Bab IV Aliran Dalam Pipa
description
Transcript of Bab IV Aliran Dalam Pipa
Praktikum Mekanika Fluida
BAB IV
ALIRAN DALAM PIPA
A. MAKSUD DAN TUJUAN PERCOBAAN
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 tidak mempunyai permukaan
bebas dan cairan itu akan berada pada suatu tekannan tertentu, di atas
ataupun di bawaha atmosfer.
Menentukan kehilangan tinggi tekan akibat gesekan dan kecepatan
aliran air melalui pipa licin.
Menentukan tinggi tekan diramalkan oleh persamaan gesekan pipa
dihubungkan dengan aliran air melalui pipa licin.
Mendapatkan hubungan antara koefisien gesekan zat alir dan angka
Reynolds untuk pengaliran air melalui pipa dengan kekasaran.
B. ALAT DAN BAHAN
Satu set model aliran melalui pipa (unit fluidfriction
apparatus)
Stopwatch
Jangka Sorong
C. PROSEDUR PERCOBAN
1. Atur selang penhubung pada katup-katup, peralatan
atau konstruksi yang dikehendaki.
2. Tetapkan pipa yang akan diukur dan diamati, ukur
jarak antara katup, ukur diameter dalam pipa.
3. Pastikan bahwa tabung air raksa manometer dalam
keadaan bersih.
4. Hidupkan pompa, buka katup pengatur debit, baca
H pada manometer air raksa, atau tekanan kecil dapat dibaca pada
manometer air, ukur volume per satuan waktu.
Percobaan Aliran dalam pipa
Praktikum Mekanika Fluida
5. Ulangi percobaan untuk debit dan alat atau
konstruksi lain.
D. DATA HASIL PERCOBAAN
Adapun hasil percobaan yang diperoleh adalah sebagai berikut:
Panjang pipa = 81 cm
Pipa kasar tanpa sambungan
Tabel 4.1 hasil percobaan
Percobaan Aliran dalam pipa
Percobaanvolume
(ltr)time(det)
15 5,2210 10,6015 16,07
25 6,5010 13,315 20,12
35 7,4410 14,9315 22,75
45 8,3210 16,7415 25,46
55 9,2810 18,9415 28,85
Praktikum Mekanika Fluida
E. PERHITUNGAN
1. Dasar Teori
Gesekan aliran dalam pipa
Berdasarkan demonstrasi prof. Osborne Reynolds terdapat dua tipe aliran
dalam pipa:
Aliran laminer pada kecepatan rendah diman
kehilangan tinggi tekan hf merupakan fungsi kecepatan (u), (h dan u)
Aliran turbulen pada kecepatan tinggi
dimana (h dan u)
Diantaranya terdapat aliran transisi diman
tidak terdapat hubungan hdan u yang jelas
Kehilangan tinggi tekan karena gesekan
Untuk pengaliran pipa penuh, kehilangan tinggi tekan karena gesekan
(nH2O) dapat dihitung dengan persamaan:
Hf = 4.f.L.u2 / (2.g.d) atau Hf = .L.u2 / (2.g.d)
Dimana:
L = panjang titik yang diamati
d = diameter dalam pipa
u = kecepatan rata-rata
g = percepatan gravitasi
f = 4 = koefisien gesekan / factor gesekan
hf = kehilangan gesekan
Untuk menentukan bilangan Reynolds diambil berdasarkan persamaan :
Re = xuxd /
Di mana :
= density / kerapatan massa
u = kecapatan rata-rata
d = diameter pipa
= viskositas / kekentalan mutlak
Hubungan antara f dan Re
a. Menurut Blasius ; bila e antara 750-25.000
Percobaan Aliran dalam pipa
Praktikum Mekanika Fluida
f = 0,233 / R 1.33
b. Menurut Prantol van Karman ; bila e > 25.000
1 / f 0.5 = 2.log (R + f 0.5) + 0,4
c. Bila Re > 100.000
c.1. Untuk pipa kasar
1 / f 0.5 = 2.log (R + f 0.5) + 0,4
atau 1 / f 0.5 = 2.log (R + f 0.5) – 0,8
c.2. Untuk pupa halus
1 / f 0.5 = 2.log (Re / ) – 1,71
Di mana :
r = jari-jari pipa
= kekasaran permukaan
2. Contoh Perhitungan
Berdasarkan data hasil percobaan yang pertama didapatkan data-data
sebagai berikut:
D = 176 mm = 0,0176 m
Volume 1 = 5 liter , T1 = 5,22 s
Volume 2 = 10 liter , T2 = 10,6 s
