LAPORAN PRAKTIKUM

MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA

KELOMPOK 26:

Rury Fuadhilah (0806338903)

Sutan Hamda (0806338935)

Syifarahma Ayu (0806338941)

Winny Laura C H (0806338954)

Yuliana S (0806338960)

PJ Kelompok : Syifarahma Ayu

Asisten Modul : Feri Frastiansyah

Tanggal Praktikum : 12 Maret 2010

Tanggal Disetujui :

Nilai Laporan :

Paraf Asisten :

LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

2010

H08 – GESEKAN DALAM PIPA

8.1 TUJUAN PRAKTIKUM

Menyelidiki perubahan tekanan akibat adanya gesekan dalam pipa bundar dengan

kecepatan aliran rata-rata.

Menunjukkan adanya aliran laminar dan turbulen.

8.2 TEORI DASAR

Kehilangan tekanan aliran di dalam pipa timbul akibat adanya gesekan di dalam pipa.

Semakin tinggi kecepatan aliran, maka kehilangan energi akan semakin besar.

Gambar 8.1 Gesekan dalam pipa

Pada gambar di atas tampak kehilangan energi (hf) = kehilangan tekanan (h2-h1), karena

kecepatan sepanjang pipa adalah konstan.

Menurut Poiseuille untuk aliran laminar, rumusannya :

hf =

dimana:

hf : h1-h2 V : kinematic viscosity

k : Dynamic viscosity v : kecepatan aliran rata-rata

ρ : massa jenis zat cair L : panjang pipa

D : diameter pipa g : percepatan gravitasi bumi

Darcy and Weisback memberikan hubungan antara kehilangan tekanan dan kecepatan aliran

turbulen, sebagai berikut:

hf =

f : faktor gesekan

Bila persamaan Poiseuille dan Darcy-weisback disatukan, maka:

=

f =

=

Re : Bilangan Reynold

8.3 ALAT DAN BAHAN

1. Meja Hidrolika

2. Stopwatch

3. Gelas ukur

4. Alat peraga gesekan dalam pipa

5. Pompa

Gambar 8.2 Alat peraga gesekan dalam pipa

Keterangan Gambar :

1. Pipa aliran masuk 8. Pengatur tekanan

2. Pipa masuk tangki 9. Katup pengatur aliran

3. Pipa pengalir keluar tangki 10. Kaki penyangga

4. Pengatur tekanan 11. Tangki

5. Pipa uji (Ǿ 2 mm) 12. Katup keluar/masuk udara

6. Manometer air raksa 13. Pompa tangan

7. Manometer air 14. Pipa pelimpas

8.4 CARA KERJA

a. Pembacaan Manometer Air

1. Mengukur panjang pipa uji (5) dan temperatur air

2. Menghubungkan saluran alat uji dengan meja hidrolika

3. Menyambungkan ujung pipa (3) dengan suplai air dari meja hidrolika

4. Membuka katup pengatur aliran pada ujung pipa (9) ke meja hidrolika sehingga

air dapat mengalir sampai seluruh udara dapat terdesak keluar

5. Menutup kembali kedua katup, ketika manometer air raksa (6) sudah dalam

keadaan setimbang

6. Membuka katup pengatur aliran pada meja hidrolika

7. Membuka katup pada ujung pipa (9) sedikit demi sedikit

8. Mencatat beda tinggi manometer air raksa

9. Mengukur debit aliran dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch

10. Melakukan langkah 7 s.d. 10 untuk berbagai beda tekanan

b. Pembacaan Manometer Air Raksa

1. Menutup kedua katup kembali, melepaskan pipa masuk dari meja hidrolika (3)

kemudian menyambungkannya dengan aliran masuk dari tangki

2. Menghubungkan suplai air dari meja hidrolika ke tangki

3. Membuka katup pengatur aliran pada meja hidrolika, sehingga air melimpas

melalui pipa pelimpas (14)

4. Mengatur tinggi thermometer air (7) sehingga berada di tengah-tengah skala

dengan menggunakan pompa (13)

5. Membuka katup pengatur aliran pada ujung pipa (9) sedikit demi sedikit

6. Mencatat beda tinggi manometer air

7. Mengukur debit aliran dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch

8. Melakukan langkah 1 s.d. 8 untuk berbagai beda tekanan

8.5 PENGOLAHAN DATA

Data Praktikum

No. Water Manometer

Reading (mm)

