MODUL PRAKTIKUM

MEKANIKA FLUIDA

Revisi 02PenerbitanMenyetujui Dr. Liliya Dewi Susanawati, ST., MT

Ketua Laboratorium TSALFTP - UB

Tanda Tangan

LABORATORIUM TEKNIK SUMBERDAYA ALAM DAN LINGKUNGANJURUSAN KETEKNIKAN PERTANIANFAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG

2014

TATA TERTIB PRAKTIKUM

1. Praktikan harus mendaftarkan diri kepada petugas laboratorium.2. Praktikan harus hadir tepat pada waktunya, dan apabila terlambat lebih dari 10 menit tidak

diperkenankan mengikuti praktikum atau dikenakan sanksi lain yang mendidik.3. Pakaian harus sopan, rapid dan memakai sepatu.4. Praktikan harus bersikap soapn kepada semua praktikan, asisten, dan petugas laboratorium.5. Kerusakan peralatan menjadi tanggung jawab praktikan.6. Setiap praktikum selalu dimulai dengan pre-test.7. Laporan setiap praktikum harus sudah disetujui oleh asisten selambat-lambatnya 7 hari

setelah praktikum.8. Laporan akhr harus disetujui oleh asisten dan dijiid, sebagai syarat mengikuti ujian

praktikum.9. Tiap praktikum akan mendapatkan kartu praktikum.10. Meninggalkan acara praktikum diperkenankan jika :

- Sakit dengan keterangan dokter (atau diijinkan)- Keperluan mendadak dengan bukti

11. Segala sesuatu yang berhubungan dengan praktikum harus sudah selesai satu minggu setelah praktikum.

12. Hal – hal lain yang diperlukan ditentukan kemudian.

Ketua LaboratoriumTeknik Sumberdaya Alam dan Lingkungan

Dr. Liliya Dewi Susanawati, ST., MTNIP. 1976512 200812 2 001

DAFTAR ISI

2

MATERI I. KALIBRASI SEKAT UKUR...........................................................................41. Pendahuluan .................................................................................................................42. Tujuan Praktikum .........................................................................................................43. Alat dan Bahan .............................................................................................................44. Cara Kerja ....................................................................................................................45. Tabel data dan Perhitungan ..........................................................................................

MATERI II. GESEKAN ALIRAN MELALUI PIPA ........................................................71. Pendahuluan .................................................................................................................72. Tujuan Praktikum .........................................................................................................83. Alat dan Bahan .............................................................................................................84. Cara Kerja ....................................................................................................................95. Tabel Pengamatan dan Perhitungan .............................................................................10

MATERI III. BOUYANCY...................................................................................................121. Pendahuluan..................................................................................................................122. Tujuan Praktikum .........................................................................................................133. Alat dan Bahan .............................................................................................................134. Cara kerja .....................................................................................................................13

MATERI IV. KEHILANGAN HEAD PADA BERBAGAI PERLAKUAN ....................161. Pendahuluan .................................................................................................................162. Tujuan praktikum .........................................................................................................193. Alat dan Bahan .............................................................................................................194. Cara Kerja ....................................................................................................................195. Tabel Pengamatan ........................................................................................................20

MATERI I

3

KALIBRASI SEKAT UKUR

I. PENDAHULUAN

Debit aliran fluida/air digunakan untuk mengetahui berapa volume dalam aliran tersebut

persatuan waktu. Metode – metode yang digunakan untuk mengukur debit air saluran antara

lain :

1. Berdasarkan perbedaan tekanan

2. Current meter

3. Pelampung

4. Ambang pelimpah

Pada praktikum ini menggunakan metode ambang pelimpah, menggunakan alat yang ada

di Laboratorium Teknik Sumberdaya Alam. Pada alat tersebut digunakan sekat-sekat yang

berfungsi untuk membuat aliran yang konstan pada saat melalui sekat ukur (segi empat, segi tiga

dan trapezium), sehingga diperoleh tinggi muka air yang relative konstan.

