MEKANIKA FLUIDA

1. TEORI SINGKATSistem pemipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran air dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain.Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas:1. Pipa.2. Sambungan-sambungan (fitting).3. Peralatan pipa (pompa).4. dll.

2. Pressure Dropa. Terjadi akibat aliran fluida mengalami gesekan dengan permukaan saluran.b. Dapat juga terjadi ketika aliran melewati sambungan pipa, belokan, katup, difusor dan sebagainya.c. Besar pressure drop bergantung pada: Kecepatan aliran. Kekasaran permukaan. Panjang pipa. Diameter pipa.

3. Jenis Aliran Fluidaa. Steady atau tidak steady.b. Laminar atau turbulen.c. Satu, dua, atau tiga dimensi.

4. Pengertian dari jenis alirana. Steady jika kecepatan aliran tidak merupakan fungsi waktu (dv/dt = 0).b. Aliran laminer atau turbulen tergantung dari bilangan Reynolds.c. Aliran satu dimensi terjadi jika arah dan besar kecepatan di semua titik sama.Aliran dua dimensi terjadi jika fluida mengalir pada sebuah bidang (sejajar suatu bidang) dan pola garis aliran sama untuk semua bidang.5. Bentuk-bentuk sambungan pada sistem perpipaana. Sambungan lurus.b. Sambungan belok.c. Sambungan cabang.d. Sambungan dengan perubahan ukuran saluran.Ada dua jenis aliran dar fluida, aliran-aliran tersebut aliran laminer dan aliran turbulen. Kedua jenis aliran tersebut diatur oleh hukum-hukum yang berbeda.1. Aliran LaminerDalam aliran laminer partikel-partikel fluidanya bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus, sejajar dalam lapisan-lapisan atau laminer. Besarnya kecepatan-kecepatan dari laminar yang berdekatan tidak sama. Aliran laminer diatur oleh hukum yang menghubungkan tegangan geser ke laju perubahan bentuk sudut, yaitu hasilkali kekentalan dan gradien kecepatan.2. Kecepatan Kritis (turbulent)Kecepatan kritis yang punya arti penting adalah kecepatan dimana semua turbulensi direndam oleh kekentalan fluidanya. Telah ditemukan bahwa batas atas aliran laminer yang punya arti penting dinyatakan oleh suatu bilangan Reynolds sebesar kira-kira 2000. Bilangan ReynoldsBilangan Reynolds, tak berdimensi, menyatakan perbandingan gaya-gaya inersia terhadap gaya-gaya kental. Untuk pipa-pipa bundar yang mmengalir penuh,Bilangan Reynolds (RE) = atau = Dimana:V : kecepatan rata-rata dalam m/detd : garis tengah pipa dalam m, r0: jari-jari pipa dalam mv : kekentalan kinematik fluida dalam m3/det : rapat massa fluida dalam kg/m3 : kekentalan mutlak dalam Pa dtkUntuk irisan penampang yang tak bundar, perbandingan luas irisan penampang terhadap keliling yang basah, disebut jari-jari hidrolik R (dalam m), digunakan dalam bilangan Reynolds.RE = 6. Pengertian VenturimeterVenturi digunakan untuk mengukur laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa biasanya digunakan untuk mengukur volume. Pipa venturi merupakan pipa yang memiliki penampang yang bagian tengahnya menyempit dan diletakkan mendatar yang dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat dihitung. Dalam pipa venturi luas penampang bagian tepi memiliki penampang yang kebih luas dar bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar dari bagian tengah.

