Muhamad Ivan-Modul 1-Hydraulic Bench [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM TL 2101 MEKANIKA FLUIDA 1 MODUL 01 HYDRAULIC BENCH Nama Praktikan



: Muhamad Ivan (15314063)



Kelompok



: B6 Shift 15.00-16.30



Tanggal Praktikum



: Kamis, 8 Oktober 2015



Tanggal Pengumpulan : Kamis, 22 Oktober 2015 PJ Modul



: Arlieza Raudha M Raihan Anandya Genniya Haya Nur Sadrina



Asisten yang bertugas : Ratih Wulansari Sastri



PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2015



I. TUJUAN Menentukan debit aktual (Q aktual) II. PRINSIP DASAR Alat hydraulic bench memiliki prinsip kerja yaitu menggunakan beban untuk menghitung debit aktual yang dihasilkan dari perhitungan waktu debit dari awal aliran hingga waktu saat tuas akan terangkat. Mekanisme yang digunakan adalah kesetimbangan tuas. Massa debit air sama dengan tiga kali massa beban dan debit fluida berbanding terbalik. Perbandingan ini berasal daari perbandigan antara lengan pada hydraulic bench yang diletakkan beban dengan lengan keseluruhan. Percobaan ini dilakukan triplo yaitu diulang 3x lalu waktu yang digunakan sebagai data ialah waktu rata-rata. Pada percobaan ini dilakukan 4 variasi.



III. TEORI DASAR a. Hydraulic bench Hydraulic bench merupakan alat untuk menghitung debit aktual. Cara kerjanya adalah dengan mengalirkan air dalam suatu debit tertentu kedalam pipa terbuka alat ini. Setelah air dalam pipa berada pada debit yang stabil, air akan terus melaju menuju bak penampungan air. Bak penampungan air saat kosong beratnya sama dengan beban penahan yang ada di sebelahnya. Air akan masuk kedalam bak penampungan air tersebut. Setelah bak terisi air melebihi beban penahan, beban akan terangkat. Saat itu perhitungan waktu dimulai. Setelah beban penahan terangkat, tambahkan beban agar tuas beban penahan kembali turun. Setelah air dalam bak penahan kembali terisi, tuas akan mulai terangkat. Saat tuas mulai terangkat lagi, waktu perhitungan dihentikan. Saat tuas terangkat kembali, massa air dalam bak penampung sama dengan tiga kali massa beban yang ditambahkan saat percobaan. Untuk tiap debit air yang sama, dilakukan tiga kali pengambilan waktu, hal itu untuk memperbanyak data, sehingga mengurangi kemungkinan kesalahan pengambilan data. Suhu air dihitung dalam percobann, karena suhu berpengaruh kepada perbandingan debit aktual dan debit teoritis. 1



Fluida yang digunakan dalam Hydraulic Bench adalah sama dimana memenuhi persamaan kontinuitas dan persamaan aliran fluida (debit) sebagai berikut : Q1 = Q2



A1.v1 = A2.v2



Massa air = ρ air x Volume air Volume air = Qaktual x t rata-rata



Q = debit aliran (m3/s)



v = kecepatan fluida mengalir (m/s)



V = Volume fluida yang masuk (m3)



A = luas penampang pipa (m2)



t = waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi tertentu (s)



Gambar 1. Hydraulic bench Keterangan



bagian



bagian



hydraulic bench: 



Pompa :







dalam pipa Kran pengatur debit : kran ini digunakan untuk mengatur debit air yang diinginkan







dalam percobaan, tetapi kran ini tidak memiliki skala. Pipe : Pipa untuk menyalurkan air menuju bak penimbangan. Pipa berwarna bening







untuk mengetahui apakah debit sudah stabil saat waktu mulai dihitung Drain pipe : Drain pipe digunakan untuk mengalirkan air dari pipa menuju bak







penimbangan air. Measuring tank : digunakan untuk menimbang banyaknya air yang dihasilkan oleh







debit tersebut Lower tank : menampung air yang dibuang dari bak penimbangan melalui drain valve,



  



untuk kemudian di gunakan kembali dalam proses pengaliran air melaluui pipa Drain valve : untuk membuang air dari bak penimbangan Power cut of switch : untuk menyalakan dan mematikan hydraulic bench Bench supply valve : untuk membuka dan menutup drain valve



untuk



mengalirkan air ke



2







Weight beam : untuk meletakan beban penahan bak penimbangan ai



b. Viskositas Pengertian viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida bergerak, atau benda padat yang bergerak didalam fluida. Besarnya gesekan ini biasa juga disebut sebagai derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar viskositas zat cair, maka semakin susah benda padat bergerak didalam zat cair tersebut. Viskositas dalam zat cair, yang berperan adalah gaya kohesi antar partikel zat cair. Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekulmolekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas tinggi. Sebagai contoh, air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas yang lebih tinggi. Viskositas fluida dipengaruhi oleh gaya kohesi antar molekul, sedangkan gaya kohesi tersebut dipengaruhi oleh suhu. Oleh karena itu viskositas dipengaruhi oleh suhu. c. Hukum Bernoulli Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Persamaan Bernoulli yang didapat sebagai berikut : P1+ ½ ρ v21+ ρ gh1= P2+ ½ ρ v22 + ρ gh2 keterangan: h = ketinggian permukaan air dari dalam pipa pengukuruan v = kecepatan aliran pada titik terteentu P = tekanan pada zat cair ρ = massa jenis zat cair



