LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA SIFAT-SIFAT FLUIDA Disusun Oleh : Shofiuddin (B42120449) Yongki Adi Pratama Putra (B42120491) Yoeca Nasocha Ditya Rasha (B42120623) Dwi Pinaring Huda (B42120626) Muhammad Ruslan (B42120673) Dosen Pembimbing : Ir. Sucipto, MT. Aditya W. P, ST, MT. Golongan A / Kelompok IV MF - 1 A4
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
SIFAT-SIFAT FLUIDA
Disusun Oleh :
Shofiuddin (B42120449)
Yongki Adi Pratama Putra (B42120491)
Yoeca Nasocha Ditya Rasha (B42120623)
Dwi Pinaring Huda (B42120626)
Muhammad Ruslan (B42120673)
Dosen Pembimbing :
Ir. Sucipto, MT.
Aditya W. P, ST, MT.
Golongan A / Kelompok IV
PROGRAM STUDI D-IV TEKNIK ENERGI TERBARUKAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
POLITEKNIK NEGERI JEMBER
SEPTEMBER 2013
MF - TET 1
A4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kajian mekanika fluida melibatkan hukum-hukum dasar yang sama
dengan yang telah dipelajari di kuliah fisika dan mekanika lainnya. Hukum-
hukum ini mencakup hukum Newton tentang gerak, kekekalan massa, dan hukum
pertama dan kedua termodinamika. Jadi, ada keserupaan yang kuat antara
pendekatan umum terhadap mekanika fluida dan terhadap benda mekanika benda
padat pada benda tegar dan benda yang dapat terdeformasi. Hal ini sebenarnya
sangat membantu, karena banyak konsep dan teknik-teknik analisis yang
digunakan dalam mekanika fluida adalah hal yang sama dengan yang telah
dipelajari sebelumnya di kuliah lainnya.
Subjek yang luas di dalam mekanika fluida secara umum dapat dibagi
menjadi statika fluida di mana fluida dalam keadaan diam, dan dinamika fluida, di
mana fluida bergerak. Dalam bab-bab selanjutnya kita akan membahas kedua
bidang ini secara terperinci. Namun sebelum kita dapat melanjutkan pembahasan,
kita perlu mendefinisikan dan membahas beberapa sifat fluida yang sangat
berkaitan dengan perifaku fluida. Jelas bahwa fluida yang berbeda secara umum
mempunyai sifat yang berbeda pula. Misalnya, gas-gas bersifat ringan dan dapat
dimampatkan (mampu-mampat), sementara zat cair berat (jika diperbandingkan)
dan relatif tidak dapat dimampatkan. Minyak maupun oli akan mengalir secara
perlahan dari sebuah bejana, tapi air mengalir dengan deras ketika dituangkan ke
dalam sebuah bejana. Untuk mengkuantifikasi perbedaan-perbedaan ini, beberapa
sifat fluida digunakan. Dalam beberapa subbab berikut ini, sifat-sifat yang
memegang peranan penting dalam analisis perilaku fluida akan dibahas.
1.2 Rumusan Masalah
a. Bagaimanakah cara mengetahui/menghitung massa jenis dan berat jenis suatu
fluida dengan mengunakan konsep Volumetrik?
b. Bagaimanakah cara mengetahui/menghitung massa jenis dan berat jenis suatu
fluida dengan mengunakan Pipa U?
c. Bagaimanakah sifat-sifat fluida tersebut?
1.3 Maksud dan Tujuan
a. Mahasiswa dapat mengetahui cara menghitung nilai massa jenis dan berat
jenis dengan konsep Volumetrik.
b. Mahasiswa dapat mengetahui cara menghitung nilai massa jenis dan berat
jenis dengan menggunakan Pipa U.
c. Mahasiswa dapat mengetahui sifat-sifat dari beberapa macam fluida.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
1.1 Massa Jenis/Kerapatan (Density)
Kerapatan sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani p (rho),
didefinisikan sebagai massa fluida per satuan volume. Kerapatan biasanya
digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida. Dalam sistem
BG, p mempunyai satuan slugs/ft3 dan dalam satuan SI adalah kg/m3.