Gambar 17. Pipa Venturi

7. Block Diagram Dynamic of Fluids

8. Gambar Dynamic of Fluids

Sambungan Gambar Dynamic of Fluids

Sambungan Gambar Dynamic of Fluids

Hal-hal yang harus diperhatikan sebelum melakukan praktikum1. Peralatan dapat dipindah-pindahkan.2. Jika ingin memindahkan peralatan cabut stop kontak dari sumber listrik dan tangki dalam keadaan kosong.3. Memeriksa bahwa peralatan stabil dan dudukan roda telah terkunci.4. Menutup katup pembuangan yang terletak dibawah tangki.5. Mengisi air dalam tangki.6. Menghubungkan steker listrik ke stop kontak.7. Memutar pasokan listrik saklar utama dalam posisi horizontal.8. Lampu indikator akan menyala.9. Melepaskan konektor dari sensor tekanan untuk menggunakan manometer.10. Penggunaan sensor tekanan/digital (digunakan untuk beda tekan yang besar)

a. Menghubungkan dua selang ke konektor yang akan dipraktekkan misal venturi orifice.b. Konektor (+) ditempatkan dibagian depan.c. Hidupkan pompa dan membuka katup untuk membuang gelembung udara.d. Tutup katup bila selang tidak mengandung udara.e. Laju alir yang digunakan dapat divariasikan.11. Penggunaan kolom manometer (digunakan untuk beda tekan yang kecil)a. Menghubungkan dua selang ke konektor yang ingin dipraktekkan misal venturi, pipa lurus dan belokkan pipa.b. Konektor (+) ditempatkan dibagian depan.c. Hidupkan pompa, bila manometer ada gelembung udara buka katup 24, tunggu sampai air penuh.d. Tutup katup 24 bila air telah penuh.e. Matikan pompa.f. Secara perlahan-lahan buka katup 25 bila air dalam manometer telah rata tutup katup 25.g. Hidupkan pompa.12. Cara mematikan alata. Matikan pompa.b. Kosongkan pipa dengan cara membuka seluruh valve.c. Matikan suplay power.d. Dalam penggunaan yang cukup lama tangki harus dilakukan pengurasan.

SINGULARITAS PIPA

I. Tujuan PercobaanMahasiswa dapat mempelajari kehilangan tekanan dalam singularitas akibat belokan pipa secara praktek dan teoritis

II. Alat Yang DigunakanSeperangkat alat dynamic of fluids

III. Teori SingkatRumus kehilangan tekanan akibat belokan pipa P = Dimana adalah koefisien singular kehilangan tekanan.a. Kehilangan Tekanan Akibat belokan 1800 (P2-P3) = dimana:Diameter pipa= 26,8 mmSudut Belokan= 1800Untuk air pada 200C, viskositas kinematik = 1 E-6 m2/sDensitas= 1000 kg/m3 b. Kehilangan Tekanan Akibat Pengecilan Pipa (P13-P14) = , koefisien konstraksiDimana:C = , S1 < S2Data untuk perhiungan secara teoritisDiameter pipa besar= 26,8 mmDiameter pipa kecil= 17,3 mmLuas sambungan pipa besar= 5,64 E-4 m2Luas sambungan pipa besar= 2,35 E-4 m2Koefisien konstraksi= 0,657Panjang pipa= 350 mmUntuk air 200CViskositas= 1 E-6 m2/sDensitas= 1000 kg/m3

c. Kehilangan Tekanan Akibat Pembesaran Pipa (P14-P15)Koefisien kehilangan tekanan, = , S1 < S2Data untuk perhitungan secara teoritisDiameter pipa besar= 26,8 mmDiameter pipa kecil= 17,3 mmLuas sambungan pipa besar= 5,64 E-4 m2Luas sambungan pipa besar= 2,35 E-4 m2Untuk air 200CViskositas= 1 E-6 m2/sDensitas= 1000 kg/m3

IV. Prosedur Percobaana. Menutup katup pembuangan yang terletak di bawah tangkib. Mengisi air dalam tangkic. Menghubungkan steker listrik ke stop kontak d. Memutar pasokan listrik saklar utama dalam posisi horizontale. Lampu indikator akan menyalaf. Menghubungkan konektor ke pipa yang digunakan konektor (+) pada up stream dan konektor (-) pada down streamg. Menghilangkan udara yang ada dalam selang dengan cara membuka dua katup buangan dan kemudian menutupnyah. Untuk mendapatkan beda tekan sama dengan nol melakukan:1. Menutup valve yang ada di atas tangki2. Untuk mendapatkan beda tekan nol membuat laju alir nol, indikator menunjukkan missal x mbar, nilai ini sama dengan 0 atmosfer3. Menggunakan harga x baar untuk faktor pengurangan setiap pengukurani. Membuka valve dan menentukan laju alir yang digunakan

