LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

ALIRAN DALAM PIPA

Oleh :

Nama : Tafsir

NPM : 240110090003

Hari, Tgl Praktikum : Senin, 20-5-2010

Co. Ass : - Wilmar

- Dodi

- Nurul

- Annisa

LABORATORIUM SUMBERDAYA AIR

JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJAJARAN

JATINANGOR

2010

DAFTAR ISI

I. PENDAHULUAN................................................................................

I.1 LATAR BELAKANG..........................................................................

I.2 TUJUAN PRAKTIKUM......................................................................

II. TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................

III. METODE PRAKTIKUM.....................................................................

1.1 ALAT....................................................................................................

1.2 BAHAN................................................................................................

1.3 PROSEDUR PELAKSANAAN..........................................................

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................

V. KESIMPULAN DAN SARAN..............................................................

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Latarbelakang dari praktikum ini adalah agar mahasiswa bisa lebih

memahami mengenai cara penentuan Friction Losses dan Local Losses. Praktikum ini

juga akan menentukan mengenai hubungan antara kecepatan dan tekanan.

1.2. Tujuan

Tujuan dari dilakukannya praktikum ini antara lain :

1. Mahasiswa mampu menjelaskan mekanisme aliran air.

2. Mahasiswa bisa lebih memahami dalam penentuan Friction Losses dan Local

Losses.

3. Mahasiswa dapat menghitung debit, tekanan, dan kecepatan dengan

menggunakan angka-angka yang dihasilkan dari praktikum.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aliran Fluida

Aliran fluida dan struktur adalah merupakan suatu sistim interaktif dan

interaksinya bersifat dinamis. Sistim ini adalah suatu sistim kopel dari gaya yang

bekerja pada struktur yang ditimbulkan oleh fluida di sekelilingnya. Gaya dari fluida

menyebabkan struktur berdeformasi. Pada saat struktur terdeformasi maka hal ini

berarti mengubah orientasinya terhadap aliran fluida, sehingga pada saat berikutnya

memungkinkanberubahnya gaya fluida tersebut.

Pada beberapa kasus seperti getaran pelat lambung kapal akibat turbulensi

aliran air yang terhantam badan kapal, maka gaya yang timbul akibat fluida tidak

tergantung dari perubahan kecil dari posisi strukturnya terhadap fluida. Namun

sebaliknya, untuk kasus seperti getaran struktur riser atau sistim mooring pada

bangunan lepas pantai akibat arus laut, maka gaya-gaya fluidanya sangat ditentukan

oleh orientasi dan kecepatan relative struktur terhadap aliran fluidanya.

Dalam dunia teknologi bangunan lepas pantai, akhir-akhir ini fenomena

getaran akibat aliran fluida ini menjadi semakin penting. Hal ini dikarenakan wilayah

operasinya dari waktu ke waktu makin merambah ke perairan dalam. Sebagai

konsekuensinya diperlukan struktur-struktur yang makin panjang dan ringan sehingga

menyebabkan perilaku struktur makin fleksibel dan lentur, yang pada akhirnya sangat

rawan terhadap getaran.

2.2 Aliran Fluida dapat di kategorikan sebagai berikut:

1. Aliran laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina –

lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini

viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif

antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton

yaitu :

τ = μ dudy

2. Aliran Turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel partikel-partikel fluida sangat tidak

menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang

mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida

yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka

turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh

fluida sehingga menghasilkan kerugian-kerugian aliran.

3. Aliran Transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran

turbulen.

Tekanan Fluida

Dalam ilmu fisika, Tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, di mana

arah gaya tegak lurus dengan luas permukaan. Secara matematis, tekanan dapat

dinyatakan dengan persamaan berikut ini :

P = FA

P = tekanan, F = gaya dan A = luas permukaan. Satuan gaya (F) adalah Newton (N),

satuan luas adalah meter persegi (m2). Karena tekanan adalah gaya per satuan luas

maka satuan tekanan adalah N/m2. Nama lain dari N/m2 adalah pascal (Pa). Pascal

dipakai sebagai satuan Tekanan untuk menghormati om Blaise Pascal. Kita akan

berkenalan lebih dalam dengan om Pascal pada pokok bahasan Prinsip Pascal.

