Sifat-Sifat Fluida [PDF]

Citation preview

MF - TET A4



LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA SIFAT-SIFAT FLUIDA



Disusun Oleh : Shofiuddin (B42120449) Yongki Adi Pratama Putra (B42120491) Yoeca Nasocha Ditya Rasha (B42120623) Dwi Pinaring Huda (B42120626) Muhammad Ruslan (B42120673)



Dosen Pembimbing : Ir. Sucipto, MT. Aditya W. P, ST, MT.



Golongan A / Kelompok IV



PROGRAM STUDI D-IV TEKNIK ENERGI TERBARUKAN JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN POLITEKNIK NEGERI JEMBER SEPTEMBER 2013



1



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Kajian mekanika fluida melibatkan hukum-hukum dasar yang sama dengan yang telah dipelajari di kuliah fisika dan mekanika lainnya. Hukumhukum ini mencakup hukum Newton tentang gerak, kekekalan massa, dan hukum pertama dan kedua termodinamika. Jadi, ada keserupaan yang kuat antara pendekatan umum terhadap mekanika fluida dan terhadap benda mekanika benda padat pada benda tegar dan benda yang dapat terdeformasi. Hal ini sebenarnya sangat membantu, karena banyak konsep dan teknik-teknik analisis yang digunakan dalam mekanika fluida adalah hal yang sama dengan yang telah dipelajari sebelumnya di kuliah lainnya. Subjek yang luas di dalam mekanika fluida secara umum dapat dibagi menjadi statika fluida di mana fluida dalam keadaan diam, dan dinamika fluida, di mana fluida bergerak. Dalam bab-bab selanjutnya kita akan membahas kedua bidang ini secara terperinci. Namun sebelum kita dapat melanjutkan pembahasan, kita perlu mendefinisikan dan membahas beberapa sifat fluida yang sangat berkaitan dengan perifaku fluida. Jelas bahwa fluida yang berbeda secara umum mempunyai sifat yang berbeda pula. Misalnya, gas-gas bersifat ringan dan dapat dimampatkan (mampu-mampat), sementara zat cair berat (jika diperbandingkan) dan relatif tidak dapat dimampatkan. Minyak maupun oli akan mengalir secara perlahan dari sebuah bejana, tapi air mengalir dengan deras ketika dituangkan ke dalam sebuah bejana. Untuk mengkuantifikasi perbedaan-perbedaan ini, beberapa sifat fluida digunakan. Dalam beberapa subbab berikut ini, sifat-sifat yang memegang peranan penting dalam analisis perilaku fluida akan dibahas. 1.2 Rumusan Masalah a.



Bagaimanakah cara mengetahui/menghitung massa jenis dan berat jenis suatu fluida dengan mengunakan konsep Volumetrik?



b.



Bagaimanakah cara mengetahui/menghitung massa jenis dan berat jenis suatu fluida dengan mengunakan Pipa U?



c.



Bagaimanakah sifat-sifat fluida tersebut?



1.3 Maksud dan Tujuan a.



Mahasiswa dapat mengetahui cara menghitung nilai massa jenis dan berat jenis dengan konsep Volumetrik.



b.



Mahasiswa dapat mengetahui cara menghitung nilai massa jenis dan berat jenis dengan menggunakan Pipa U.



c.



Mahasiswa dapat mengetahui sifat-sifat dari beberapa macam fluida.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Massa Jenis/Kerapatan (Density) Kerapatan sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani p (rho), didefinisikan sebagai massa fluida per satuan volume. Kerapatan biasanya digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida. Dalam sistem BG, p mempunyai satuan slugs/ft3 dan dalam satuan SI adalah kg/m3. Nilai kerapatan dapat bervariasi cukup besar di antara fluida yang berbeda, namun untuk zat-zat cair, variasi tekanan dan temperatur umumnya hanya memberikan pengaruh kecil terhadap nilai p. Perubahan kecil dalam kerapatan air dengan variasi temperatur yang besar memberikan daftar nilai kerapatan beberapa zat cair yang umum. Kerapatan air pada 60 °F adalah 1,94 slugs/ft3 atau 999 kg/m3. Perbedaan yang besar dari kedua nilai tersebut menunjukkan pentingnya kita memperhatikan satuan. Tidak seperti zat cair, kerapatan sebuah gas sangat dipengaruhi oleh tekanan dan temperaturnya. 2.2 Berat Jenis Berat jenis dari sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani 7 (gamma), didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume. Berat jenis berhubungan dengan kerapatan melalui persamaan