V. Data Pengamatan Pipa (P3-P4)Laju aliran volume/debit (liter/jam50010001500

Nilai Pengukuran

Kehilangan tekanan (mbar)

Nilai Perhitungan

Laju aliran volume/debit (liter/jam

Kecepatan (meter/detik)

Koefisien kehilangan tekanan

Kehilangan tekanan (Pa)

Pipa (P13-P14)Laju alir volume/debit (liter/jam)50010001500

Nilai Pengukuran

Kehilangan tekanan (mbar)61838

Nilai Perhitungan

Laju alir volume/debit (liter/jam)

Kecepatan (meter/detik)

Koefisien kehilangan tekanan

Kehilangan tekanan secara teoritis (Pa)

Pipa (P14-P15)Laju alir volume/debit (liter/jam)50010001500

Nilai Pengukuran

Kehilangan tekanan (mbar)0,524

Nilai Perhitungan

Laju alir volume/debit (liter/jam)

Kecepatan (meter/detik)

Koefisien kehilangan tekanan

Kehilangan tekanan secara teoritis (Pa)

VI. PerhitunganPipa (P3-P4)1. Laju alir volume (meter3/detik)a. 500 liter/jamQ = = 0,000138 m3/sb. 1000 liter/jamQ = = 0,000277 m3/sc. 1500 liter/jamQ = = 0,0004167 m3/s

2. Kecepatan aliran (meter/detik)V = a. Untuk Q = 0,000138 m3/sV = = 0,172715 m/sb. Untuk Q = 0,000277 m3/sV = = 0,346683 m/sc. Untuk Q = 0,0004167 m3/sV = = 0,5219 m/s

3. Koefisien kehilangan tekanan = = = 2,81143

4. Kehilangan tekanan (Pa)P = a. Untuk v = 0,172715 m/sP = = 20,9665 b. Untuk v = 0,346683 m/sP = = 84,4758c. Untuk v = 0,5219 m/sP = = 191,444

Pipa (P13-P14)1. Laju alir volume (meter3/detik)a. 500 liter/jamQ = = 0,000138 m3/sb. 1000 liter/jamQ = = 0,000277 m3/sc. 1500 liter/jamQ = = 0,0004167 m3/s

2. Kecepatan (meter/detik)V = a. Untuk Q = 0,000138 m3/sV = = 0,172715 m/sb. Untuk Q = 0,000277 m3/sV = = 0,346683 m/sc. Untuk Q = 0,0004167 m3/sV = = 0,5219 m/s

3. Koefisien kehilangan tekanan = C = , S1 < S2C = 0,63 + 0,37 = 1,1736 = = 0,075076

4. Kehilangan tekanan secara teoritis (Pa)P = a. Untuk v = 0,172715 m/sP = = 0,5598

b. Untuk v = 0,346683 m/sP = = 2,2558

c. Untuk v = 0,5219 m/sP = = 5,1123

Pipa (P14-P15)1. Laju alir volume (meter3/detik)a. 500 liter/jamQ = = 0,000138 m3/sb. 1000 liter/jamQ = = 0,000277 m3/sc. 1500 liter/jamQ = = 0,0004167 m3/s

2. Kecepatan (meter/detik)V = a. Untuk Q = 0,000138 m3/sV = = 0,172715 m/sb. Untuk Q = 0,000277 m3/sV = = 0,346683 m/sc. Untuk Q = 0,0004167 m3/sV = = 0,5219 m/s