2.3 Constant Head

Suatu ketinggian yang tetap dimana ada suatu sirkulasi yang mempertahankan

agar ketinggiannya itu tetap terjaga adalah constan head. Biasanya di dalam tabung

tersebut terdapat suatu pipa yang dimana bila air dalam tabung telah penuh maka air

akan masuk ke suatu pipa lain, dan seperti sirkulasi yang menggunakan volume air

yang sama walaupun digunakan secara terus menerus.

Karakteristik aliran didalam saluran/pipa

Aliran di dalam suatu saluran selalu disertai dengan friksi

Aliran yang terlalu cepat akan menimbulkan pressure drop yang tinggi sedangkan

aliran yang terlalu lambat pressure drop-nya akan rendah akan tetapi tidak efisien

Kecepatan aliran perlu dibatasi dengan memperhatikan :

- Besarnya daya yang dibutuhkan

- Masalah erosi pada dinding pipa

- Masalah pembentukan deposit/endapan

- Tingkat kebisingan yang terjadi

Kerugian yang terdapat di dalam aliran fluida

Kerugian tekanan (Pressure Drop) atau

Kerugian head ( Head Loss)

Faktor yang mempengaruhi kerugian di dalam aliran fluida:

Kecepatan aliran

Luas penampang saluran

Faktor friksi

Viskositas

Densitas fluida

2.4 Tekanan Fluida dalam Pipa

Tekanan fluida yang diukur oleh alat yang bergerak bersama dengan fluida.

Kondisi ini sangat sulit diwujudkan. Namun dengan kenyataan bahwa tidak ada

variasi tekanan pada arah penampang tegak lurus aliran, maka tekanan statik dapat

diukur dengan membuat lubang kecil pada dinding aliran sedemikian rupa sehingga

sumbunya tegak lurus dinding aliran (wall pressure tap).

Perhitungan Head Loss

Istilah Head Loss muncul sejak diawalinya percobaan-percobaan hidrolika

abad ke sembilan belas, yang sama dengan energi persatuan berat fluida. Namun

perlu diingat bahwa arti fisik dari head loss adalah kehilangan energi mekanik

persatuan massa fluida. Sehingga satuan head loss adalah satuan panjang yang setara

dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa

fluida etinggi satu satuan panjang yang bersesuaian. Istilah Head juga akan dibahas

kembali pada pembahasan mesin fluida pada Bab 3, yaitu pembahasan head pompa.

Perhitungan Head loss mayor

Dengan mempergunakan persamaan keseimbangan energi dan asumsi aliran

berkembang penuh (fully developed) sehingga koefisien energi kinetik 1 = 2 dan

penampang konstan, maka:

p1−p2

ρ=g (z2−z1 )+hl

2.5 Kecepatan Fluida dalam Pipa

Perubahan kecepatan akibat adanya pengaruh gesekan akan menimbulkan

perubahan tegangan geser sepanjang aliran. Perubahan tegangan geser juga dapat

dinyatakan dalam sebuah persamaan matematika yang dapat digambarkan dalam

bentuk distri busi tegangan geser.

Besarnya kecepatan rata-rata dapat ditentukan dari persamaan Q = V.A,

dimana A dalam kasus ini adalah l x a, maka :

V=QA

=− 112 μ (∂ p

∂ x ) a3 lal

=− 112μ (∂ p

∂ x )a2

Besarnya kecepatan maksimum dan lokasi terjadinya kecepatan maksimum

juga dapat ditentukan. Profil kecepatannya digambarkan pada gmb 1.5. setelah

koordinatnya ditansformasikan, dimana sumbu x berada pada pusat silinder.

Kecepatan maksimum akan terjadi pada nilai diferensial pertama fungsi kecepatan

sama dengan nol (0):

yaitu pada y = a/2

dan u maksimum =

BAB III

METODE PRAKTIKUM

3.1. Alat

1. Gelas ukur 1000 ml

2. Stopwatch

3. Meteran panjang 3 meter

4. Pompa air

5. Alat tulis dan mistar

3.2. Bahan

1. Air

3.3. Prosedur Praktikum

1. Buka kran dari bak konstan, kemudian hitung debit inflow dari bak konstan

head, dalam tiga posisi bukaan yang berbeda. Gunakan metoda : Volumetrik.

