Bab 2 Aliran Dalam Pipas Ikik

Percobaan Aliran Dalam Pipa

BAB III

PENGALIRAN DALAM PIPA KASAR

2.1 Pendahuluan

Peristiwa pengaliran melalui pipa dapat kita temui misalnya pada pipa yang

menghubungkan dua reservoir yang mempunyai perbedaan tinggi pipa atau pada

pengambilan air dari bendungan. Pada peristiwa tersebut cairan yang mengalir di dalam

pipa biasanya tidakmempunyai permukaan bebas dan cairan itu akan berada pada suatu

tekanan tertentu, di atas ataupun di bawah atmosfer.

Tekanan yang bekerja pada cairan melalui pipa dapat berubah – ubah sepanjang

pipanya karena kehilangan tinggi tekan. Kehilangan tinggi tekan pada pipa disebabkan

oleh :

Perubahan penampang aliran, lekukan atau gangguan lain yang mengganggu aliran

normal.

Tahanan gesekan pada aliran. Pada umumnya besar dari kehilangan tinggi tekan

berbanding lurus dengan panjang pipa, koefisien gesek, kuadrat kecepatan dan

berbanding terbalik besarnya gravitasi dan diameter pipa. Untuk mengetahui hal di

atas dilakukan percobaan di laboratorium dengan akan didapatkan pipa pengaliran

di dalam pipa dengan melihat besarnya bilangan Reynolds dan kecepatan yang di

dapat.

2.2 Tujuan Percobaan

Adapun yang menjadi tujuan dari percobaan pengaliran dalam pipa ini adalah

sebagai berikut.

a. Mengetahui hubungan antara bilangan Reynolds dengan kehilangan tinggi tekan.

b. Menentukan kehilangan tinggi tekan akibat gesekan dan kecepatan aliran air melalui

pipa licin.

c. Menetapkan kehilangan tinggi diramalkan oleh persamaan gesekan pipa dihubngkan

dengan aliran air melalui pipa licin.

Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XIII


d. Mendapatkan hubungan antara koefisien gerakan zat cair dan bilangan Reynolds

untukpengaliran air melalui pipa dengan kekasara.

2.3 Dasar Teori

Salah satu sifat air adalah kekenntalan. Dengan sifat ini maka beberapa partikel

yang mempunyai lintasan membelok akan mengalami kehilangan tenaga. Setelah

melewati lubang pancaran, air mengalami kontraksi ditunjukkan oleh penguncupan

aliran. Aliran dapat diklasifikasikan (digolongkan) dalam banyak jenis seperti:

turbulen, laminar, nyata, ideal, mampu balik, tak mampu balik, seragam, tak seragam,

rotasional, tak rotasional.

Aliran fluida melalui instalasi (pipa) terdapat tiga jenis aliran yaitu :

a. Aliran laminar apabila partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan

membentuk garis lurus kontinyu dan tidak saling berpotongan. Apabila zat warna

diinjeksikan pada suatu titik dalam suatu aliran , maka zat warna tersebut akan

mengalir menurut garis aliran yang teratur seperti benang tanpa terjadi difusi atau

penyebaran. Pada aliran di saluran pipa yang mempunyai bidang batas sejajar,

garis-garis lintasan akan sejajar. Sedangkan di dalam saluran yang mempunyai sisi-

sisi yang tidak sejajar, garis aliran akan menguncup atau mengembang sesuai

dengan bentuk saluran. Kecepatan partikel zat cair pada dinding saluran aliran

laminar dapat terjadi apabila kecepatan aliran rendah, ukuran saluran sangat kecil

dan zat cair mempunyai kekentalan besar.

b. Aliran transisi merupakan aliran peralihan dan aliran laminar menuju aliran

turbulen. Pada pola aliran ini terdapat beberapa karakteristik daripada aliran

laminar maupun aliran turbulen, misalnya pada pola garis alirannya yang

menyerupai suatu garis lurus yang diselingi dengan pola garis yang saling

bersilangan.

c. Aliran turbulen terdapat partikel-partikel zat cair yang bergerak tidak teratur dan

garis lintasannya saling berpotongan. Zat warna yang dimasukkan pada suatu titik

aliran akan terdifusi cepat ke seluruh aliran. Aliran turbulen terjadi apabila

kecepatan aliran air besar, saluran besar dan zat cair mempunyai kekentalan kecil.

