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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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