3



IV. Data Awal Massa Beban : 2,5 kg 3 ρ air : 1000 kg/ m Suhu Awal : 22°C Suhu Akhir : 26°C Suhu Rata-rata : 24°C Tabel 4.1 Data Temperatur terhadap Massa Jenis



No.



Suhu T(°C)



3 Densitas ρ (kg/ m )



1



0



999.9



2



5



1000.0



3



10



999.7



4



15



999.1



5



20



998.2



6



30



995.7



7



40



992.2



8



50



988.1



9



60



983.2



10



70



977.8



11



80



971.8



12



90



965.3



13



100



958.4



4



Grafik Temperatur terhadap Massa Jenis 1010 1000



f(x) = - 0x^2 - 0.07x + 1000.58 R² = 1



990 980 970 960 950 940 930



0



20



40



60



80



100



120



Tabel 4.2 Data Variasi Waktu dengan debit aliran air yang bervariasi



Variasi 1 2 3 4 5



t (s) t2 26.14 7.34 20.59 21.53 9.73



t1 24 7.23 19.89 20.35 8.92



t3 21.23 7.32 20.70 19.25 8.63



V. Pengolahan Data 1. Mencari ρ air ρ air dapat dicari dengan menggunakan hasil regresi dari perhitungan data awal yaitu y = -0,0036x2 - 0,0695x + 1000,6 lalu masukkan nilai suhu rata rata yang terukur di ruangan yaitu Suhu awal+ suhu akhir 22+26 T rata rata = = = 24°C 2 2 3 sehingga ρ air yang didapat adalah 996,85 m /s



2. Mencari Volume Air Volume air dapat dicari dengan menggunakan rumus : Massa air Volume air = ρair 5



Volume air =



3 x massa beban =¿ 996,85



3 x 2.5 996,85



7.5 = 996,85



= 7,52 x



−3



10



m3 Jadi, Volume air yang digunakan adalah 0.00752



m



3



3. Mencari t rata rata Waktu rata rata dari setiap variasi dapat dihitung dengan cara mencari rata rata dari 3 variasi waktu yang digunakan Contoh pada variasi 1 perhitungannya adalah sebagai berikut : t rata rata =



t 1+ t 2+t 3 3



=



24 +26.14+ 21.23 3



=



71.37 3



= 23.79 s



Jadi tratarata untuk variasi 1 adalah 23.79 s tratarata untuk variasi selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 6.1



4. Mencari Debit Aktual air Debit aktual dapat dicari dengan menggunakan rumus : Volume air Qaktual = t ratarata Contoh adalah pada variasi (1) perhitungannya adalah sebagai berikut : Qaktual =



Volume air t ratarata



=



0.00752 23.79



Jadi, Qaktual untuk variasi 1 adalah 3.16 x



= 3.160 x



10−4



10−4



m3 /s



Qaktual untuk variasi selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 6.1



VI. Data Akhir Tabel 6.1 Tabel Hasil



6



m3 /s



Grafik Debit Aktual terhadap waktu rata-rata 25 20 f(x) = - 1.63x + 21.08 R² = 0.12



15 Axis Title 10



Grafik Debit Aktual terhadap waktu ratarata Linear (Grafik Debit Aktual terhadap waktu rata-rata)



5 0 0 1 2 3 4 5 6 Axis Title



Variasi



3 ρ air (kg/ m )



t rata rata (s)



3 Qaktual ( m /s)



1



996,85



23.79



2



996,85



7.29



−3 1,03 x 10



3



996,85



20.39



−4 3,68 x 10



4



996,85



20.37



3,69 x 10



5



996,85



9.09



3.16 x



−4



10



−4



−4 8,27 x 10



VII. ANALISIS Cara kerja dari praktikum modul 1 Hydraulic Bench ini yaitu pertama kita hubungkan bench ke sumber listrik, kemudia valve bench ditutup dan pompa dinyalakan. Setelahnya 7