Nilai kerapatan dapat bervariasi cukup besar di antara fluida yang berbeda,
namun untuk zat-zat cair, variasi tekanan dan temperatur umumnya hanya
memberikan pengaruh kecil terhadap nilai p. Perubahan kecil dalam kerapatan air
dengan variasi temperatur yang besar memberikan daftar nilai kerapatan beberapa
zat cair yang umum. Kerapatan air pada 60 °F adalah 1,94 slugs/ft3 atau 999
kg/m3. Perbedaan yang besar dari kedua nilai tersebut menunjukkan pentingnya
kita memperhatikan satuan. Tidak seperti zat cair, kerapatan sebuah gas sangat
dipengaruhi oleh tekanan dan temperaturnya.
1.2 Berat Jenis
Berat jenis dari sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani 7
(gamma), didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume. Berat jenis
berhubungan dengan kerapatan melalui persamaan
γ= ρg
di mana g adalah percepatan gravitasi lokal. Seperti halnya kerapatan yang
digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida, berat jenis
digunakan untuk mengkarakteristikkan berat dari sistem tersebut. Dalam sistem
BG, 7 mempunyai satuan lb/ft3 dan satuan SI adalah N/m3. Di bawah kondisi
gravitasi standar (g = 32,174 ft/s2 = 9,807 m/s2), air pada temperatur 60 °F
memiliki berat jenis 62,4 Ib/ft3 dan 9,80 kN/m3.
1.3 Pipa U
Pada modulus pipa U kali ini termasuk gerak harmonis sederhana
linier. Gerak harmonis sederhana ini tidak menghasilkan sudut dalam gerak
osilasinya. Berdasarkan teori atom modern, orang menduga bahwa molekul-
molekul benda padat bergetar dengan gerak yang hampir harmonik terhadap
posisi kisi-kisi tetapnya, walaupun gerak molekul-molekul itu tentunya tidak
dapat kita lihat secara langsung.
Gambar 2.1 pipa U dalam keadaan horizontal
Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana
berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat
cair di kedua pipa mempunyai tinggi yang sama, berarti mengikuti hukum
bejana berhubungan. Alat yang digunakan oleh para tukang bangunan untuk
mendapatkan sifat datar juga menggunakan hukum bejana berhubungan. Alat
tersebut dinamakan water pas. Gejala-gejala dalam kehidupan sehari-hari yang
pemanfaatannya menggunakan hukum bejana berhubungan akan bermanfaat
sekali untuk mendapatkan sifat datar. Bunyi hukum bejana berhubungan
yaitu : “Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama,
dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair dalam bejana-bejana itu
terletak pada sebuh bidang mendatar”. Para tukang bangunan juga sering
menggunakan prinsip hukum bejana berhubungan ini untuk mengukur ketinggian
dua tempat yang berbeda letaknya dengan cara menggunakan selang bening
yang berisi air. Tinggi air di kedua bagian ujung selang selalu sama.
Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa kapiler
di salah satu bejana, dan tidak berlaku pula jika diisi dengan lebih dari satu jenis
zat cair yang berbeda. Pada pipa U bila dari salah satu mulut pipa U
dituangkan zat cair yang berbeda (massa jenisnya berbeda dengan massa jenis zat
cair yang sudah ada di dalam pipa). Tekanan pada kedua permukaan zat cair
di kedua mulut pipa U selalu sama, yaitu merupakan tekanan hidrostatis.
Jika pipa U diisi dengan dua zat cair yang tidak bercampur, tinggi
permukaan zat cair pada kedua mulut pipa berbeda. Hubungan antara massa
jenis dan tinggi zat cair dalam pipa U adalah sebagai berikut: Misalkan, massa
jenis zat cair pertama adalah ρ1 dan massa jenis zat cair kedua adalah ρ2.
