(La) Astri Febrianti 200107011 Perhitungan Laju Air [PDF]

Citation preview

LAPORAN AKHIR PRAKTIK FISKA LINGKUNGAN PENGUKURAN LAJU ALIRAN AIR



PRAKTEK KE -



: 17 ( TUJUH BELAS )



TANGGAL PRAKTEK : 11 Januari 2021



DISUSUN OLEH : ASTRI FEBRIANTI 200107011 TPPL 1B



PROGRAM STUDI SARJANA TERAPAN TEKNIK PENGENDALIAN PENCEMARAN LINGKUNGAN POLITEKNIK NEGERI CILACAP



CILACAP 2021



I.



TUJUAN PRAKTIKUM



Tujuan dan manfaat diadakannya praktikum pengukuran jarak tempuh menggunakan odometer bertujuan agar : a.



Mahasiswa terampil menggunakan atau mengoperasionalkan alat



b.



Mahasiswa dapat melakukan pengukuran laju aliran air dengan menggunakan peralatan pengukur tertentu



c.



Mahasiswa dapat menentukan jenis aliran berdasarkan nilai bilangan Reynold



II. DASAR TEORI 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. (Putra Natalagawa, 2014) Fluida adalah suatu zat yang dapat mengalami perubahan-perubahan bentuk secara continue (terus-menerus) bila terkena tekanan/gaya geser walaupun relatif kecil atau bisa juga dikatakan suatu zat yang mengalir, kata fluida mencakup zat cair, gas, air, dan udara karena zat-zat ini dapat mengalir. Sebaliknya batu dan benda2 keras (seluruh zat-zat padat tidak dapat dikategorikan sebagai fluida karena zat-zat tersebut tidak bisa mengalir secara continue). (TPPL, 2020) Fluida didefinisikan oleh Chorlton (1967), sebagai zat yang mengalami perubahan bentuk bila mendapat tekanan, meskipun tekanan tersebut sangat kecil. Fluida dapat dipandang sebagai struktur molekul atau media kontinu, tetapi untuk memodelkan fluida secara matematis, maka fluida diasumsikan sebagai media kontinu . Menurut Darren, 2013. Fluida berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volume,dapat digolongkan menjadi 2 yaitu: 1.Fluida tak termampatkan (incompressible) Pada kondisi ini fluida tidak mengalami perubahan dengan adanya perubahan tekanan, sehingga fluida tak termampatkan. Contohnya Air



2.Fluida termampatkan (compressible) Pada keadaan ini, fluida mengalami perubahan volume dengan adanya perubahan tekanan, sehingga fluida ini secara umum disebut fluida termampatkan. Contohnya Gas. Suatu massa fluida yang mengalir selalu dapat dibagi-bagi menjadi tabung aliran,bila aliran tersebut adalah tunak, waktu tabung-tabung tetap tidak berubah bentuknya dan fluida yang pada suatu saan berada didalam sebuah tatung akan tetap berada dalam tabung ini seterusnya. Kecepatan aliran didalam tabung aliran adalah sejajar dengan tabung dan mempunyai besar berbanding terbalik dengan luas penampangnya. (Ariesta Dwi Utami, 2017) Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui : 1. Kecepatan (velocity) 2. Berat (massanya) 3. Luas bidang yang dilaluinya 4. Volumenya Pada umumya flow meter aliran berdasarkan tekanan ini menggunakan prinsip beda tekanan Bernoulli. Metoda ini berdasarkan Hukum Bernoulli yang menyatakan hubungan



dimana: P = tekanan fluida ρ = masa jenis fluida v = kecepatan fulida g = gravitasi bumi (Tosuhar, 2017) Bilangan Reynold aliran digunakan untuk menunjukkan sifat utama aliran, yaitu apakah aliran adalah laminar, turbulen, atau transisi serta letaknya pada skala yang menunjukkan pentingnya secara relatif kecenderungan turbulen berbanding dengan laminar. Rapat jenis atau density (ρ) adalah ukuran konsentrasi suatu zat dan dinyatakan dalam satuan massa per satuan volume. Sifat ini ditentukan dengan cara menghitung ratio massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut. Viskositas fluida adalah ukuran ketahanan suatu fluida terhadap deformasi



atau perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunnya viskositas dari zat cair tersebut. 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 suatupenampang 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. Aliran fluida dapat diaktegorikan: 1. Aliran laminar Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan–lapisan, atau lamina–lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton yaitu : τ = µ dy/du 2. Aliran turbulen



Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran. 3. Aliran transisi Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen. Pada fluida air, suatu aliran diklasifikasikan laminar apabila aliran tersebut mempunyai bilangan Reynold (Re) kurang dari 2300. Untuk aliran transisi berada pada bilangan 2300 < Re < 4000, disebut juga sebagai bilangan Reynold kritis.Sedangkan untuk aliran turbulen mempunyai bilangan Reynolds lebih dari 4000.(Raihan, 2018)



III. ALAT DAN BAHAN Adapun alat dan bahan yang digunakan untuk praktek ini sebagai berikut : 1. 1. 2. 3. 4. 5. 6.



Bola pingpong Jaring Meteran Stopwatch Termometer Tali Alat tulis



IV. PROSEDUR PRAKTIKUM A. Pengukuran suhu air : 1. Mengikat thermometer dengan tali 2. Mencelupkan thermometer ke dalam air (sungai) dan mengukur suhu air sungai. 3. Melakukan pengukuran suhu di 5 titik yang berbeda dengan mencatat suhu awal pada alat ukur dan suhu setelah 10 menit. 4. Menghitung suhu rata-ratanya B. Pengukuran kecepatan aliran air : 1. Menentukan titik awal pengukuran 2.



Mengukur jarak sepanjang 5 m dari titik awal yang telah ditentukan



3.



Menandai titik awal dan titik akhir dengan tepung/kapur



4.



Memasukkan bola ke dalam air 1 meter di belakang titik start



5.



Menghidupkan stopwatch ketika bola melewati titik start dan mematikan stopwatch ketika bola sudah melewati titik akhir



6.



Mengulangi 3 kali



7.



Menghitung rata-rata hasil pengukuran



C. Penentuan bilangan Reynold 1.



Menentukan suhu rata-rata dari pengukuran suhu air sungai



2.



Menggunakan data suhu air untuk menentukan nilai



3.



Menghitung nilai Re dengan rumus :



Dimana : = Kecepatan aliran (m/dt) D = Diameter pipa/saluran air (m) ρ = massa jenis (kg/m3) μ = viskositas dinamik (N.s/m3)



V.



DATA HASIL PENGAMATAN Hari/Tanggal



: Senin/ 11 Januari 2021



Lokasi



: Sungai Serayu Kecamatan Adipala



Lebar Sungai



: 462,5 meter



Tabel 1. Hasil Pengukuran Suhu Air Sungai No



1 2 3



Lokasi atau Titik pengukuran Titik 1 Titik 2 Titik 3



Suhu air Suhu awal ( C) Suhu akhir (oC), 10menit 32 28,5 27 28 27,5 28 o



Rata-Rata (oC) 30,25 27,5 27,75



Tabel 2. Hasil Pengukuran Kecepatan Aliran Air No 1 2 3



Pengukuran kePengukuran 1 Pengukuran 2 Pengukuran 3



Jarak (m) 5 meter 5 meter 5 meter



Waktu (s) 30,54 sekon 27,93 sekon 33,95 sekon



Kelajuan (m/s) Rata-Rata 0,164 m/s 0,179 m/s 0,163 m/s 0,147 m/s



VI. PERHITUNGAN A. Densitas (ρ) Rumusnya =



𝑦−𝑦1 𝑦2−𝑦1



=



𝑥−𝑥1 𝑥2−𝑥1



Dengan : y = rata-rata suhu air percobaan y1-y2= μ dari besar suhu antara rata-rata suhu percobaan x = rata-rata suhu percobaan x1-x2 = suhu dari besaran antara rata-rata percobaan Densitas ρ ( Percobaan 1 ) : Diketahui : Suhu rata-rata = 30,25 Suhu antara 30,25 = 30 (ρ=995,7) dan 20(ρ=992,2) Ditanyakan : rata-rata suhu air (ρ) Dijawab : 𝑦−𝑦1 𝑦2−𝑦1



