Aliran Fluida [PDF]

Citation preview

BAB I ALIRAN FLUIDA 1.1. Tujuan Percobaan Mahasiswa dapat memahami dan mengerti prinsip pengukuran aliran fluida, mengenal beberapa jenis alat ukur kecepatan alir fluida, dalam melakukan pengukuran kecepatan aliran fluida dengan menggunakan masing-masing alat ukur kecepatan air fluida dan dapat menentukan koefisien masing-masing alat ukur kecepatan alir fluida.



1.2. Prosedur Percobaan Prosedur percobaan praktikun Aliran Fluida dapat dilihat pada Gambar 2.1. Memasang jenis alat ukur (Venturimeter, Orificemeter dan Pitot tube)



Menghitung putaran bukaan valve 100%



Menghubungkan pompa ke sumber listrik dan tekan tombol ON pompa



Membuka bukaan valve sesuai variabel, setelah aliran stabil membuka bukaan valve secara perhaan



Mencatat laju alir aliran dan mencatat beda ketinggian manometer



Mematikan pompa, memutus semua sambungan listrik dan menutup semua valve Gambar 2.1 Diagram alir praktikum Aliran Fluida



Gambar Alat



Gambar 2.2 Alat Aliran Fluida



1.3. Hasil Percobaan Fluida adalah istilah yang digunakan untuk menyebut segala jenis zat yang dapat mengalir. Baik itu dalam bentuk cairan ataupun gas, selama bisa mengalir maka akan di sebut fluida. Hampir semua bentuk air dan gas disebut fluida. Karena zat cair dan gas memiliki sifat fisik yang sama, yaitu dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Jenis- Jenis Aliran Fluida a. Aliran Laminar Aliran dengan jenis ini maka partikel-partikel fluida mengalir secara sejajar dengan sumbu tabung. Aliran ini terjadi jika viskositas fluida tinggi dan



kecepatan fluida rendah. Aliran laminar memiliki bilangan Re < 2300 (Sumantri, 2012). b. Aliran Turbulen Aliran turbulen merupakan aliran kacau yang tidak teratur dan kompleks, selalu berubah terhadap waktu dan tidak terdapat pola keadaan tunak. Aliran ini terjadi jika viskositas fluida rendah dan kecepatan fluida tinggi. Aliran turbulen memiliki bilangan Re > 4000 (Young, 2007). c.



Aliran Transisi Aliran transisi adalah rejim yang terjadi antara aliran laminar dan aliran turbulen. Jadi aliran transisi adalah proses diantara terjadinya aliran laminar ke aliran turbulen. Aliran transisi memiliki bilangan Re antara 2300 – 4000 (Ilhami, 2011).



Dalam suatu sistem perpipaan transportasi fluida, terdapat beberapa komponen atau peralatan umum yang digunakan, seperti: pipa/tabung, valve, blower dan pompa, . Pipa merupakan tempat mengalirnya fluida, dan valve dipasang untuk mengatur laju alir/bukaan fluida. Dalam suatu sistem perpipaan dibutuhkan penambahan energi mekanik untuk mempercepat laju alir fluida. 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. Jenis Alat Ukur Aliran Fluida : a. Water-meter Water meter adalah alat ukur kecepatan alir air seperti dipakai pada saluran PDAM. Biasanya alat ini hanya mencatat volume air yang telah lewat alat ini pada selang waktu tertentu. Namun ada juga yang dilengkapi dengan jarum penunjuk kecepatan alir air yang sedang lewat.



Gambar 2.3 Alat Water-meter b. Pitot Tube Pitot tube merupakan salah satu alat ukur kecepatan fluida yang mendasarkan pengukurannya pada beda tekanan yang terjadi pada dua titik yang dilewati fluida dalam tube (Differential Pressure Flow-meter).



Gambar 2.4 Alat Pitot Tube Dari gambar diatas, fluida mengalir ke dalam titik 2, timbul tekanan yang kemudian menjadi stasioner pada titik tersebut sehingga disebut sebagai titik stagnan. Perbedaan tekanan stagnan pada titik 2 ini dengan static pressure yang timbul pada static tube menunjukan peningkatan atau kenaikan tekanan yang berhubungan dengan kecepatan alir fluida, dimana besarnya perbedaan tekanan ini diukur atau ditunjukkan oleh beda ketinggian fluida pengukur pada manometer. c. Venturi- meter Venturi meter dipakai untuk mengukur kecepatan rata-rata aliran fluida dalam pipa. Prinsip pengukurannya hampir sama dengan pitot tube, bedanya v1 dan v2 pada Venturi-meter dapat diukur atau dihitung berdasarkan diameter pipa dan leher Venturi-meter tersebut.



Gambar 2.5 Alat Venturi-meter d.



Orifice-meter Serupa dengan Venturi-meter, tetapi diameter orifice-nya dapat diatur atau diganti sesuai keinginan.



Gambar 2.6 Alat Orifice-meter e. Rotameter (Area-meter) Pada Rotameter, kecepatan alir fluida (volumetric rate) yang terukur atau terbaca pada alat tersebut biasanya sudah menunjukkan kecepatan alir yang sebenarnya (actual rate). Akan tetapi dalam pemakaianya perlu dikalibrasi kembali untuk melihat ketelitian (accuracy) dari rotameter tersebut.



Gambar 2.7 Alat Rotameter f. Bendungan atau DAM Pada beberapa bagian peralatan proses dan saluran untuk keperluan pertanian, cairan atau air mengalir melalui saluran terbuka. Untuk mengukur kecepatan alirnya digunakan bendungan atau dam. Ada dua jenis bendungan yang sering dipakai, yaitu bendungan segi empat dan bendungan segi tiga.