2. Rubah posisi kran ( Outflow ) dari bak konstan, pada tiga posisi dengan debit

yang telah dihitung sebelumnya.

3. Perhatikan perbedaan muka air yang terbaca pada manometer, bila ada tinggi

yang melebihi batas mistar pada manometer, gunakan mistar tambahan untuk

mengukur kelebihannya.

4. Ukur dan catat dimensi instrument percobaan. Lampirkan dalam kertas grafik

pada laporan praktikum.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

Tabel Hasil Pengukuran pada Manometer :

No. Q / debit

( l / detik )

Tinggi Bacaan Pada Manometer ( cm )

M1

( kecepatan )

M2

( tekanan )

M3

( tekanan )

M4

( kecepatan )

1 0.0453 45.5 56 46.4 46.3

2 0.0284 32.5 32.5 33 33

3 0.0413 47.8 48 52.7 48

Perhitungan Debit :

1) V=340 ml=340 x 10−3

t=7.5 dtk

Q=340 x10−3

7.5 = 0.0453 l / dtk

2) V=230 ml=230 x 10−3

t=8.1 dtk

Q=230 x10−3

8.1 = 0.0284 l / dtk

3) V=320 ml=320 x 10−3

t=7.5 dtk

Q=320 x10−3

7.5 = 0.0413 l / dtk

Menentukan Kecepatan dan Tekanan

a. Kecepatan

Q1 = 0.0453 l/dtk ; Q2 = 0.0284 l/dtk ; Q3 = 0.0413 l/dtk ; A = πr2

Dengan r = 0.0127 m Dengan r = 0.00635 m

V 1=Q1

A = 89.4 m/s V 1=

Q1

A = 357.6 m/s

V 2=Q2

A = 56.05 m/s V 2=

Q2

A = 224.2 m/s

V 3=Q3

A = 81.5 m/s V 3=

Q3

A = 326.02 m/s

b. Tekanan

I ) h1 = 56 cm = 0.56 m II ) h1 = 32.5 cm = 0.325 m

h2 = 46.4 cm = 0.464 m h2 = 33 cm = 0.33 m

P = γ . h1 = 5.49 atm P = γ . h1 = 3.19 atm

P = γ . h2 = 4.55 atm P = γ . h2 = 3.24 atm

III ) h1 = 48 cm = 0.48 m

h2 = 52.7 cm = 0.527 m

P = γ . h1 = 4.71 atm

P = γ . h2 = 5.17 atm

Tabel Friction Losses dan Local Losses untuk Q = 0.0453 l/dtk

Asumsi k bend 1 = k bend 2 = 1,0

1. Friction Losses

Pipa ∅ (m) L(m) K KL KLQ2

A→Bend1 0.0254 1.55 191314,37 296537,27 608,52

Bend1→

Bend2

0.0254 0.14 191314,37 26784,01 54,96

Bend2→B 0.0254 0.43 191314,37 82265,18 168,816

B→C 0.0127 0.98 7713311,996 7559045,76 15511,84

2. Local Losses

Point k K ' k K ' k K ' Q2

A 0,5 198511,82 99255,91 203,68

Bend1 1,0 198511,82 198511,82 407,36

Bend2 1,0 198511,82 198511,82 407,36

B 0,325 198511,82 64516,24 132,39

C 1,0 3176189,09 3176189,09 6517,82

Tabel Friction Losses dan Local Losses untuk Q = 0.0284 l/dtk

1. Friction Losses

Pipa ∅ (m) L(m) K KL KLQ2

A→Bend1 0.0254 1.55 191314,37 296537,27 239,175

Bend1→

Bend2

0.0254 0.14 191314,37 26784,01 21,6

Bend2→B 0.0254 0.43 191314,37 82265,18 66,35

B→C 0.0127 0.98 7713311,996 7559045,76 6096,82

2. Local Losses

Point k K ' k K ' k K ' Q2

A 0,5 198511,82 99255,91 80,056

Bend1 1,0 198511,82 198511,82 160,11

Bend2 1,0 198511,82 198511,82 160,11

B 0,325 198511,82 64516,24 52,04

C 1,0 3176189,09 3176189,09 2561,79

Tabel Friction Losses dan Local Losses untuk Q = 0.0413 l/dtk

1. Friction Losses

Pipa ∅ (m) L(m) K KL KLQ2

A→Bend1 0.0254 1.55 191314,37 296537,27 505,8

Bend1→

Bend2

0.0254 0.14 191314,37 26784,01 45,685

Bend2→B 0.0254 0.43 191314,37 82265,18 140,32

B→C 0.0127 0.98 7713311,996 7559045,76 12893,39

2. Local Losses

Point k K ' k K ' k K ' Q2

A 0,5 198511,82 99255,91 169,29

Bend1 1,0 198511,82 198511,82 338,59

Bend2 1,0 198511,82 198511,82 338,59