Aliran di sungai, saluran irigasi/drainase, dan di laut adalah contoh dari turbulen.



Cairan dengan rapat massa yang akan lebih mudah mengalir dalam keadaan

laminer. Dalam aliran fluida perlu ditentukan besarannya, atau arah vektor kecepatan

aliran pada suatu titik ke titik yang lain. Agar memperoleh penjelasan tentang medan

fluida, kondisi rata-rata pada daerah atau volume yang kecil dapat ditentukan dengan

instrument yang sesuai.

Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju aliran,

volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan

pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur

tersebut.

Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit,

gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan

pengukuran-pengukuran, misalnya : langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik,

elektronik, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara langsung terdiri dari

atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatu penampang dalam suatu

selang waktu tertentu. Metoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan

penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik pada

suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran aliran

yang paling teliti adalah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan

berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang

dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur

Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui :

- Kecepatan (velocity)

- Berat (massanya)

- Luas bidang yang dilaluinya

- Volumenya

Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing

masing pipa, experimen dimana rumus debit aliran

Q= V/t

Dimana : Q = Debit aliran (m3)

v = Kecepatan aliran (m/s)

A = Luas penampang (m2)V = volume fluida (m3)



Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena distribusi kecepatan pada

aliran laminar dan aliran turbulen berbeda, maka koefisien gesek erbeda pula untuk

masing-masing jenis aliran. Untuk pengaliran pipa penuh, kehilangan tinggi tekan

karena gesekan (nH2O) dapat dihitung dengan persamaan :

Hf = 4.f.L.u2/ (2.g.d) atau

Hf = λ.L.u2/ (2.g.d)

Dimana :

L = Panjang titik yang diamati

d = Diameter dalam pipa

u = Kecepatan rata – rata

g = Percepatan gravitasi

f = 4λ = koefisien gesekan/faktor gesekan

h = Kehilangan gesekan .

2.4 Metode Percobaan

2.4.1 Alat dan Bahan yang DigunakanAdapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan pengaliran dalam pipa

ini adalah sebagai berikut :

a. 1 Set Fluid Fiction Apparatus

b. 2 buah stopwatch

c. Internal Vernier Caliper

d. Gelas Ukur

e. Manometer air raksa

f. Pompa air

2.4.2 Prosedur PercobaanAdapun prosedur percobaan yang harus dilakukan dalam melaksanakan

percobaan pengaliran dalam pipa adalah sebagai berikut :

a. Sebelum memulai percobaan terlebih dahulu kita tentukan aliran pipa yang akan

digunakan, katup yang akan dipakai dan dialiri di uka, dan katup yang tidak akan

dipakai atau dialiri ditutup.

b. Kemudian kita ukur diameter pipa yang digunakan dan jarak antar katup.

c. Menghidupkan pompa air lalu buka dan atur katup debit masuk.



d. Mencatat waktu yang diperlukan oleh aliran air untuk mencapai atau memperoleh

volume yang telah ditentukan, dengan cara menampung ai pada gelas ukur.

e. Setelah itu kita hitung debit aliran dan kecepatan aliran.

f. Mengulangi percobaan untuk volume yang berubah-ubah untuk head loss yang

sama sebanyak 5 (lima) seri percobaan.

2.5 Data dan Pembahasan

2.5.1 Data Hasil Percobaan

Adapun hasil percobaan yang diperoleh adalah sebagai berikut:

Panjang pipa = 81 cm

Pipa kasar tanpa sambungan

Tabel 2.1 Tabel Hasil Percobaan

Percobaanvolume

(ltr)time(det)

15 32,410 68,515 98,3

25 33,910 69,615 99,0

35 34,610 70,215 99,8

45 37,8110 71,515 101,5

55 38,4310 76,5215 111,5

2.5.2 Analisa Perhitungan

Berdasarkan data hasil percobaan yang pertama didapatkan data-data sebagai

berikut:

D = 4,1 mm = 4,1.10-3 m

Volume 1 = 5 liter , T1 = 04.95 s

Volume 2 = 10 liter , T2 = 09.96 s

Volume 3 = 15 liter , T3 = 14.94 s



Q1 = = = 1,010 x 10-3 m3/s

Q2 = = = 1,004 x 10-3 m3/s

Q3 = = = 1,004 x 10-3 m3/s

Head Loss HmHg = Beda tinggi pada bacaan manometer air raksa

= 60 HmHg

Head Loss Hm H2O = HL HmHg x

= 60 x

= 756 HmH2O

Log v = log kecepatan aliran

= log 4,20

= 0,623

Log h = log Head Loss Hm H2O

= log 756

= 2,878

Re =

Karena besarnya bilangan Reynolds (Re) yang dihasilkan

berkisar antara interval 4.000 < Bilangan Reynolds (Re) < 100.000,

maka selanjutnya untuk mencari koefisien gesek digunakan

persamaan Blasius untuk kehilangan tinggi tekan yaitu:

fb = 0,314 = 0,1023 Re0,25

Selanjutnya untuk menghitung head loss digunakan persamaan

Darcy –Weisbach yaitu sebagai berikut :

hf = 4. f. L. v 2 = 4. 0,1023. 0,81. 17,64 = 17,029 m 2.g.D 2. 9,81. 17,5. 10-3


V1

T1

V2

T2

V3

T3

5.10 -3 04.95

10 -2 09.96

15.10 -3 14.94

V. D = 4,20 x 17,5.10 -3 = 88,554 υ 0,83 x 10-3


Tabel 2.2 Nilai Rata-rata Hasil Perhitungan Aliran Dalam Pipa

Vol Q velocity D RE f hf5 1.01*10^-3 4.20 0.0175 88.55422 0.102359 17.038610 1.004*10^-3 4.18 0.0175 88.13253 0.102482 16.8968615 1.004*10^-3 4.18 0.0175 88.13253 0.102482 16.896865 1.053*10^-3 4.38 0.0175 92.3494 0.101291 18.3369610 1.05*10^-3 4.37 0.0175 92.13855 0.101349 18.2637615 1.013*10^-3 3.21 0.0175 67.68072 0.109475 10.644655 1.012*10^-3 4.21 0.0175 88.76506 0.102298 17.1096610 1.006*10^-3 4.18 0.0175 88.13253 0.102482 16.8968615 1.018*10^-3 4.23 0.0175 89.18675 0.102177 17.252155 1.039*10^-3 4.32 0.0175 91.08434 0.101641 17.8996310 1.015*10^-3 4.22 0.0175 88.9759 0.102238 17.1808415 1.002*10^-3 4.17 0.0175 87.92169 0.102543 16.826195 1.057*10^-3 4.40 0.0175 92.77108 0.101176 18.4837410 1.029*10^-3 4.28 0.0175 90.24096 0.101878 17.610615 1.017*10^-3 4.23 0.0175 89.18675 0.102177 17.25215

Rata-Rata 4.18 0.0175 88.21687 0.102536 16.97263

2.5.3 Grafik

Grafik 2.1 Hubungan antara Debit (Q) dengan Bilangan Reynolds (Re) .



Grafik 2.2 Hubungan antara Bilangan Reynolds (Re) dengan Kecepatan (v)

Grafik 2.3 Hubungan antara Koefisien Gesek (f) dengan Kecepatan (v)



Grafik 2.4 Hubungan antara Kehilangan Tinggi Tekan (hf) dengan Kecepatan (v)

2.5.4 Analisa Data

Berdasarkan data yang diperoleh dari percobaan pengaliran dalam pipa kasar

terlihat bahwa debit (Q), kecepatan (v), dan bilangan Reynolds (Re) adalah berbanding

lurus. Misalnya pada pelaksanaan percobaan pertama dengan volume lima liter air

didapatkan besarnya debit adalah 1,010 .10-3m3/det, kecepatan aliran atau velocity sebesar

4,20 m/det, dan bilangan Reynolds yang diperoleh adalah sebesar 88,554. Sedangkan pada

percobaan yang kelima dengan volume air yang sama didapatkan besarnya debit yang

diperoleh adalah sebesar 1,057.10-3 m3/det, kecepatan aliran sebesar 4,40 m/det, dan

bilangan Reynolds sebesar 92,771. Selain itu, berdasarkan data yang diperoleh dari

percobaan pengaliran dalam pipa kasar dapat dilihat bahwa log kecepatan (log v) akan

semakin meningkat seiring dengan dilakukannya pengulangan percobaan sebanyak

beberapa kali, misalnya pada percobaan pertama dengan volume lima liter didapatkan log

kecepatan sebesar 0,623, sedangkan pada percobaan yang kelima dengan volume yang

sama didapatkan log kecepatan sebesar 0,643. Selanjutnya semakin sering kita

mengulangi percobaan tersebut, maka besarnya faktor atau koefisien gesek yang

dihasilkanpun juga cenderung akan semakin menurun. Namun sebaliknya jika percobaan

tersebut kita ulangi sebanyak beberapa kali, maka akan dihasilkan nilai hf yang cenderung



semakin meningkat. Jadi dapat kita katakan bahwa faktor atau koefisien gesek berbanding

terbalik terhadap hf.