Dari titik pertemuan kedua zat cair, kita buat garis mendatar yang memotong
kedua kaki pipa U.
Misalkan, tinggi permukaan zat cair pertama dari garis adalah h1 dan
tinggi permukaan zat cair kedua dari garis adalah h2. Zat cair pertama
setinggi h1 melakukan tekanan yang sama besar dengan tekanan zat cair kedua
setinggi h2.
Dengan menggunakan persamaan di atas, maka diperoleh :
Gambar 2.2 Pipa U yang berisi cairan
Sebuah tabung berbentuk U diisi air sampai ketinggian tertentu.
Kemudian air disebelah kanan ditekan kebawah hingga turun setinggi x, lalu
dilepas sedemikian, sehingga air bergerak harmonik sedehana. Jika luas
permukaan tabung A dan massa air seluruhnya m, maka besar perioda gerak
harmonik ini adalah sebagai berikut.
Gaya pemulih adalah gaya berat air di kolom sebelah kiri setinggi
2x yang mendorong air bergerak ke sebelah kanan, besarnya adalah
Sesuai dengan persaman gaya
pemulih bahwa F = -k x, maka diperoleh:
Massa total cairan :
Periode gerak harmonik adalah
atau
sehingga periode getaran memenuhi hubungan :
Dengan:
T = perioda (sekon)
l = panjang kolom zat cair (m)
g = percepatan gravitasi (ms-2)
1.4 Gravitasi
Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel
yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan
gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hukum
gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang
cukup akurat dalam kebanyakan kasus.
Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang sangat besar
menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda
disekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda benda yang ada di bumi.
Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada diluar angkasa, seperti
bulan, meteor, dan benda angkasa laiinnya, termasuk satelit buatan manusia.
Beberapa teori yang belum dapat dibuktikan menyebutkan bahwa gaya
gravitasi timbul karena adanya partikel gravitron dalam setiap atom.
Satuan percepatan rata-rata gravitasi bumi yang disimbolkan sebagai g
menunjukkan rata-rata percepatan yang dihasilkan medan gravitasi pada
permukaan bumi (permukaan laut). Nilai sebenarnya percepatan gravitasi
berbeda dari satu tempat ke tempat lain tergantung ketinggian dan kondisi
geologi. Simbol g digunakan sebagai satuan percepatan. Dalam fisika, nilai
percepatan gravitasi standar g didefinisikan sebagai 9,806.65 m/s2 (meter per
detik2), atau 32.174,05 kaki per detik2. Pada ketinggian p maka menurut
International Gravity Formula, g = 978,0495 (1+0.0052892 sin2 (p) -
0.0000073 sin2 (2p)) sentimeter per detik2. (cm/s2).
Simbol g pertama kali digunakan dalam bidang aeronautika dan
teknologi ruang angkasa, yang digunakan untuk membatasi percepatan yang
dirasakan oleh kru pesawat ulang-alik, disebut juga sebagai g forces. Istilah
ini menjadi populer di kalangan kru proyek luar angkasa. Sekarang ini
berbagai pengukuran percepatan gravitasi diukur dalam satuan g. Istilah
satuan gee dan grav juga menunjuk kepada satuan ini.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat
Alat yang diperlukan atau dipergunakan untuk praktikum adalah:
a. Pipa U 3 buah
b. Papan peraga pipa 3 buah
c. Gelas ukur 3 buah
d. Alat suntik/penyedot cairan 4 buah
e. Neraca
f. Kertas milimeter 3 buah
3.1.2 Bahan
Bahan yang diperlukan adalah:
a. Minyak goreng
b. Oli SAE 90
c. Oli SAE 20-50
d. Air
3.2 Langkah Kerja
3.2.1 Volumetrik
a. Perhatikanlah dan pahami intruksi yang diberikan oleh teknisi laboraturium
agar dapat mengurangi kesalahan dan kerusakan saat praktikum.
b. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
c. Timbang ketiga gelas ukur terlebih dahulu secara bergantian dalam kondisi
kosong.
d. Masukkan cairan minyak goreng, oli SAE 90 dan oli SAE 20-50 kedalam
gelas ukur, masing-masing gelas hanya boleh dimasuki satu cairan saja.
e. Ukur banyaknya volume masing-masing cairan.
f. Timbang ketiga gelas ukur yang telah terisi cairan secara bergantian.
g. Catat seluruh nilai-nilai volume dan massa dari ketiga bahan tersebut.
h. Hitung nilai massa jenis dan berat jenisnya, kemudian analisa
perhitungannya.
3.2.2 Pipa U
a. Perhatikanlah dan pahami intruksi yang diberikan oleh teknisi laboraturium
agar dapat mengurangi kesalahan dan kerusakan saat praktikum.
b. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
c. Masukkan air terlebih dahulu kedalam seluruh pipa dengan perantara alat
suntik.
d. Masukkan cairan minyak goreng, oli SAE 90 dan oli SAE 20-50 kedalam
pipa U, masing-masing pipa hanya boleh dimasuki satu cairan saja.
e. Tandai garis pembatas cairan yang terlihat pada pipa dengan mencoret kertas
milimeter yang diletakkan dibelakang pipa.
f. Ukur nilai perbedaan ketinggian antara air dengan zat-zat tersebut untuk
setiap pipanya.
g. Catat hasilnya, hitunglah nilai massa jenis dan berat jenisnya dan analisislah.
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data
4.1.1 Konsep Volumetrik
a. Data Awal
Bahan ke-1 : Minyak Goreng
Massa gelas kosong : 413 gr (0,413 Kg)
Volume zat(v) : 60 ml (0,00006 m3)
Massa gelas+zat : 462,3 gr (0,4623 Kg)
Massa zat(m) : 49,3 gr (0,0493 Kg)
Massa Jenis(ρ)
ρ=mv
ρ= 0,0493 Kg
0,00006 m3
ρ=821,6667 Kg /m3
Berat Jenis(γ)
γ= ρ. g
γ=821,6667Kg
m3.9,8 N / Kg
γ=8052,3333 N /m3
Bahan ke-2 : Oli SAE 90
Massa gelas kosong : 273,4 gr (0,2734 Kg)
Volume zat(v) : 50 ml (0,00005 m3)
Massa gelas+zat : 313,8 gr (0,3138 Kg)
Massa zat(m) : 40,4 gr (0,0404 Kg)
Massa Jenis(ρ)
ρ=mv
ρ= 0,0404 Kg
0,00005 m3
ρ=808 Kg /m3
Berat Jenis(γ)
γ= ρ. g
γ=808 Kg /m3 .9,8 N / Kg
γ=7918,4 N /m3
Bahan ke-3 : Oli SAE 20-50
Massa gelas kosong : 380,5 gr (0,3805 Kg)
Volume zat(v) : 50 ml (0,00005 m3)
Massa gelas+zat : 419 gr (0,419 Kg)
Massa zat(m) : 38,5 gr (0,0385 Kg)
Massa Jenis(ρ)
ρ=mv
ρ= 0,0385 Kg
0,00005 m3
ρ=770Kg /m3
Berat Jenis(γ)
γ= ρ. g
γ=770 Kg /m3 .9,8 N /Kg
γ=7546 N /m3
b. Pengelompokan Data Perhitungan Volumetrik
4.1.2 Pipa U
a. Data Awal
Bahan ke-1 : Minyak Goreng
1 Minyak Goreng 0.00006 0.0493 821.6666667 9.8 8052.3333332 Oli SAE 90 0.00005 0.0404 808 9.8 7918.43 Oli SAE 20-50 0.00005 0.0385 770 9.8 7546