Mercury Manometer Reading

(mm) Volume (mL) Time (s)

1 2 1 2 Water Mercury Water Mercury

1 205 190 205 190 86 86 10 10

2 210 185 210 185 116 116 10 10

3 215 182 215 182 138 138 10 10

4 220 176 220 176 168 168 10 10

5 225 172 225 172 96 96 5 5

6 230 166 230 166 110 110 5 5

Tabel 8.1 Tabel hasil praktikum

8.6 ANALISA

a. Analisa Praktikum

Praktikum kali ini mempunyai kode H-08 dengan judul Gesekan dalam Pipa.

Praktikum ini bertujuan untuk menyelidiki perubahan tekanan akibat adanya gesekan

dalam pipa bundar dengan kecepatan aliran rata-rata dan menunjukan adanya aliran

laminar dan turbulen. Selanjutnya, praktikum ini terdiri dari dua tahap yaitu untuk

pembacaan pada manometer air dan dilanjutkan dengan manometer raksa.

Untuk pembacaan pada manometer air, hal yang pertama dilakukan adalah

mengukur panjang pipa dan temperatur air. Pengukuran panjang pipa dimaksudkan untuk

memperoleh luas permukaan dari pipa yang akan digunakan untuk mendapatkan besarnya

kecepatan aliran dalam pipa. Lalu, menghubungkan ujung pipa pada alat praktikum

gesekan dalam pipa, dengan suplai dari meja hidrolika. Setelah dihubungkan dengan

meja hidrolika, katup pengatur aliran pada ujung pipa dibuka agar udara dalam pipa

terdesak keluar. Apabila semua udara dalam pipa belum juga berhasil terdesak keluar (di

dalam pipa masih ada kandungan udara), maka dilakukan pemompaan. Hal ini dilakukan

karena dengan adanya kandungan udara dalam pipa akan memperlambat laju/kecepatan

aliran di dalam pipa. Sehingga bila terdapat udara di dalam pipa, kecepatan aliran akan

berkurang dan tekanan yang terukur menjadi lebih kecil dari yang seharusnya.

Setelah itu menutup kembali kedua katup. Penutupan kembali kedua katup ini

dilakukan ketika kedua manometer berada dalam keadaan setimbang (tinggi permukaan

air yang terbaca sama). Setelah manometer berada dalam keadaan setimbang, katup

pengatur aliran pada meja hidrolika dibuka sedikit demi sedikit. Pembacaan manometer

air dilakukan pada setiap kenaikan 10 mm pada manometer 1 atau manometer acuan

(penentuan 10 mm ini ditetapkan sesuai keinginan praktikan). Pada praktikum kali ini

kami memutuskan untuk memulainya dari 290 mm. Setiap kenaikan 10 mm permukaan

air pada manometer 1, maka dilakukan pembacaan tinggi air pada manometer 2 atau

manometer pembanding dan diukur perbedaan tinggi air antara manometer 1 dan

manometer 2.

Pada manometer air, yang mengukur tekanan pada pipa bagian atas adalah

manometer 1 sedangkan yang mengukur tekanan pada pipa bagian bawah adalam

manometer 2. Setelah itu, praktikan mengukur debit aliran dengan cara mengukur volume

air yang keluar dari pipa keluar aliran selama beberapa detik sesuai dengan keinginan

praktikan dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch. Kami sepakat untuk

mengukurnya selama 60 detik, namun karena gelas ukur kurang besar digunakan pula

waktu 25 detik.

Untuk pembacaan pada manometer raksa sama seperti pada pembacaan

manometer air. Pembacaan manometer raksa dilakukan pada setiap penurunan 5 mm

pada manometer 1 (penentuan 5 mm ini ditetapkan sesuai keinginan praktikan). Setiap

penurunan 5 mm permukaan air pada manometer 1 atau disebut juga manometer acuan,

maka dilakukan pembacaan tinggi air pada manometer 2 atau manometer pembanding

dan diukur perbedaan tinggi air antara manometer 1 dan manometer 2. Pada manometer

raksa, yang mengukur tekanan pada pipa bagian atas adalah manometer 1 sedangkan

yang mengukur tekanan pada pipa bagian bawah adalah manometer 2.