2.5.5 Analisa Grafik

Melalui visualisai grafik yang ditampilkan pada hasil percobaan terlihat dengan

jelas bahwa kecepatan (v) berbanding lurus dengan logaritma kecepatan (log v). Pada

percobaan kedua dengan kecepatan sebesar 4,38 m/det didapatkan besarnya log

kecepatannya adalah 0,641, pada kecepatan sebesar 4,37 m/det didapatkan besarnya log

kecepatan sebesar 0,640, dan pada kecepatan sebesar 4,21 m/det didapatkan besarnya log

kecepatan sebesar 0,624. Kemudian pada percobaan ketiga pada saat besarnya kecepatan

sama dengan 4,21 m/det diperoleh log kecepatannya sama dengan 0,624, pada saat

kecepatannya sama dengan 4,18 m/det maka lognyapun juga sama dengan 0,621, dan pada

saat kecepatannya sama dengan 4,23 m/det diperoleh log kecepatannya sama dengan 0,626.

Pada grafik selanjutnya yang menggambarkan hubungan antara log h dan log kecepatan

(log v) didapatkan bahwa pada log h yang konstan tidak terdapat adanya perbedaan atau

variasi pada log v. Berdasarkan data yang divisualisasikan pada grafik kita temui bahwa

hubungan antara koefisien gesek dengan bilangan Reynolds cenderung relatif tidak

konstan, karena pada saat pelaksanaan percobaan ada terdapat perubahan dari besaran

koefisien gesek dan bilangan Reynolds.

2.6 Kesimpulan

Berdasarkan atas hasil yang diperoleh dari percobaan ini maka dapat diambil

kesimpulan bahwa pada zat cair yang mengalir melalui pipa akan mengalami gaya gesek,

karena gesekan inilah maka aliran tersebut kehilangan tinggi tekanan. Dan juga didapat

bahwa besar debit akan mempengaruhi besarnya kehilangan tinggi tekan yakni semakin

besar debit, semakin besar pula kehilangan tinggi tekan tersebut. Sedangkan yang terjadi

pada dinding pipa, jika gaya gesek semakin kecil maka bilangan Reynold semakin besar

demikian pula sebaliknya, atau dengan kata lain gaya gesek dalam hal ini koefesien

gesekan berbanding terbalik dengan harga bilangan Reynold. Kemudian dapat diketahui

pula bahwa debit, kecepatan, dan bilangan Reynolds adalah berbanding lurus antara satu

sama lainnya. Sedangkan koefisien gesek berbanding terbalik terhadap hf. Sementara itu

juga diketahui bahwa kecepatan berbanding lurus dengan log kecepatan, begitu pula log h

terhadap log kecepatan.



Lampiran

Gambar Alat Fluid Friction Apparatus


22

25

23

16

1 23

4

56

7

10

11 1213

15

19

20 21

24

14

26

27


Keterangan Gambar :

1. Pipa φ6 mm.

2. Pipa φ10 mm.

3. Pipa yang kekasarannya dapat berubah-ubah.

4. Pipa φ17,4 mm.

5. Katup yang dapat dibuka/tutup sewaktu-waktu.

6. Katup yang dapat membesarkan aliran.

7. Katup bola.

8. Pipa siku 45º.

9. Pipa sambungan Y.

10. Kran pembuka.

11. Kran bulat.

12. Saringan.

13. Pipa siku 90º.

14. Pipa lengkung.

15. Pipa sambungan T.

16. Tabung pitot statis.

17. Venturi meter.

18. Orifice meter.

19. Contoh pipa.

20. Mercury meter.

21. Manometer air.

22. Tangki pengukur volume.

23. Tangki penampung.

24. Pompa.

25. Tabung pembacaan.

26. Stater pompa.

27. Skrup tanda pembacaan pengukuran.

28. Silinder pengukur.

29. Katup pembuangan.

Praktikum Mekanika Fluida Kelompok XV

Documents

Bab 2 Aliran Dalam Pipas Ikik