tutup derain di bak dalam weight tank dengan memutar cam lever, kemudian buka valve di bench. Langkah selanjutnya adalah jalankan stopwatch tepat saat lengan bergerak ke atas, kemudia pasang beban segera dan matikan stopwatch tepat saat lengan bergerak ke atas. Catat berat beban yang digunakan, catat waktu yang tertera pada stopwatch(Ulangi percobaan sesuai kebutuhan). Jika sudah selesai tutup valve di Bench. Matikan pompa dan cabut fitting stop kontak sumber listrik. Prinsip yang digunakan oleh alat hydraulic bench bekerja dengan prinsip bahwa massa air sama dengan 3 kali massa beban. Perbandingan ini didapatkan dari perbandingan lengan beban yang ada dengan lengan keseluruhann di hydraulic bench tersebut. Pada praktikum ini diketahui bahwa LB : LA = 1 : 3, sehingga: M B LA = sehingga M B=3 M A M A LB Dari table dan grafik kerapatan terhadap suhu, dapat disimpulkan bahwa temperature memiliki hubungan dengan kerapatan, dimana semakin tinggi temperatur air maka kerapatannya pun semakin kecil. Hal ini disebabkan karena adanya penambahan volume air yang digunakan sehingga membuat kerapatan air semakin kecil. Maka, semakin tinggi temperature juga menyebabkan nilai debit juga meningkat. Pada table 4.1 Grafik Temperatur terhadap massa jenis digambarkan bentuk grafik yang polynomial dengan fungsi y=-0.0036x2 - 0.0695x + 1000.6. Pada saat temperature di sumbu x =0 derajat celcius, nilai sumbu y sebesar 999,9 sehingga grafik temperature terhadap massa jenis tidak ada yang memotong sumbu (0,0). Hal ini menyebabkan grafik tersebut berbentuk polynomial. Nilai Qaktual lebih kecil dari nilai Qteoritis. Perbedaan nilai ini dipengaruhi oleh faktor faktor yang bejera pada fluida itu sendiri. Faktor tersebut adalah headoss dan juga gaya friksi yang ditunjukan oleh koefisien debut, koefisien kecepatan dan koefisien kontraksi. Sehingga dapat ditemukan bahwa terjadi ketidaksamaan perhitugan antara Q teoritis. Dari analisis ini pula diketahui bahwa faktor faktor ini menunjukan bahwa dalam keadaan nyata, kondisi perhitungan debit tidaklah ideal. Dari beberapa poin tersebut, dapat dikatakan hubungan antara Qaktual dan Qteoritis adalah energi pada Qaktual hilang akibat beberapa faktor- faktor eksternal tersebut.



8



Percobaan ini dilakukan diulang 3x dan juga dilakukan 5 variasi. Tujuan pengulangan saat pengkuruan ini adalah mengeliminasi faktor faktor yang membuat hasil menjadi tidak presisi dan akurat. Meskipun demikian, pada praktikum ini ada kemungkinan terjadi kesalahan yang dilakukan ialah sebagai berikut: 1. Kesalahan dalam pengukuran suhu baik suhu awal maupun akhir sehingga menyebabkan kesalahan pada perhitungan yang lain (perhitungan kerapatan) karena kesalahan pada kerapatan juga menyebabkan kesalahan pada perhitungan lainnya (perhitungan volume dan debit). 2. Kesalahan dalam perletakan beban baik terlalu cepat atau terlalu lambat sehingga menyebabkan kesalahan pada kesalahan pada waktu



perhitungan yang lain (perhitungan waktu) karena



juga menyebabkan kesalahan pada perhitungan lainnya



(perhitungan debit).



VIII.



APLIKASI



HYDRAULIC



BENCH



PADA



BIDANG



TEKNIK



LINGKUNGAN Hydraulic bench adalah alat



yang digunakan sebagai pengukur debit



sederhana. Secara nyata alat ini juga dapat diaplikasikan langsung di bidang keilmuan teknik lingkungan, seperti dalam pengolahan limbah. Hydraulic bench



digunakan



sebagai pembanding seberapa telitinya debit limbah yang dialirkan dari suatu aliran secara aktual jika dibandingkan dengan hasil perhitungan secara teoritis. Selain itu, hydraulic bench digunakan pada reservoir instalasi pengolahan air PDAM,



untuk



mengetahui debit pada sistem distribusi air khususnya untuk mengetahui debit maksimum dan minimunnya.



IX. KESIMPULAN Debit aktual (Q aktual) yang di dapat dari praktikum adalah sebagai berikut: −4 a. Variasi 1, Debit aktual 3.16 x 10 m3/s 9



−3



b. Variasi 2, Debit aktual 1,03 x 10



m3/s



−4



c. Variasi 3, Debit aktual 3,68 x 10



m3/s



−4



d. Variasi 4, Debit aktual 3,69 x 10



−4



e. Variasi 5, Debit aktual 8,27 x 10



m3/s m3/s



X. DAFTAR PUSTAKA Giles, Ronald V. 1990. Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal Mekanika Fluida dan Hidraulika Edisi Kedua. Jakarta: Penerbit Erlangga Finnemore, E. John. 2002. Fluid Mechanics with Engineering Applications. McGraw Hill: North America. www.academia.edu/5136379/HUKUMBERNOULLI



diakses tanggal 21 Oktober



2015 www.academia.edu/6427305/Vikositas diakses tanggal 21 Oktober 2015



10