Setelah itu, praktikan mengukur debit aliran dengan cara mengukur volume air

yang keluar dari pipa keluar aliran dengan menggunakan gelas ukur serta stopwatch

Kami sepakat untuk mengukurnya selama 10 detik, namun karena gelas ukur kurang

besar digunakan pula waktu 5 detik.

Perbedaan tinggi antara kedua manometer tersebut menunjukan bahwa adanya

perbedaan tekanan pada pipa bagian atas dengan pipa bagian bawah. Selain itu,

pemakaian dua manometer pada praktikum ini yaitu manometer raksa dan manometer air

dimaksudkan untuk membandingkan besarnya total head (hf) hasil pembacaan dari

manometer air dengan hasil pembacaan dari manometer raksa yang seharusnya bernilai

sama apabila debit aliran sama. Bila ternyata hasilnya tidak sama (terdapat perbedaan),

hal ini diakibatkan karena adanya kesalahan-kesalahan yang dilakukan praktikan saat

praktikum sehingga menyebabkan data hasil praktikum tidak tepat.

b. Analisa Hasil dan Grafik

Pada praktikum gesekan dalam pipa ini, terdapat 6 buah grafik yang terdiri dari

grafik hubungan logaritma dari kuadrat kecepatan aliran dengan logaritma total head (log

ν2

terhadap log hf) untuk manometer air dan raksa, grafik hubungan logaritma bilangan

reynold dengan logaritma frekuensi gesekan (log Re terhadap log f) untuk manometer air

dan raksa, grafik hubungan logaritma kecepatan dengan logaritma total head (log ν

terhadap log hf) untuk manometer air dan raksa.

Keenam grafik tersebut dibuat dengan menggunakan metode persamaan regresi

linear (metode least square) berdasarkan data-data praktikum yang diperoleh. Biasanya

data-data yang diukur dinamakan variabel bebas. Metode persamaan regresi linear ini

merupakan suatu metode pendekatan terhadap persebaran data-data yang diplot ke dalam

grafik. Dan terdiri dari dua variabel yang masing mewakili suatu sumbu tersendiri.

Misalkan saja sumbu x, searah bidang diagonal dan sumbu y, searah bidang vertikal.

Agar memudahkan kita dalam mengamati hasil praktikum ini, maka kita tetapkan

variabel yang searah denga sumbu x adalah merupakan variabel yang bebas. Sebagai

contoh, untuk grafik hubungan log ν2

terhadap log hf, variabel bebasnya adalah kecepatan

aliran dan variabel terikat adalah total head.

Dari grafik pertama dengan manometer air terlihat bahwa persamaan regresinya

adalah y = 0.623x - 0.732 serta R² = 0.976. Artinya, persebaran data-data antara

kecepatan aliran dan total head bila diplot ke dalam grafik dapat ditarik suatu

pendekatan/diwakili dengan persamaan regresi linear y = 0.623x - 0.732. Selain itu, pada

grafik juga terlihat nilai R2 yaitu 0.976. Nilai R ini menunjukan nilai koefisien korelasi

antara persamaan regresi linear terhadap sebaran data-datanya. Tujuan mencari nilai

koefisien korelasi ini untuk mengetahui apakah persamaan regresi linear yang dipilih

tepat untuk mewakili persebaran data yang diperoleh. Jika nilai R = 1 berarti persamaan

yang dipilih tepat mewakili persebaran data yang ada. Jika nilai koefisien korelasinya

lebih atau kurang dari 1 berarti persamaan yang dipilih belum tepat mewakili persebaran

data yang ada (namun mendekati). Biasanya nilai R masih dapat diterima berkisar antara

- 0,6 R 0,6. Nilai koefisien korelasi ini dianggap sama untuk semua kondisi.

Selanjutnya hal ini kita terapkan pula untuk grafik hubungan logaritma dari

kuadrat kecepatan aliran dengan logaritma total head (log ν2

terhadap log hf) untuk

manometer air raksa, grafik hubungan logaritma bilangan reynold dengan logaritma

frekuensi gesekan (log Re terhadap log f) untuk manometer air dan raksa, dan grafik

hubungan logaritma kecepatan dengan logaritma total head (log ν terhadap log hf) untuk

manometer air dan raksa. Pada grafik log ν2

terhadap log hf) untuk manometer air raksa

diperoleh persamaan y = 0.769x - 0.808 dan R² = 0.997.