Debit aliran melalui sekat ukur secara umum dapat dinyatakan sebagai berikut :

Q=k hn

Dimana :

k = konstanta dari ukuran dan bentuk sekath = tinggi n = koefisien yang besarnya tergantung dari bentuk sekat ukur

Untuk mengkalibrasi sekat ukur diperlukan penentuan nilai k dan n

Sekat segi empat Sekat segitiga (V900) Sekat trapesium

k 23

Cd√2g . b 815

Cd√2g . tg θ2

815

Cd√2g . b

n 1,5 2,5 2,5

Apabila persamaan (1,1) dilogaritmakan maka diperoleh

Log Q = Log k + Log h

Dimana antara log G dan log h mempunyai hubungan linier. Oleh karena itu dengan

mudah nilai k dan log k dapat dihitung dengan rumus :

4

n= log . Q x log . h−log .Q x log .h( log . h2 )−¿¿

dan Log. K = Log. Q – n. Log.h

II. TUJUAN PRAKTIKUM

Tujuan dari praktikum ini adalah mengkalibrasi sekat ukur untuk penentuan debit aliran.

III. ALAT DAN BAHAN

- Saluran Air

- Sekat Ukur segitiga, segi empat, dan trapezium

- Penggaris

- Tangki penentu debit aliran

- Stopwatch

IV. CARA KERJA

a. Siapkan semua alat yang akan digunakan

b. Pasang sekat ukur sesuai yang dikehendaki

c. Alirkan air ke debit yang rendah

d. Catat tinggi permukaan air dari bagian bawah sekat ukur

e. Dalam waktu bersamaan hitung kenaikan permukaan air pada tangki penentu debit

f. Ulangi langkah (b) sampai (e) sebanyak lima kali dengan debit yang ditingkatkan

g. Ulangi prosedur di atas dengan sekat ukur yang berbeda.

A. Data Pengamatan :

No. Sekat Tinggi Sekat

Tinggi air sekat

h1 (cm) h2 ( cm) Pair t (s)

5

(Cm) (cm)1 Trapesium 1.

2.

3.

4.

5.

2 Segitiga 1.

2.

3.

4.

5.

3 Segiempat 1.

2.

3.

4.

5.

Keterangan h1 = air tumpahan

h2 = (tinggi air pada sekat – tinggi sekat)

B. Perhitungan

Atau

Dimana, A1 = Luas tabung kecil (m2)

d1 = Diameter tabung kecil (m)

= 0.008 m

Tabel perhitungan untuk sekat trapezium, segitiga dan segi empat

No. V (m2) Q (m3/s) Log Q h2 Log h2 Log Q * Log h2

(Log h2)2

6

A1 = ¼ π d1 A2 = ¼ π d2

1

2

3

4

5

∑

Rata

- rata

Keterangan :

V = (A1 – A2)h1

Q = V. t

n= log .Q x log . h−log .Q x log .h( log . h2 )−¿¿

Log k = logQ – n*log h2

Perhitungan teoritis

k = 815

Cd√2 g b

Q = k (h2)n

MATERI II

GESEKAN ALIRAN MELALUI PIPA

7

I. PENDAHULUAN

Bilangan Reynold (Re) merupakan perbandingan antara inersia dan viskositas yang

merupakan factor alami dari aliran. Untuk kondisi normal aliran akan laminar untuk Re < 2000,

turbulen untuk Re ≥ 2500 dan transisi untuk 2000 < Re < 2500. Kehilangan head persatuan

panjang dalam aliran laminar sebanding dengan kecepatannya dan dalam aliran turbulen

sebanding dengan kuadrat kecepatannya.

Jadi :hfI = k. Un

Dimana U = kecepatan aliran

N = 1 untuk aliran laminar, dan

2 untuk aliran turbulen

Apabila persamaan (2.1) di atas dilogaritmakan maka akan didapat persamaan sebagai

berikut :

Log [hfI ] = Log.k + n . Log U

Apabila diplotkan pada kertas grafik double log akan menghasilkan garis lurus untuk kedua

keadaan tersebut, dengan kemiringan yang berbeda.