  g di mana g adalah percepatan gravitasi lokal. Seperti halnya kerapatan yang digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida, berat jenis digunakan untuk mengkarakteristikkan berat dari sistem tersebut. Dalam sistem BG, 7 mempunyai satuan lb/ft3 dan satuan SI adalah N/m3. Di bawah kondisi gravitasi standar (g = 32,174 ft/s2 = 9,807 m/s2), air pada temperatur 60 °F memiliki berat jenis 62,4 Ib/ft3 dan 9,80 kN/m3. 2.3 Pipa U Pada modulus pipa U kali ini



termasuk gerak harmonis sederhana



linier. Gerak harmonis sederhana ini tidak menghasilkan sudut dalam gerak



osilasinya. Berdasarkan teori atom modern, orang menduga bahwa molekulmolekul benda padat bergetar dengan gerak yang hampir harmonik terhadap posisi kisi-kisi tetapnya, walaupun gerak molekul-molekul itu tentunya tidak dapat kita lihat secara langsung.



Gambar 2.1 pipa U dalam keadaan horizontal Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di kedua pipa mempunyai tinggi yang sama, berarti mengikuti hukum bejana berhubungan. Alat yang digunakan oleh para tukang bangunan untuk mendapatkan sifat datar juga menggunakan hukum bejana berhubungan. Alat tersebut dinamakan water pas. Gejala-gejala dalam kehidupan sehari-hari yang pemanfaatannya menggunakan hukum bejana berhubungan akan bermanfaat sekali untuk mendapatkan sifat datar. Bunyi hukum bejana berhubungan yaitu : “Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair dalam bejana-bejana itu terletak pada sebuh bidang mendatar”. Para tukang bangunan juga sering menggunakan prinsip hukum bejana berhubungan ini untuk mengukur ketinggian dua tempat yang berbeda letaknya dengan cara menggunakan selang bening yang berisi air. Tinggi air di kedua bagian ujung selang selalu sama. Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa kapiler di salah satu bejana, dan tidak berlaku pula jika diisi dengan lebih dari satu jenis zat cair yang berbeda. Pada pipa U bila dari salah satu mulut pipa U



dituangkan zat cair yang berbeda (massa jenisnya berbeda dengan massa jenis zat cair yang sudah ada di dalam pipa). Tekanan pada kedua permukaan zat cair di kedua mulut pipa U selalu sama, yaitu merupakan tekanan hidrostatis. Jika pipa U diisi dengan dua zat cair yang tidak bercampur, tinggi permukaan zat cair pada kedua mulut pipa berbeda. Hubungan antara massa jenis dan tinggi zat cair dalam pipa U adalah sebagai berikut: Misalkan, massa jenis zat cair pertama adalah ρ1 dan massa jenis zat cair kedua adalah ρ2. Dari titik pertemuan kedua zat cair, kita buat garis mendatar yang memotong kedua kaki pipa U. Misalkan, tinggi permukaan zat cair pertama dari garis adalah h1 dan tinggi permukaan zat cair kedua dari garis adalah



h2. Zat cair pertama



setinggi h1 melakukan tekanan yang sama besar dengan tekanan zat cair kedua setinggi h2. Dengan menggunakan persamaan di atas, maka diperoleh :



Gambar 2.2 Pipa U yang berisi cairan Sebuah tabung berbentuk U diisi air sampai ketinggian tertentu. Kemudian air disebelah kanan ditekan kebawah hingga turun setinggi x, lalu dilepas sedemikian, sehingga air bergerak harmonik sedehana. Jika luas permukaan tabung A dan massa air seluruhnya m, maka besar perioda gerak harmonik ini adalah sebagai berikut. Gaya pemulih adalah gaya berat air di kolom sebelah kiri setinggi 2x yang mendorong air bergerak ke sebelah kanan, besarnya adalah



Sesuai dengan persaman gaya pemulih bahwa F = -k x, maka diperoleh:



Massa total cairan : Periode gerak harmonik adalah



atau



sehingga periode getaran memenuhi hubungan :



Dengan: T = perioda (sekon) l = panjang kolom zat cair (m) g = percepatan gravitasi (ms-2) 2.4 Gravitasi Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hukum gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang cukup akurat dalam kebanyakan kasus. Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda disekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda benda yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada diluar angkasa, seperti bulan, meteor, dan benda angkasa laiinnya, termasuk satelit buatan manusia. Beberapa teori yang belum dapat dibuktikan menyebutkan bahwa gaya gravitasi timbul karena adanya partikel gravitron dalam setiap atom.



