 m/s

2)

h = ketinggian air (m)

K = konstanta yang telah dihitung sebesar 1,612

Alat dan prosedur percobaan

Alat percobaan (P1)

Siapkan alat-alat yang di butuhkan untuk memulai percobaan

- Gelas ukur 1 buah.

- Penggaris 1 buah.

- Plant level

- Stop watch 1 buah.

Percobaan laju aliran (P1)

1. Siapkan alat-alat yang di butuhkan

2. Ukur diameter pipa dan panjang pipa.

3. Ukur ketinggian level air, dan menjaga level sesuai arahan dari asisten.

4. Letakan gelas ukur pada keluaran air dan hitung volumenya selama beberapa detik

catat waktu yang di butuhkan.

5. Variasikan ketinggian level sesuai arahan asisten.6. Ulangi poin 2,3 dan 4 untuk ketinggian level yang lain

7. Catat hasil percobaan.




5

P2

Headloss dan pressure loss

Aliran Laminer dan Turbulen

Aliran laminer dan turbulen ditentukan oleh bilangan Reynolde

R yang dinyatakan :

turbulenaliran R

er laaliran Rbila DV

R

e

ee

2300

min2300

Aliran Laminer

Kecepatan aliran pada sebuah titik dipertahankan konstan terhadap perubahan waktu , hal

ini ditunjukka Gambar 3 dibawah ini.

Gambar 3 Kecepatan pada sebuah titik dalam aliran laminer

Aliran Turbulen

Ditunjukkan adanya trace kecepatan (jejak kecepatan) yang berfluktuasi secara

random (acak) dari seketika itu kecepatan u bervariasi terhadap waktu kecepatan rata-

rata U dan komponen fluktuasinya u , hal ini ditunjukkan Gambar 4 dibawah ini.

Maka kecepatan seketika itu u adalah jumlahan kecepatan rata-rata waktu dan

komponen kecepatan fluktuasinya u , maka dinyatakan :

uuu

Catatan: Karena aliran steady , maka kecepatan rata-rata u tidak bervariasi terhadap

perubahan waktu.

Dalam aliran satu demensi laminer , dimana tegangan geser yx (komponen tangensial

dari gaya permukaan) sebanding dengan gradien kecepatan arah y , maka dinyatakan :

dy

du yx




6

Gambar 4. Kecepatan pada sebuah titik dalam aliran turbulen

Head loss

Untuk perhitungan head loss yang terdiri dari major loss dan minor loss, pertama

harus mengetahui dulu profil alirannya apakah laminar atau turbulen. Dengan bilanganreynold sebesar:

Dv

Q

v

D

D

Q

v

DV DV R

e

44

2

Total head loss T l

h merupakan jumlahan dari Major Losses lh (didapat dari

effek gesekan aliran fully developed dengan luas penampang pipa konstan) dan Minor

Losses lm

h (didapat dari : entrance , fittings dan perubahan luas penampang pipa).

Major loss dapat diartikan sebagai pressure drop pada saat keadaan pipa lurus dan

horisontal. Sehingga besarnya mayor loss adalah sebesar ∆p. Hubungan antara major loss

dan laju aliran volumetrik adalah sebagai berikut:

L

D p

L

R p

L

p RQ

12888

444

Sehingga, besarnya laju aliran pressure drop (major loss):

Atau dengan rumus lain major loss yaitu:

2

2

21

V

D

L f p p p

Sedangkan, untuk minor loss adalah loss yang disebabkan oleh elbow/ tikungan.

Head loss pada pipa membengkok (Elbow) lebih besar dari pada aliran fully developed

pipa panjang yang luas penampangnya sama. Loss pertama dihasilkan dari aliran kedua

dan lebih umum dinyatakan bahwa sebanding dengan panjang dari pipa lurus.

Kesebandingan panjang , tergantung relatip terhadap jari-jari kurva membengkok

pipa nya (jari-jari Elbow nya), bila membengkok nya 090 hal ini ditunjukkan oleh

Gambar 5 .




7

Gambar 5. Le/D elbow 90 sebesar 60

Dalam percobaan ini yang digunakan adalah elbow 90. Besarnya minor loss dapat

diformulasikan:2

2

V

D

L f h e

lm

Alat dan Prosedur Percobaan

Alat percobaan (P2)

Siapkan alat-alat yang di butuhkan untuk memulai percobaan

- Gelas ukur 1 buah..

- Pipa besi elbow

- Stop watch 1 buah.

Percobaan laju aliran (P1)

8. Siapkan alat-alat yang di butuhkan

9. Ukur diameter pipa dan panjang pipa.

10. Nyalakan pompa sehingga air bergerak didalam pipa dengan kecepatan v

11. Perhaikan pressure gauge untuk mengetahui pressure dropnya.

12. Letakan gelas ukur pada keluaran air dan hitung volumenya selama beberapa detik

catat waktu yang di butuhkan

13. Setelah tau debitnya, hitung v alirannya




8

14. Untuk menghitung mayor loss pada sisi pipa lurus, gunakan rumus:

2

2

21

V

D

L f p p p , terlebih dahulu hitung bilangan reynold untuk

mengetahui f, jika relative roughness sebesar 0,1

15. Hitung minor loss dengan rumus: 2

2

V

D

L f h e

lm

16. hitung head loss yang merupakan pejumlahan dari seluruh loss yang dilewati pipa.

Note:

untuk mencari friction factor gunakan kurva yang ada pada lampiran.

Apapun yang kurang jelas dapat ditanyakan ke aisiten




9

LAMPIRAN

modul mek flu

Documents