3. Koefisien kehilangan tekanan = , S1 < S2 = = 0,3403

4. Kehilangan tekanan secara teoritis (Pa)P = a. Untuk v = 0,172715 m/sP = = 2,5378b. Untuk v = 0,346683 m/sP = = 10,2250

c. Untuk v = 0,5219 m/sP = = 23,1727

VENTURI, DIAFRAMA DAN VALVE

Tujuan percobaan : Mahasiswa dapat mempelajari kehilangan tekanan pada pipa venturi, daframa ((P8-P9) dan valve (P3-P4), (P4 P5) dan (P5 P6)

Alat yang digunakan : Seperangkat alat dynamic of fluids.Teori singkat :Q = KHarga K yang merupakan koefisien gesekan yang dapat dihitung bila harga P Pascal Dan Q dalam m3/s.Nilai K dapat juga diturunkan dari persamaan Bernoulli

P1 + pV12 = P2 + pV22

Aplikasi dari teori Bernoulli pada pipa Venturi memberikan persamaan

Q =

Dimana :Q laju alir volue /debit, (m3/s)P perubahan tekanan, (Pa)d diameter masuk pipa venturi (m), D diameter masuk pipa venturi (m) , (untuk ukuran d dan D lihat gambar 20)P densitas air pada tempratur kamar Persamaan di atas dapat ditulis dalam bentuk persamaan

Q = x

Dengan mengetahui harga d dan D nilai koefisien K dapat ditentukan

Prosedur percobaan

a. Menutup katup pembuangan yang terletak di bawah tangkib. Mengisi air dalam tangkic. Menghubungkan steker listrik ke stop kontakd. Memutar pasokan listrik saklar utama dalam posisi horizontale. Lampu indicator akan menyalaf. Menghubungkan konektor ke pipa yang digunakan konektor (+) pada up stream dan konektor (-) pada down streamg. Menghilangkan udara yang ada dalam selang dengan cara membuka dua katup buangan dan kemudian tutuoh. Untuk dapat beda tekan sama dengan nol dilakukan :1. Menutup valve yang ada di atas tangki2. Untuk mendapatkan beda tekan nol laju alir dibuat nol, indicator menunjukkan missal x mbar, nilai sama dengan atmosfer3. Harga x bar digunakan untuk factor pengurangan setiap pengukuran.i. Membuk valve dan menetukan laju alir yang digunakan

Data Pengamatan Laju alir volume/debit (liter/jam)50010001500

Nilai Pengukuran

Kehilangan tekanan (mbar)47237

Nilai Perhitungan

Laju alir volume/debit (m3/sekon)416,08021245,4021547,9769

Tekanan Hilang (Pa)48,52511

Koefisien gesekan16670,956227,01051813,8035

Perhitungan percobaan ke 3

Pipa Venturi Q =

Run 500, = = 416,0802 m3/s

K = Q x = 416,0802 m3/s x = 16670,95

Run 1000, = = 1245,4021 m3/sK = Q x = 1245,4021 m3/s x = 6227,0105Run 1500, = = 547,9769 m3/s

