laporan praktikum mekanika fluida(hidrolik gradien)
Post on 23-Jun-2015
1.758 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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
top related