Satuan percepatan rata-rata gravitasi bumi yang disimbolkan sebagai g menunjukkan rata-rata percepatan yang dihasilkan medan gravitasi pada permukaan bumi (permukaan laut). Nilai sebenarnya percepatan gravitasi berbeda dari satu tempat ke tempat lain tergantung ketinggian dan kondisi geologi. Simbol g digunakan sebagai satuan percepatan. Dalam fisika, nilai percepatan gravitasi standar g didefinisikan sebagai 9,806.65 m/s2 (meter per detik2), atau 32.174,05 kaki per detik2. Pada ketinggian p maka menurut International Gravity Formula, g = 978,0495 (1+0.0052892 sin2 (p) 0.0000073 sin2 (2p)) sentimeter per detik2. (cm/s2). Simbol g pertama kali digunakan dalam bidang aeronautika dan teknologi ruang angkasa, yang digunakan untuk membatasi percepatan yang dirasakan oleh kru pesawat ulang-alik, disebut juga sebagai g forces. Istilah ini menjadi populer di kalangan kru proyek luar angkasa. Sekarang ini berbagai pengukuran percepatan gravitasi diukur dalam satuan g. Istilah satuan gee dan grav juga menunjuk kepada satuan ini.



BAB III METODOLOGI PENELITIAN



3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat Alat yang diperlukan atau dipergunakan untuk praktikum adalah: a.



Pipa U 3 buah



b.



Papan peraga pipa 3 buah



c.



Gelas ukur 3 buah



d.



Alat suntik/penyedot cairan 4 buah



e.



Neraca



f.



Kertas milimeter 3 buah



3.1.2 Bahan Bahan yang diperlukan adalah: a.



Minyak goreng



b.



Oli SAE 90



c.



Oli SAE 20-50



d.



Air



3.2 Langkah Kerja 3.2.1 Volumetrik a.



Perhatikanlah dan pahami intruksi yang diberikan oleh teknisi laboraturium agar dapat mengurangi kesalahan dan kerusakan saat praktikum.



b.



Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.



c.



Timbang ketiga gelas ukur terlebih dahulu secara bergantian dalam kondisi kosong.



d.



Masukkan cairan minyak goreng, oli SAE 90 dan oli SAE 20-50 kedalam gelas ukur, masing-masing gelas hanya boleh dimasuki satu cairan saja.



e.



Ukur banyaknya volume masing-masing cairan.



f.



Timbang ketiga gelas ukur yang telah terisi cairan secara bergantian.



g.



Catat seluruh nilai-nilai volume dan massa dari ketiga bahan tersebut.



h.



Hitung



nilai



massa



jenis



dan



berat



jenisnya,



kemudian



analisa



perhitungannya. 3.2.2 Pipa U a.



Perhatikanlah dan pahami intruksi yang diberikan oleh teknisi laboraturium agar dapat mengurangi kesalahan dan kerusakan saat praktikum.



b.



Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.



c.



Masukkan air terlebih dahulu kedalam seluruh pipa dengan perantara alat suntik.



d.



Masukkan cairan minyak goreng, oli SAE 90 dan oli SAE 20-50 kedalam pipa U, masing-masing pipa hanya boleh dimasuki satu cairan saja.



e.



Tandai garis pembatas cairan yang terlihat pada pipa dengan mencoret kertas milimeter yang diletakkan dibelakang pipa.



f.



Ukur nilai perbedaan ketinggian antara air dengan zat-zat tersebut untuk setiap pipanya.



g.



Catat hasilnya, hitunglah nilai massa jenis dan berat jenisnya dan analisislah.