K = Q x = 547,9769 m3/s x = 1813,8035

Analisa Percobaan

Setelah melakukan percobaan dapat dianalisa bahwa penurunan tekananan merupakan hasil dari gaya gesek pada fluida ketika mengalir melalui tabung yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran. Penentu utama resistensi terhadap aliran fluida adalah kecepatan fluida melalui pipa dan viskositas fluida. Aliran cairan atau gas akan selalu mengalir dalam arah perlawanan paling sedikit (tekanan kurang). Kehilangan tekanan pada pipa P3-P4, P13-P14, dan P14-P15 berbanding lurus dengan laju alirnya, semakin besar laju alirnya maka nilai kehilangan tekanannya semakin besar. Hal tersebut ditunjukan pada aliran Fluida yang mengalir pada belokan 1800 menyebabkan terjadinya separasi. Separasi mengakibatkan terjadinya vortex, getaran, dan kavitasi, dimana kerugian tersebut mengakibatkan kerugian head meningkat dan berpotensi merusak instalasi pipa sehingga separasi perlu dihilangkan. Separasi ini ditandai dengan penurunan tekanan yang besar pada bagian hilir belokan pipa. Belokan, pembesaran maupun pengecilan mendadak, pemasangan katup dan berbagai jenis variasi lainnya akan menimbulkan kerugian namun sangat sulit untuk dihindari. Untuk pengecilan dan pembesaran pipa secara mendadak tidak terlalu banyak berpengarupada kehilangan tekanan yang didapat secara perhitungan, hal tersebut ditunjukan hasil perhitungan yang semakin besar laju alir maka akan semakin besar pulan penurunan tekanan yang dihasilkan. Head loss yang terdapat pada praktikum kali ini merupan Head loss minor yang dapat terjadi karena adanya sambungan pipa (fitting) seperti katup (valve), belokan (elbow), saringan (strainer), percabaan (tee), losses pada bagian entrance, losses pada bagian exit, pembesaran pipa (expension), pengecilan pipa (contraction), dan sebagainya,Pada percobaan ketiga menggunakan tabung venturi, tabung venturi merupakan alat yang digunakan untuk mengukur debit aliran air dalam pipa. Venturi merupakan bentuk klasik yang terdiri dari bagian masuk yang mengecil. Bagian leher dan bagian keluar yang membesar. Tabung tersebut dipasang di tempat sambungan pipa sedemikian rupa sehingga bagian lehernya konsentris dengan lubang pipa. Dalam pipa venturi ini luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar daripada bagian tengahnya.Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar laluakanmengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebih sempit, dengan demikian maka akan terjadi perubahan kecepatan. Selain venturi juga digunakan tabung Orrifice yang terdiri atas plat baja yang mempunyai penyempitan bundar dengan salah satu sisi tajamnya. Plat tersebut dipasang diantara dua flens sehingga lubang tadi konsentrik dengan pipa tempat memasangnya. Titik pengambilan tekanan dipasang, satu dihulu (bagian masuk) dan satu lagi di bagian hilir (bagian keluar) dan dihubungkan dengan manometer atau piranti pengukuran tekanan lainnya. Setelah melakukan perhitungan nilai koefisien gesekan yang didapat semakin menurun, laju alir berbanding terbalik dengan nilai koefisien gesekan. Dimana laju alir semakin besar maka nilai koefisien gesekan akan semakin kecil.

Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa:1. Head loss minor yang dapat terjadi karena adanya sambungan pipa (fitting) seperti katup (valve), belokan (elbow), saringan (strainer), percabaan (tee), losses pada bagian entrance, losses pada bagian exit, pembesaran pipa (expension), pengecilan pipa (contraction), dan sebagainya.2. Kerugian gesekan karena adanya pengecilan atau pembesaran pipa secara mendadak itu sebanding dengan tinggi tekan kecepatan fluida di dalam salurannya.3. Semakin panjang pipa, maka penurunan tekanan aliran dalam pipa semakin besar, Tekanan juga berbanding lurus dengan laju aliran.4. Pipa venture befungsi sebagai pemercepat aliran fluida dilakukan dengan cara membentuk corong sehingga aliran masih dapat dijaga agar tetap laminar. Pada pipa venturi laju alir berbanding terbalik dengan nilai koefisien gesekan. Dimana laju alir semakin besar maka nilai koefisien gesekan akan semakin kecil.

Daftar Pustaka

Jobsheet. 2014. Penuntun Praktikum Pengendalian Proses. Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembanghttp://puslit2.petra.ac.id/ejournal/index.php/mes/article/view/18043http://alphonse-maygha.blogspot.com/2012/11/penurunan-tekanan-dalam-pipa_3.htmlhttps://www.academia.edu/5136379/HUKUM_BERNOULLIhttp://uninktrial.blogspot.com/2013/07/prakinstrument-pengukkuran.htmlhttp://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-aliran-pipa-venturi/.html

GAMBAR ALAT

Gambar Alat Dynamic of Fluids