=



𝑥−𝑥1 𝑥2−𝑥1



=> =>



𝑦−995,7



=



992,2−995,7 𝑦−995,7 0,25



=



−3,5



30,25−30 20−30



10



=> (𝑦 − 995,7) × 10 = 0,25 × -3,5 => 10y-9957 = -0,875 => 10y = -0,875+9957 => y =



9956,125 10



=> y = 995,619 kg/m3 ( Percobaan 2 ) : Diketahui : Suhu rata-rata = 27,5 Suhu antara 20 = 30 (ρ=995,7) dan 20(ρ=998,2) Ditanyakan : rata-rata suhu air (ρ) Dijawab : 𝑦−𝑦1 𝑦2−𝑦1



=



𝑥−𝑥1 𝑥2−𝑥1



=> =>



𝑦−998,2



=



995,7−998,2 𝑦−998,2 7,5



=



−2,5



27,5−20 30−20



10



=> (𝑦 − 998,2) × 10 = 7,5 × -2,5 => 10y-9982= -18,75 => 10y = -18,75+9982 => y =



9963,25 10



=> y = 996,325 kg/m3



( Percobaan 3 ) : Diketahui : Suhu rata-rata = 27,75 Suhu antara 20 = 30 (ρ=995,7) dan 20(ρ=998,2) Ditanyakan : rata-rata suhu air (ρ) Dijawab : 𝑦−𝑦1 𝑦2−𝑦1



=



𝑥−𝑥1 𝑥2−𝑥1



=> =>



𝑦−998,2



=



995,7−998,2 𝑦−998,2 7,75



=



−2,5



27,75−20 30−20



10



=> (𝑦 − 998,2) × 10 = 7,75 × -2,5 => 10y-9982= -19,375 => 10y = -19,375+9982 => y =



9962,6255 10



=> y = 996,263 kg/m3 B. Viskositas (μ) Rumusnya = (y-y1)/(y2-y1) = (x-x1)/(x2-x1) Dengan : y = rata-rata suhu air percobaan y1-y2= μ dari besar suhu antara rata-rata suhu percobaan x = rata-rata suhu percobaan x1-x2 = suhu dari besaran antara rata-rata percobaan Viskositas ( Percobaan 1 ) : Diketahui : Suhu rata-rata = 30,25 Suhu antara 30,25 = 30 (μ =7,975) dan 40(μ =6,529) Ditanyakan : rata-rata suhu air (μ) Dijawab : 𝑦−𝑦1 𝑦2−𝑦1



=



𝑥−𝑥1 𝑥2−𝑥1



=> =>



𝑦−7,975



=



6,529−7,975 𝑦−7,975 0,25 −1,446



=



30,25−30 20−30



10



=> (𝑦 − 7,975) × 10 = 0,25 × -1,446 => 10y-79,75 = -0,3615 => 10y = 52,2975+10,22 => y =



79,389 10



=> y = 7,939 N-s/m3



( Percobaan 2 ) : Diketahui : Suhu rata-rata = 27,5 Suhu antara 30,25 = 30 (μ =1,002) dan 20(μ =7,975) Ditanyakan : rata-rata suhu air (μ) Dijawab : 𝑦−𝑦1 𝑦2−𝑦1



=



𝑥−𝑥1 𝑥2−𝑥1



=> =>



𝑦−1,002



=



7,975−1,002 𝑦−995,7 7,5



=



6,973



27,5−20 30−20



10



=> (𝑦 − 1,002) × 10 = 7,5 × 6,973 => 10y-10,22 = 52,2975 => 10y = 52,2975+10,22 => y =