BAB IV PEMBAHASAN



4.1 Analisa Data 4.1.1 Konsep Volumetrik a.



Data Awal







Bahan ke-1



: Minyak Goreng



Massa gelas kosong



: 413 gr (0,413 Kg)



Volume zat(v)



: 60 ml (0,00006 m3)



Massa gelas+zat



: 462,3 gr (0,4623 Kg)



Massa zat(m)



: 49,3 gr (0,0493 Kg) Berat Jenis(γ)



Massa Jenis( )



⁄ ⁄



⁄ 



Bahan ke-2



: Oli SAE 90



Massa gelas kosong



: 273,4 gr (0,2734 Kg)



Volume zat(v)



: 50 ml (0,00005 m3)



Massa gelas+zat



: 313,8 gr (0,3138 Kg)



Massa zat(m)



: 40,4 gr (0,0404 Kg) Berat Jenis(γ)



Massa Jenis( )



⁄



⁄ ⁄



⁄ 



Bahan ke-3



: Oli SAE 20-50



Massa gelas kosong



: 380,5 gr (0,3805 Kg)



Volume zat(v)



: 50 ml (0,00005 m3)



Massa gelas+zat



: 419 gr (0,419 Kg)



Massa zat(m)



: 38,5 gr (0,0385 Kg) Berat Jenis(γ)



Massa Jenis( )



⁄



⁄



⁄ ⁄



b.



Pengelompokan Data Perhitungan Volumetrik



Perhitungan Volumetrik Volume(v) Massa(m) Massa Jenis(ρ) Gravitasi(g) Berat Jenis(ϒ) No. Nama Bahan 3 3 3 (Kg) (N/Kg) (m ) (Kg/m ) (N/m ) 1 Minyak Goreng 0.00006 0.0493 821.6666667 9.8 8052.333333 2 Oli SAE 90 0.00005 0.0404 808 9.8 7918.4 3 Oli SAE 20-50 0.00005 0.0385 770 9.8 7546



4.1.2 Pipa U a.



Data Awal







Bahan ke-1



: Minyak Goreng



Berat Jenis(γ)



Massa Jenis( ) (



) ⁄



(



⁄



)



⁄



⁄ 



Bahan ke-2



: Oli SAE 90



Berat Jenis(γ)



Massa Jenis( ) (



) ⁄



(



⁄



)



⁄ ⁄







Bahan ke-3



: Oli SAE 20-50



Berat Jenis(γ)



Massa Jenis( ) (



) ⁄



(



⁄



)



⁄



⁄



b.



Pengelompokan Data Perhitungan pengujian dengan Pipa U



Pengujian pada Pipa U Massa Jenis Air(ρb) Tinggi Zat(ha) Tinggi Air(hb) Massa Jenis Zat(ρa) Gravitasi(g) Berat Jenis(ϒ) No. Nama Bahan 3 3 3 (N/Kg) (cm) (cm) (N/m ) (Kg/m ) (Kg/m ) 1 Minyak Goreng 1000 8.8 7.8 886.3636364 9.8 8686.363636 2 Oli SAE 90 1000 7.3 6.05 828.7671233 9.8 8121.917808 3 Oli SAE 20-50 1000 9.6 8.25 859.375 9.8 8421.875



4.1.3 Rata-rata Massa Jenis dan Berat Jenis dari volumetrik dan Pipa U Volumetrik No. Nama Bahan 1 2 3



Minyak Goreng Oli SAE 90 Oli SAE 20-50



Pipa U



Massa Jenis(ρ) 3 (Kg/m )



Berat Jenis(ϒ) 3 (N/m )



Massa Jenis(ρ) 3 (Kg/m )



Berat Jenis(ϒ) 3 (N/m )



Rata-rata Massa Jenis 3 (Kg/m )



Rata-rata Berat Jenis 3 (N/m )