Perhitungan Volumetrik
No. Nama BahanVolume(v)
(m3)Massa(m)
(Kg)Massa Jenis(ρ)
(Kg/m3)Gravitasi(g)
(N/Kg)Berat Jenis(ϒ)
(N/m3)
Massa Jenis(ρ)
ρa=( ρb )hb
ha
ρa=(1000 Kg /m3 ) 7,8 cm8,8 cm
ρa=886,36364 Kg /m3
Berat Jenis(γ)
γ= ρa . g
γ=886,36364Kg
m3.9,8 N /Kg
γ=8686,363636 N /m3
Bahan ke-2 : Oli SAE 90
Massa Jenis(ρ)
ρa=( ρb )hb
ha
ρa=(1000 Kg /m3 ) 7 , 3cm6,05cm
ρa=828 , 7671233 Kg /m3
Berat Jenis(γ)
γ= ρa . gγ=828,76712
Kg
m3.9,8 N / Kg
γ=8121 , 917808 N /m3Bahan ke-3 : Oli SAE 20-50
Massa Jenis(ρ)
ρa=( ρb )hb
ha
ρa=(1000 Kg /m3 ) 9,6 cm8,25 cm
ρa=859,375 Kg /m3
Berat Jenis(γ)
γ= ρa . g
γ=859,375Kg
m3.9,8 N / Kg
γ=8421,875 N /m3
b. Pengelompokan Data Perhitungan pengujian dengan Pipa U
1 Minyak Goreng 1000 8.8 7.8 886.3636364 9.8 8686.3636362 Oli SAE 90 1000 7.3 6.05 828.7671233 9.8 8121.9178083 Oli SAE 20-50 1000 9.6 8.25 859.375 9.8 8421.875
Berat Jenis(ϒ)
(N/m3)
Pengujian pada Pipa U
No. Nama BahanMassa Jenis Air(ρb)
(Kg/m3)
Tinggi Zat(ha)
(cm)
Tinggi Air(hb)
(cm)
Massa Jenis Zat(ρa)
(Kg/m3)
Gravitasi(g) (N/Kg)
4.1.3 Rata-rata Massa Jenis dan Berat Jenis dari volumetrik dan Pipa U
4.2 Pembahasan
Pada praktikum kali ini penentuan sifat-sifat fluida suatu zat fluida
diperoleh dengan menggunakan dua konsep perhitungan yaitu volumetrik dan
Pipa U. Konsep Volumetrik memiliki cara penentuan dengan menimbang secara
langsung zat fluida untuk mencari massa zat tersebut dengan neraca dan mencari
nilai volumenya dengan gelas ukur. Selanjutnya didapatlah data massa dan
volumenya yang akan diolah sehingga akan ditemukan nilai massa jenis dan berat
jenis fluida tersebut.
Penentuan massa jenis dan berat jenis dengan menggunakan pipa U
memiliki metode yang lain dengan konsep volumetrik yaitu: air terlebih dahulu
harus dimasukkan ke pipa U, setelah itu zat fluida yang akan dicari nilai massa
jenis dan berat jenisnya dimasukkan dengan pertimbangan volume secukupnya.
Setelah air dan zat tersebut berada dalam pipa U akan tampak batas antara zat dan
air tersebut, maka pengambilan data harus sudah dimulai dengan mengamati
ketinggian zat fluida yang dimasukkan serta data ketinggian air dengan acuan
batas pertemuan air dan zat tersebut sebagai nilai pengukuran angka ke nol.
Sehingga didapatlah data ketinggian zat fluida dan ketinggian air didalam pipa U
yang akan diolah menjadi nilai massa jenis dan berat jenis fluida tersebut. Seluruh
perhitungan data massa jenis dan berat jenis dengan konsep volumetrik maupun
pipa U telah dijelaskan lebih detail pada bagian analisa data.