62,3175 10



=> y = 6,232 N-s/m3 ( Percobaan 3 ) : Diketahui : Suhu rata-rata = 27,75 Suhu antara 20 = 30 (μ =1,002) dan 20(μ =7,975) Ditanyakan : rata-rata suhu air (μ) Dijawab : 𝑦−𝑦1 𝑦2−𝑦1



=



𝑥−𝑥1 𝑥2−𝑥1



=> =>



𝑦−1,002



=



7,975−1,002 𝑦−995,7 7,5 6,973



=



27,75−20 30−20



10



=> (𝑦 − 1,002) × 10 = 7,75 × 6,973 => 10y-10,22 = 54,04075 => 10y = 54,04075+10,22 => y =



64,06075 10



=> y = 6,406 N-s/m3



C. Perhitungan Reynold



Dimana : = Kecepatan aliran (m/dt) D = Diameter pipa/saluran air (m) ρ = massa jenis (kg/m3) μ = viskositas dinamik (N.s/m3)



1. Perhitungan Reynold Percobaan 1 Re1 = Re1 = Re1 = 2.



µ 995,619 . 0,163 . 462,5 7,939 . 75057,22736 7,939 . 10−4



10−4



= 94.542.420,15 ( turbulen )



Perhitungan Reynold Percobaan 2 Re2 = Re2 = Re2 =



3.



ρ.v.D



ρ.v.D µ 996,325 .



0,163 . 462,5



6,232 . 75110,45095 6,232 .



10−4



10−4



= 118.789.262,9 ( turbulen )



Perhitungan Reynold Percobaan 3 Re3 = Re3 = Re3 =



ρ.v.D µ 996,263 .



0,163 . 462,5



6,406 . 75105,77691 6,406 .



10−4



10−4



= 117.242.861,2 ( turbulen )



D. Perhitungan Rata-Rata Reynold Rata-rata



= = = =



R1+R2+R3 3 94.542.420,15+118.789.262,9+117.242.861,2 3 330.574.544,3 3



110.191.514,8 ( turbulen )



VII. PEMBAHASAN HASIL PENGAMATAN Hasil pengamatan yang saya dapatkan setelah melakukan perhitungan dari data yang tersedia adalah, kestabilan atau pada selisih interpolasi yang terjadi dengan keakuratan dan dalam perhitungan melalui distensitas yang diketahui dan dicari pada table distensitas. Selain distensitas, viskositas yang dicari pun sama dengan pencarian distensitas. Selanjutnya setelah rata-rata terhitung, pencocokan distensitas dan viskositas dicari juga distensitas maupun viskositas dari rata-rata suhu yang tekah dihitung di awal. Setelah didapatkan perhitungan viskositas distensitas maka dihitunglah bilangan reynolod, dimana bilangan Reynold ini menghasilkan hasil perhitungan laju air yang terjadi pada aliran turbulen.



KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengukuran, dan analisis pada praktikum ini, dapat disimpulkan bahwa : 1. Penggunaan alat ukur ini terampil dalam pengunaannya 2. Pengukuranlaju aliran airvdapat dilakukan dengan alat ukur sederhana 3. Penentuan jenis aliran air dapat dihitung berdasarkan data dari hasil percobaan 4. Perhitungan harus dilakukan dengan sangat teliti



DAFTAR PUSTAKA Ariesta Dwi Utami. (2017). LAPORAN_PRAKTIKUM_ALIRAN_FLUIDA_PTK_4. Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta. Putra Natalagawa. (2014). Makalah Alat Pengukuran Laju Aliran Fluida. Raihan, R. (2018). Praktikum Operasi Teknik Kimia I (OTK I) - Teknik Kimia. Teknik Kimia. Tosuhar. (2017). laju aliran fluida. Blogspot. TPPL, T. D. (2020). PRAKTIKUM FISIKA LINGKUNGAN LAJU ALIR. Politeknik Negeri Cilacap.



LAMPIRAN