Volume 3 = 15 liter , T3 = 16,07s
Q1 = = = 9,579. 10-4 m3/s
Q2 = = = 9,434. 10-4 m3/s
Q3 = = = 9,334. 10-4 m3/s
Head Loss mmHg = Beda tinggi pada bacaan manometer air raksa
= 174 mmHg
Head Loss mm H2O = HL mmHg x
Percobaan Aliran dalam pipa
V1
T1
V2
T2
V3
T3
5.10 -3 5,22
10 -2 10,6
15.10 -3 16,07
Praktikum Mekanika Fluida
= 174 x
= 2192,4 mmH2O
Log v = log kecepatan aliran
= log 174
= 2,2405
Log h = log Head Loss mm H2O
= log 2192,4
= 3,3409
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 = 0,760 Re0,25
Selanjutnya untuk menghitung head loss digunakan
persamaan Darcy –Weisbach yaitu sebagai berikut :
hf = 4. f. L. v 2 = 4. 0,760. 0,81. 5, 2 = 65,67 m 2.g.D 2. 9,81. 0,0176
3. Tabel Hasil Perhitungan
Tabel 4.2 Nilai Rata-rata Hasil Perhitungan Aliran Dalam Pipa
PercobaanDebit
Q (m3/det)
Velocity
(m/det)Re f hf
1 0,0009334 3,837 0,0688 0,613 84,692
2 0,0007455 3,065 0,0861 0,580 51,089
3 0,0006593 2,71 0,0974 0,562 38,730
4 0,0005892 2,456 0,0108 0,548 31,037
5 0,0005199 2,138 0,0123 0,530 22,718
Rata-rata 0,0006895 2,8412 0,0967 0,567 45,653
Percobaan Aliran dalam pipa
V. D = 5 x 0,0176 = 0,029 υ 3,0328
Praktikum Mekanika Fluida
4. Grafik
a. Gambar Grafik
Grafik 4.1 hubungan Re dan Q
Grafik 4.2 hubungan antara Re dan v
Percobaan Aliran dalam pipa
Praktikum Mekanika Fluida
Grafik 4.3 hubungan antara f dan v
Grafik 4.4 hubungan antara hf dan v
F. KESIMPULAN
Berdasarkan atas hasil yang diperoleh dari percobaan ini maka
dapat diambil kesimpulan, sebagai berikut :
1. Pada zat cair yang mengalir melalui pipa akan mengalami gaya gesek,
karena gesekan inilah maka aliran tersebut kehilangan tinggi tekanan.
Besarnya debit akan mempengaruhi besarnya tinggi tekan tersebut,
2. Jika gaya gesek semakin kecil maka bilangan reynold (Re) semakin
besar,dan sebaliknya.
Percobaan Aliran dalam pipa
Praktikum Mekanika Fluida
3. Debit (Q), kecepatan (v) dan bilangan Reynold (Re) adalah berbanding
lurus antara satu sama lain, sedangkan koefisien gesek berbanding
terbalik terhadap hf.
4. Kesimpulan grafik :
Dari grafik 4.1 dapat diketahui hubungan antara Re dan Q
Nilai Re bergantung pada besarnya nilai Q
Semakin besar nilai Q semakin besar pula nilai Re
Dari grafik 4.2 dapat diketahui hubungan antara Re dan v
Semakin kecil nilai v maka semakin kecil nilai Re
Dari grafik 4.3 dapat diketahui hubungan antara h dan v,
Semakin kecil nilai v maka semakin kecil pula nilai h
Dari grafik 4.4 dapat diketahui hubungan antara hf dan v
Semakin kecil nilai v maka semakin kecil pula nilai hf
G. Gambar Alat
Percobaan Aliran dalam pipa
10
Praktikum Mekanika Fluida
Gambar Alat Fluid Friction Apparatus
Keterangan gambar
1. Pipa φ6 mm. 16. Tabung pitot statis.
2. Pipa φ10 mm. 17. Venturi meter.
3. Pipa kekasarannya dapat berubah-ubah. 18. Orifice meter.
4. Pipa φ17,4 mm. 19. Contoh pipa.
5. Katup yang dapat dibuka/tutup. 20. Mercury meter.
6. Katup yang dapat membesarkan aliran. 21. Manometer air.
7. Katup bola. 22. Tangki pengukur volume.
8. Pipa siku 45º. 23. Tangki penampung.
9. Pipa sambungan Y. 24. Pompa.
10.Kran pembuka. 25. Tabung pembacaan.
11.Kran bulat. 26. Stater pompa.
12.Saringan. 27. Skrup tanda pembacaan pengukuran
13.Pipa siku 90º. 28. Silinder pengukur.
14.Pipa lengkung. 29. Katup pembuangan.
15.Pipa sambungan T
Percobaan Aliran dalam pipa
26
24
19
5
3
1
2 6
4
25
22
23
11
12
16
7
15
1314
20
27