Dari analisa data diatas didapatkan nilai-nilai massa jenis dan berat jenis
yang berbeda-beda, tetapi relatif sama untuk masing-masing zat fluidanya
meskipun dengan konsep dan cara perhitungan yang berbeda. Perbedaan ini
kemungkinan dapat terjadi karena kesalahan pembacaan data pada alat ukur yang
dilakukan secara manual atau analog untuk pengambilan datanya. Penarikan rata-
1 Minyak Goreng 821.66667 8052.3333 886.3636364 8686.363636 854.0151532 8369.3484682 Oli SAE 90 808 7981.4 828.7671233 8121.917808 818.3835617 8051.6589043 Oli SAE 20-50 770 7546 859.375 8421.875 814.6875 7983.9375
Rata-rata Massa Jenis
(Kg/m3)
Rata-rata Berat Jenis
(N/m3)No. Nama Bahan
Volumetrik Pipa U
Massa Jenis(ρ)
(Kg/m3)
Berat Jenis(ϒ)
(N/m3)
Massa Jenis(ρ)
(Kg/m3)
Berat Jenis(ϒ)
(N/m3)
rata data adalah cara yang paling akurat ketika terjadi perbedaan data antara kedua
konsep perhitungan. Data rata-rata massa jenis dan berat jenis ketiga bahan telah
dihitung pada analisis data dengan hasil:
No
.
Nama Bahan Massa Jenis(ρ) (Kg/m3) Berat Jenis(γ) (N/ m3)
1 Minyak Goreng 854,0151532 8369,348468
2 Oli SAE 90 818,3835617 8051,658904
3 Oli SAE 20-50 814,6875 7983,9375
Dari data tersebut, maka dapat dianalisis bahwa minyak goreng memiliki nilai
massa jenis dan berat jenis yang lebih besar daripada oli, tetapi masih lebih kecil
daripada massa jenis dan berat jenis air.
Pada percobaan yang dilakukan posisi ketiga bahan tersebut ketika
dicampurkan dengan air kedalam pipa U berada pada posisi atas sedangkan air
selalu berada pada posisi bagian bawahnya. Hal ini dapat terjadi karena nilai
massa jenis dari ketiga bahan tersebut lebih kecil daripada air dan apabila ketiga
campuran tersebut dicampurkan, maka dapat diprediksi bahwa larutan terbawah
adalah minyak goreng dan bagian paling atas adalah Oli SAE 20-50. Sehingga
beberapa sifat-sifat dari ketiga fluida tersebut dapat dianalisa bahwa zat fluida
yang memiliki massa jenis besar biasanya memiliki viskositas yang kecil seperti
air. Pada praktikum kali ini viskositas zatnya telah diukur terlebih dahulu
praktikum sebelumnya.
BAB V
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Perbedaan hasil data dari dua buah konsep pengujian terjadi karena proses
pengujian dilakukan secara manual dalam pengambilan datanya sehingga nilai
keakurattan datanya relatif kecil.
Zat fluida yang memiliki massa jenis dan berat jenis yang lebih kecil akan
berada pada posisi diatas zal fluida yang memiliki massa jenis dan berat jenis
yang lebih besar. Urutan nilai massa jenis dan berat jenis bahan yang diuji dari
yang terbesar ke yang terkecil adalah Air, Minyak Goreng, Oli SAE 90 kemudian
Oli SAE 20-50.
Dari pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa sifat-sifat
zat fluida memiliki hubungan dari satu sifat ke sifat lainnya. Hal ini ditunjukkan
dengan nilai massa jenis dan berat jenis yang memiliki hubungan yang positif
dengan nilai viskositasnya.
4.2 Saran
Sebelum praktikum yang baik sebaiknya fasilitas mahasiswa seperti buku
pedoman (BKPM) harus sudah diberikan agar ketika menjalankan praktikum
mahasiswa dapat lebih cepat memahami materi praktikum yang praktikan.