B 0,325 198511,82 64516,24 110,04

C 1,0 3176189,09 3176189,09 5417,59

4.2. Pembahasan

Dalam praktikum kali ini praktikan akan menentukan nilai-nilai dari tekanan,

kecepatan, serta debit yang diperoleh dari kegiatan praktikum. Setelah mendapatkan

nilai tersebut maka akan dibandingkan antara nilai perhitungan dengan nilai dari hasil

praktikum.

Ketika kran pada constan head dibuka dan masuk ke bagian entrance, maka

keempat selang yang ada pada pipa akan terisi. Di dalam selang akan tertinggal

gelembung-gelembung yang dapat dihilangkan dengan menekuk atau

membengkokkan bagian selang yang mengalirkan air. Setelah melakukan hal tersebut

pengukuran pun di lakukan dan terdapat hasil yang tercantum di kolom hasil. Dengan

menggunkan rumus tekanan dan juga kecepatan di dapatlah hasil yang

memperlihatkan bahwa dengan kecepatan 0,0894 m/s dan tekanan 4,55184 maka

akan terukur hasil M4 untuk kecepatannya sebesar 45,5 cm dan M3 sebesar 56 cm.

Dan di bandingkan dengan pipa yang lebih kecil diameternya maka di dapatkan hasil

yang lebih tinggi. Maka dengan ini akan diketahui bahwa semakin kecil diameter

suatu pipa maka semakin besar tekanan dan kecepatan yang tercipta.

Mekanisme aliran air

Reservoir utama yang digunakan dalam menampung air pada praktikum aliran

dalam pipa ini adalah Tangki Thorn, yang dialirkan langsung melaluli sebuah pipa

dan akan ditampung dalam sebuah bak konstan (constant head). Dalam constant head

tersebut ada pipa yang tingginya sejajar dengan tinggi air yang ada sebuah bak

constant head tersebut agar air didalam bak ini mempunyai volume yang tetap.

Setelah itu air yang dalam pipa mengalir ke bak penampungan, lalu akan dipompa

kembali menuju thorn. Dalam mekanisme aliran ini digunakan juga alat instrument

yang berbentuk pipa U yang digunakan untuk mengukur debit, tekanan dan kecepatan

aliran air.

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil praktikum ini yaitu :

1. Semakin besar kecepatan maka semakin besar juga tekanan yang dihasilakan,

dan sebaliknya semakin kecil kecepatan maka semakin kecil juga tekanannya.

2. Untuk mendapatkan tinggi air yang konstan maka diperlukan constant head

untuk menyeimbangkan tinggi air tersebut.

3. Faktor-faktor yang mempengaruhi debit aliran air pada saluran terbuka antara

lain penampang saluran, kekasaran permukaan saluran, kemiringan saluran,

debit aliran, kecepatan aliran, pertemuan saluran (junction) dan angin.

4. semakin kecil diameter suatu pipa maka semakin besar tekanan dan kecepatan

yang tercipta.

5.2. Saran

Dalam melakukan praktikum ini, praktikan harus mendapat bimbingan serta

pengawasan dari para asisten dosen agar tidak terjadi kesalahan dalam melakukan

kegiatan praktikum. Penggunaan alat ukur harus diperhatikan guna menghindari

kesalahan dalam pengukuran.

DAFTAR PUSTAKA

rudiwp.files.wordpress.com/2006/11/flow-induced-vibration.pdf

diakses pada tanggal 21 Mei 2010

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

diakses pada tanggal 21 Mei 2010

http://vladvamphire.wordpress.com/sharing/pipingsystem/bab-04-aliran-fluida-dalam-

pipa/