Grafik yang ketiga adalah grafik antara log Re terhadap log f untuk manometer

air diperoleh persamaan y = -0.753x - 3.492 dan R² = 0.938 , grafik log Re terhadap log f

untuk manometer raksa diperoleh persamaan y = -0.460x - 2.851 dan R² = 0.976. Grafik

yang selanjutnya adalah grafik antara log ν terhadap log hf, untuk manometer air

diperoleh persamaan y = 1.246x - 0.732 dan R² = 0.976 dan grafik log ν terhadap log hf

untuk manometer raksa diperoleh persamaan y = 1.539x - 0.808 dan R² = 0.997. Hasil ini

diperoleh setelah diketahui, bahwa rata-rata kecepatan aliran pada manometer raksa lebih

besar daripada besarnya nilai kecepatan kritis. Maka, dalam plotting, di grafik sumbu x

yang diperoleh dari persamaan Log V, kecepatan yang digunakan adalah kecepatan yang

lebih kecil, yaitu kecepatan kritis. Karena dalam perhitungan yang ingin kita ketahui

adalah adanya perubahan bentuk aliran yaitu dari aliran laminar ke aliran turbulen, maka

reynold yang digunakan haruslah berada dalam range aliran laminer. Dikarenakan

Reynold yang didapat dari pembacaan pada manometer kecepatan aliran raksa adalah

termasuk ke dalam kelompok aliran turbulen, maka untuk menunjukan adanya perubahan

aliran, digunakan kecepatan kritis sebagai kecepatan dan diplot ke dalam grafik.

Bila dilihat dari garis lurus y= bx + a pada tiap-tiap grafik, maka hubungan

logaritma kecepatan dengan logaritma total head baik untuk manometer air dan

manometer raksa adalah semakin besar kecepatan aliran maka nilai total head juga

semakin besar. Sedangkan, untuk hubungan logaritma bilangan reynold dengan logaritma

frekuensi gesekan baik untuk manometer air maupun raksa adalah semakin besar nilai

bilangan reynold maka faktor gesekan semakin kecil.

Dari hasil pengolahan data, terlihat bahwa besar kecepatan aliran rata-rata

berbanding lurus dengan nilai Bilangan Reynold. Bilangan Reynold merupakan besaran

fisis yang tidak berdimensi. Bilangan ini dipergunakan sebagai acuan dalam

membedakan aliran laminier, transisi, dan turbulen. Berikut ini merupakan ketentuan

untuk menentukan jenis aliran berdasarkan nilai Re :

0 < Re ≤ 2000, aliran disebut laminier

2000 < Re ≤ 20000, aliran disebut transisi antara laminer dan aliran turbulen

Re > 20000, aliran turbulen

(sumber : http://smkmuhi.110mb.com/fluidadinamika)

Fungsi dari bilangan Reynold lainnya adalah sebagai acuan dalam menentukan

jenis aliran dari suatu aliran air dalam saluran atau pipa. Hal ini didasarkan pada suatu

keadaan bahwa dalam satu tabung/pipa atau dalam satu tempat mengalirnya air, sering

terjadi perubahan bentuk aliran yang satu menjadi aliran yang lain. Perubahan bentuk

aliran ini pada umumnya tidaklah terjadi secara tiba-tiba tetapi memerlukan waktu yakni

suatu waktu yang relatif pendek dengan diketahuinya kecepatan kritis dari suatu aliran.

Jadi kecepatan kritis adalah kecepatan yang menyebabkan suatu butiran dengan

diameter tertentu mulai bergerak. Kecepatan kritis ini pada umumnya akan dipengaruhi oleh

ukuran pipa dan jenis zat cair yang lewat dalam pipa tersebut. Pada praktikum ini,

kecepatan kritis yang diperoleh adalah 3,2163097 m/s. Kecepatan kritis ini diperoleh dari

persamaan garis linear (log Re terhadap log f), baik untuk manometer air maupun

manometer raksa dengan membandingkan Yair = Yraksa. Selanjutnya, akan didapatkan

nilai x dan Re (dengan menggunakan persamaan x = log Re). Sehingga, akan didapatkan

besarnya kecepatan kritis dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Re =

Keterangan : Re : Bilangan Reynolds

D : Diameter pipa (m)

Ѵ : Kinematika Viskositas = 0,000000818 m2/s (Suhu 25

oC)

νc : Kecepatan kritis (m/s)

Berdasarkan ketentuan bilangan Reynold yang telah dijelaskan sebelumnya,

aliran air yang terjadi pada manometer air mengalami perubahan dari laminar ke

turbulen yaitu pada saat h1= 230 mm dan h2 = 162 mm. Sedangkan aliran air pada

manometer raksa adalah turbulen karena memiliki nilai Re > 2000.