Suatu aliran, baik itu aliran laminar atau turbulen kehilangan headnya adalah :

hf = f . I .U 2

2. g . d

Dalam menentukan factor gesekan (f), kita perlu mengukur kehilangan (hf), kecepatan (U),

diameter pipa (d) dan jarak antara piezometer pada pipa (I).

Diketahui bahwa : f =64ℜ , untuk aliran aminar dan

f =0.32ℜ1 /4 , untuk aliran turbulen

Bila diplotkan pada kertas grafik double log antar f dan Re kemiringan untuk aliran

laminar dan turbulen masing-masing adalah sebesar -1 dan – 14 .

II. TUJUAN PRAKTIKUM

8

Tujuan praktikum ini adalah untuk memperlajari karakteristik aliran laminar dan aliran

turbulen.

III. ALAT DAN BAHAN

Peralatan yang digunakan pada praktikum ini adalah sejumlah pipa horizontal dengan

diameter berbeda –beda.

IV. CARA KERJA

a. Sediakan peralatan yang dipergunakan

b. Pilih pipa yang sesuai dengan fluida yang dipakai untuk percobaan

c. Isi tangki A dengan fluida

d. Buka kran untuk menghasilkan

e. Dalam selang waktu tertentu amati dan catat beda tinggi fluida dalam piezometer serta

naiknya muka air dalam tangki penentu debit

f. Lakukan berualang – ulang sesuai dengan bukaan kran dan lakukan pada bukaaan kran yang

bervariasi untuk mendapatkan U yang berbeda – beda.

Data Pengamatan

9

No. Waktu (s) ΔH air raksa (cmHg) Volume (m3)

1

2

3

dst

Keterangan :

µ = 1.002 x 10-3 kg m/sLpipa = 8.05 mdpipa = 1.25 x 10-2 mρair = 1000 Kg/m3

ρHg = 13.57 X 103 Kg/m3

Perhitungan1. Debit (Q)

Q=Volume air (m3)

Waktu(s)2. Kecepatan aliran (U)

U=debit (Q)luas( A)

; dimana A = ¼ π (dpipa)2

3. Gesekan dalam pipa (Hf air)

Hfair={ΔHraksa− ρHgρair }−2{0.2 x (U 2

2 g )}4. Faktor gesekan (f)

f = Hfair x2g x dU 2 x l

π r2

5. Bilangan Reynolds (Re)

ℜ=U x dpipa x ρairµ

Tabel Perhitungan

No ΔH(CmHg)

Q(m3/s)

V(m3

)

LogU

Hfair

f Logf

Re Hf/L Log hf/L

Log Re

10

Tabel Regresi Linier Log V dan Log Hf/LNo Log V (X) Log hf/L (Y) X2 XY

1

2

3

dst

Jml

Rata2

Tabel Regresi Linier Log f dan Log Re

No. Log f (X) Log Re (Y) X2 XY1

2

3

dstJmlRata2

Keterangan :

b=n x JmlX xY −JmlX x JmlYn x Jml X2−¿¿

a= JmlY −b x JmlXn

Y = aX + b

11

MATERI IIIBOUYANCY

I. PENDAHULUAN

Menurut Archimedes, besarnya tekanan ke atas fluida terhadap benda, ekuivalen

dengan berat benda yang dipindahkan oleh fluida tersebut, seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar kondisi benda dalam fluida

FB = ∫ ρ. g . ( h1−h2 )∫ a

= ∫ ρ. g .h∫ a

= ρ.g.V (Berat volume fluida yang dipindahkan)

Sedangkan kerapatan massa dari fluida didasarkan pada rumus :

12

Mengapung Melayang Tenggelam

h2h1

ρ = mv (density fluida) dalam kg/m3 atau g/cm3

II. TUJUAN PRAKTIKUM

- Untuk mempelajari tekanan ke atas fluida terhadap benda terapung

- Untuk menentukan kerapatan (density) dari bermacam fluida

III. ALAT DAN BAHAN

Alat :