821.66667 808 770



8052.3333 7981.4 7546



886.3636364 828.7671233 859.375



8686.363636 8121.917808 8421.875



854.0151532 818.3835617 814.6875



8369.348468 8051.658904 7983.9375



4.2 Pembahasan Pada praktikum kali ini penentuan sifat-sifat fluida suatu zat fluida diperoleh dengan menggunakan dua konsep perhitungan yaitu volumetrik dan Pipa U. Konsep Volumetrik memiliki cara penentuan dengan menimbang secara langsung zat fluida untuk mencari massa zat tersebut dengan neraca dan mencari nilai volumenya dengan gelas ukur. Selanjutnya didapatlah data massa dan volumenya yang akan diolah sehingga akan ditemukan nilai massa jenis dan berat jenis fluida tersebut. Penentuan massa jenis dan berat jenis dengan menggunakan pipa U memiliki metode yang lain dengan konsep volumetrik yaitu: air terlebih dahulu harus dimasukkan ke pipa U, setelah itu zat fluida yang akan dicari nilai massa jenis dan berat jenisnya dimasukkan dengan pertimbangan volume secukupnya. Setelah air dan zat tersebut berada dalam pipa U akan tampak batas antara zat dan air tersebut, maka pengambilan data harus sudah dimulai dengan mengamati ketinggian zat fluida yang dimasukkan serta data ketinggian air dengan acuan batas pertemuan air dan zat tersebut sebagai nilai pengukuran angka ke nol. Sehingga didapatlah data ketinggian zat fluida dan ketinggian air didalam pipa U yang akan diolah menjadi nilai massa jenis dan berat jenis fluida tersebut. Seluruh perhitungan data massa jenis dan berat jenis dengan konsep volumetrik maupun pipa U telah dijelaskan lebih detail pada bagian analisa data. Dari analisa data diatas didapatkan nilai-nilai massa jenis dan berat jenis yang berbeda-beda, tetapi relatif sama untuk masing-masing zat fluidanya meskipun dengan konsep dan cara perhitungan yang berbeda. Perbedaan ini kemungkinan dapat terjadi karena kesalahan pembacaan data pada alat ukur yang dilakukan secara manual atau analog untuk pengambilan datanya. Penarikan rata-



rata data adalah cara yang paling akurat ketika terjadi perbedaan data antara kedua konsep perhitungan. Data rata-rata massa jenis dan berat jenis ketiga bahan telah dihitung pada analisis data dengan hasil: No.



Nama Bahan



Massa Jenis(ρ) (Kg/m3)



Berat Jenis(γ) (N/ m3)



1



Minyak Goreng



854,0151532



8369,348468



2



Oli SAE 90



818,3835617



8051,658904



3



Oli SAE 20-50



814,6875



7983,9375



Dari data tersebut, maka dapat dianalisis bahwa minyak goreng memiliki nilai massa jenis dan berat jenis yang lebih besar daripada oli, tetapi masih lebih kecil daripada massa jenis dan berat jenis air. Pada percobaan yang dilakukan posisi ketiga bahan tersebut ketika dicampurkan dengan air kedalam pipa U berada pada posisi atas sedangkan air selalu berada pada posisi bagian bawahnya. Hal ini dapat terjadi karena nilai massa jenis dari ketiga bahan tersebut lebih kecil daripada air dan apabila ketiga campuran tersebut dicampurkan, maka dapat diprediksi bahwa larutan terbawah adalah minyak goreng dan bagian paling atas adalah Oli SAE 20-50. Sehingga beberapa sifat-sifat dari ketiga fluida tersebut dapat dianalisa bahwa zat fluida yang memiliki massa jenis besar biasanya memiliki viskositas yang kecil seperti air. Pada praktikum kali ini viskositas zatnya telah diukur terlebih dahulu praktikum sebelumnya.



BAB V PENUTUP



5.1 Kesimpulan Perbedaan hasil data dari dua buah konsep pengujian terjadi karena proses pengujian dilakukan secara manual dalam pengambilan datanya sehingga nilai keakurattan datanya relatif kecil. Zat fluida yang memiliki massa jenis dan berat jenis yang lebih kecil akan berada pada posisi diatas zal fluida yang memiliki massa jenis dan berat jenis yang lebih besar. Urutan nilai massa jenis dan berat jenis bahan yang diuji dari yang terbesar ke yang terkecil adalah Air, Minyak Goreng, Oli SAE 90 kemudian Oli SAE 20-50. Dari pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa sifat-sifat zat fluida memiliki hubungan dari satu sifat ke sifat lainnya. Hal ini ditunjukkan dengan nilai massa jenis dan berat jenis yang memiliki hubungan yang positif dengan nilai viskositasnya. 5.2 Saran Sebelum praktikum yang baik sebaiknya fasilitas mahasiswa seperti buku pedoman (BKPM) harus sudah diberikan agar ketika menjalankan praktikum mahasiswa dapat lebih cepat memahami materi praktikum yang praktikan.