Selain itu, untuk dapat mengetahui apakah aliran air dalam pipa tersebut

merupakan laminar atau turbulen dapat ditinjau dari dimensi linear pipa, viskositas

cairan, dan kecepatan pada setiap titik tertentu di dalam pipa. Aliran laminar memiliki

arus air yang sederhana (streamline/arus tenang), kelajuan gerak yang kecil dengan

dimensi vektor kecepatannya berubah secara kontinyu dari nol pada dinding dan

maksimum pada sumbu pipa (dimensi linearnya kecil) dan banyak terjadi pada air yang

memiliki kekentalan rendah. Sedangkan, aliran turbulen mengalami perubahan kecepatan

dari titik ke titik dan dari waktu ke waktu berlangsung secara tidak teratur (acak). Oleh

sebab itu aliran turbulen biasanya terjadi pada kecepatan air yang tinggi dengan

kekentalan yang relatif tinggi serta memiliki dimensi linear yang tinggi

c. Analisa Kesalahan

Dalam melakukan suatu praktikum, pasti terdapat kesalahan-kesalahan yang

mempengaruhi hasil dari praktikum itu sendiri. Terdapat berbagai jenis kesalahan yang

mepengaruhi hasil dari praktikum, yang pertama adalah kesalahan dari praktikan sendiri,

yaitu sebagai berikut:

Kesalahan pembacaan manometer baik pada manometer air maupun raksa yang

dilakukan oleh praktikan.

Penentuan penurunan atau kenaikan 10 mm pada manometer yang kurang tepat

(misalnya kelebihan atau kekurangan).

Pengukuran debit aliran yang kurang tepat misalnya saat mengukur waktu, yang

seharusnya 10 detik tetapi kelebihan/kekurangan

Selain kesalahan praktikan juga dapat terjadi kesalahan lain yang dapat

mempengaruhi data praktikum yang diperoleh yaitu suhu dari air yang digunakan/suhu

ruangan. Pada praktikum ini, suhu air di asumsikan sekitar 29°C. Jika pada kenyataannya

berbeda, maka hal ini akan mempengaruhi viskositas (kekentalan) dari air sehingga

secara tidak langsung akan berpengaruh juga pada kecepatan aliran dan besarnya

perbedaan tekanan.

8.7 KESIMPULAN

Setelah melakukan pengolahan data dan analisa, dapat disimpulkan bahwa :

1. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk menyelidiki perubahan tekanan akibat adanya

gesekan dalam pipa bundar dengan kecepatan aliran rata-rata dan menunjukkan adanya

aliran laminar dan turbulen.

2. Adanya gesekan dalam pipa yang disebabkan oleh aliran yang mengalir di dalam pipa

tersebut dengan kecepatan tertentu (kecepatan aliran rata-rata) akan menyebabkan

perubahan tekanan/perbedaan tekanan antara pipa bagian atas dengan pipa bagian bawah.

3. Pada saat menggunakan manometer air, aliran dalam pipa adalah laminar sedangkan pada

saat menggunakan manometer raksa, aliran dalam pipa adalah turbulen.

4. Kecepatan kritis yang diperoleh pada praktikum gesekan dalam pipa adalah m/s

5. Rumus empris yang diperoleh unuk manoneter air dan raksa relatif sama berkisar antara

0,155 sampai 0,185 V6

6. Dari hasil rumus empiris tersebut didapat perbedaan yang disebabkan oleh kesalah

praktikan dalam membaca debit.

7. Bilangan Reynold dapat digunakan untuk acuan dalam membedakan aliran laminar dan

turbulen.

8. Besarnya kecepatan kritis dipengaruhi oleh ukuran pipa dan jenis zat cair yang mengalir

dalam pipa tersebut

8.8 DAFTAR PUSTAKA

“Pedoman Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika”. 2009. Depok: Teknik

sipil, Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

“Fluida Dinamika”. http://smkmuhi.110mb.com/.