Gambar 2.8 Bendungan atau DAM



Pada praktikum 50



V (m/s)



40 30



V Teori



20



V Eksperimen 1



10



V Eksperiment 2



0 18126.08



31187.52 H (Pa)



45715.04



Gambar 2.9 Grafik Perbandingan laju alir dengan tekanan pada Venturi meter



25



V (m/s)



20 15 V0 10



V Eksperiment 1 V Eksperiment 2



5 0 1



2 H (Pa)



3



Gambar 2.10 Grafik Perbandingan laju alir dengan tekanan pada Orifice meter



V (m/s)



10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0



V Teori V Eksperiment



23723.84



10395.84 H (Pa)



2132.48



Gambar 2.9 Grafik Perbandingan laju alir dengan tekanan pada Pitot tube



Pada percobaan kali ini menggunakan 3 variabel. Putaran bukaan valve full 100% sebanyak 23,75 putaran. Pada bukaan valve 5 % sebanyak 1,18 putaran,bukaan valve 10% sebanyak 2,375 putaran,dan bukaan valve 15% sebanyak 3,56 putaran. Pada praktikum pertama menggunakan alat Venturi meter didapatkan v1 teori variabel pertama sebesar 6,16241 m/s ,variabel kedua 8,08331 m/s ,dan variabel ketiga sebesar 9,78652 m/s. V1 percobaan variabel pertama sebesar 4,43891637 m/s, variabel kedua 6,03022651 m/s dan varisabel ketiga sebanyak 9,78652 m/s. V2 percobaan variabel pertama sebanyak 20,83824801 m/s,variabel kedua sebanyak 28,30856334 m/s dan variabel ketiga sebanyak 40,49697256 m/s. Dan didapatkan juga Q1 variabel satu sebanyak 0,0053 m/s,variabel kedua sebanyak 0,0338 m/s dan variabel ketiga sebanyak 0,0103 m/s. Q2 variabel satu sebanyak 0,0053 m/s,variabel kedua sebanyak 0,0072 dan variabel ketiga sebanyak 0,0103 m/s. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan aliran fluida pada pipa venturi meter ialah luas pemukaan pipa, beda tekan yang diberikan, serta selisih tinggi permukaan.



Pada percobaan kedua menggunakan alat Orrifice meter menggunakan 3 variabel, bukaan valve dan putaran yang digunakan sama seperti Venturi meter. Didapatkan V1 teori variabel pertama sebanyak 3,65429 m/s,variabel kedua sebanyak 4,80267 m/s dan variabel ketiga sebanyak 5,68648 m/s. v1 percobaan variabel pertama sebanyak 3,685138423 m/s,variabel kedua 5,276448197 m/s,dan variabel ketiga sebanyak 7,537783138 m/s. V2 percobaan variabel pertama sebanyak 11,58077591 m/s,variabel kedua sebanyak 16,58156551 m/s dan variabel ketiga sebanyak 23,68795073



m/s. Dan didapatkan juga Q1



variabel satu sebanyak 0,004363 m/s,variabel kedua sebanyak 0,005734 m/s dan variabel ketiga sebanyak 0,006789 m/s. Q2 variabel satu sebanyak 0,001388 m/s,variabel kedua sebanyak 0,001824 dan variabel ketiga sebanyak 0,002160 m/s. Semakin besar beda tekan yang diberikan pada alat orifice maka akan semakin besar juga laju alir fluida. Pada percobaan ketiga menggunakan alat Pitot tube menggunakan 3 variabel, bukaan valve dan putaran yang digunakan sama seperti Venturi meter. Didapatkan V1 teori variabel pertama sebanyak 6,75046 m/s,variabel kedua sebanyak 4,46859 m/s dan variabel ketiga sebanyak 2,02387 m/s. V1 percobaan variabel pertama sebanyak 3,936397861 m/s,variabel kedua 5,946473364 m/s,dan varisabel ketiga sebanyak 8,71032718 m/s. Dan didapatkan juga Q teori variabel satu sebanyak 0,008059952 m/s,variabel kedua sebanyak 0,005335434 m/s dan variabel ketiga sebanyak 0,002416476 m/s. Dari hasil grafik diatas,dapat diketahui bawa semakin naik ∆P maka V teori dan V percobaan juga semakin



naik. Jika bukaan valve semakin besar, debit air



akan semakin deras, dan ∆P semakin naik.



1.4. Kesimpulan Berdasarkan hasil praktikum Aliran Fluida , maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Semakin besar tekanan yang diberikan, maka debit aliran akan semakin cepat. 2. Semakin besar bukaan vavle yang diberikan, maka kecepatan akan semakin besar. 3. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan aliran fluida pada pipa ialah luas pemukaan pipa, beda tekan yang diberikan, serta selisih tinggi permukaan.



1.5. Referensi Ilhami, Dhiniah Nur dkk. (2011). Laporan Praktikum Pendukung Proses Aliran Fluida. Bandung: Politaknik NegeriN Bandung. Sihombing, Risma. (2010). Aliran Fluida Dalam Fluida. Palembang: Universitas Sriwijaya. Sumantri, Agus dkk. (2012). Praktikum Dasar Teknik Kimia Aliran Fluida. Yogyakarta: Universitas Pembangunan Nasional "Veteran" Yogyakarta. Young dan Freedman. (2007). Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.