- Tangki atau wadah untuk menampung fluida

- Gelas ukur dalam berbagai ukuran

- Piknometer untuk mengukur density dari fluida

- Timbangan digital

Bahan :

- Air

- Bahan – bahan lain yang ditetapkan

IV. CARA KERJA

a. Menentukan tekanan ke atas fluida terhadap pengaruh benda

- Timbang dan tentukan volume benda yang diamati

- Isi tangki dengan air sampai mencapai batas maksimum

- Tampung air yang tumpah dari tangki dan tentukan volumenya

- Ulangi langkah di atas untuk jenis benda yang berbeda

b. Menentukan density dari fluida

- Timbang berat piknometer

- Isi piknometer dengan air sampai penuh, kemudian timbang beratnya

- Berat air dapat dihitung dari selisih antara berat piknometer plus air dikurang berat

piknometer

- Dari perbandingan antara berat air dengan volume air, maka didapat density dari air

tersebut

13

- Ulangi langkah diatas untuk jenis fluida lainnya

Data Hasil Pengamatan

No Nama Benda Massa (kg) Δh1 (m) Δh2 (m)

Keterangan :Diameter tabung kecil (d1) : 0,008 mDiameter tabung besar (d2) : 0,2 m

No Berat fluida + piknometer Berat fluida T (oC)

Berat fluida = (berat fluida + piknometer) – (berat piknometer)

Perhitungan :

a. Volume benda tenggelam = Δh1 . A1 + Δh2. A2

b. Massa Jenis benda , ρ = mv

c. Gaya Apung (GA) = ρair x g x Vtotal

d. Berat benda (W) = m x g

14

e. Kerapatan relative (KR) = m. gGA

f. Berat besi yang ditambahkan

a. Tomat tenggelam

- BJ besi = m. g

V = ρbesi x g

- Volume besi yang ditambahkan

Vtomat . ρtomat + Vbesi . ρbesi = (Δh2 (A1+A2) ρair)tomat + (Δh2(A1+A2)ρair)besi

- Berat besi yang ditambahkan, w = BJ x Vbesi

- Massa besi (m) = w/g

- Volume air minimum besi untuk mengapung, V= wρ . g

b. Bahan lain (idem)

g. Density

Jenis fluida Berat Fluida Volume Fluida (m3) ρ=m /v

15

MATERI IV

KEHILANGAN HEAD PADA BERBAGAI PERLAKUAN

I. PENDAHULUAN

Suatu zat dengan kekentalan tertentu akan mengalami kehilangan tenaga pada saat zat

cair tersebut mengalir dalam pipa. Kehilangan tenaga tersebut disebabkan oleh terjadinya

gesekan antara zat cair dengan dinding pipa serta gesekan antara partikel-partikel fluida tersebut.

Kehilangan tenaga tersebut berbanding dengan tinggi kecepatan, sehingga dirumuskan :

hL = KL. V 2

2 g …………………………… (4.1)

dimana : hL = tinggi tenaga yang hilang

KL = koefisien kecepatan

V2 / 2g = tinggi kecepatan

Beberapa kehilangan tenaga ini antara lain :

1. Kehilangan tenaga pada pipa lurus dengan diameter konstan.

Besarnya kehilangan tenaga yang terjadi akibat gesekan antara zat cair dengan dinding pipa,

berbanding lurus dengan factor gesekan f dan panjang pipa l, serta berbanding terbalik dengan

diameter pipa d, sehingga dapat dituliskan :

hL = f. ld . V 2

2 g …………………………….. (4.2)

sedangkan factor gesekan tersebut tergantung pada besarnya bilangan Reynold dan kekasaran

relative pada permukaan pipa.

F = fungsi (Re, ε/d) ………………………… (4.3)

Hubungan antara Re dan ε/d dengan f dapat dilihat pada diagram Moody, seperti pada gambar

1.

2. Kehilangan tenaga pada pipa yang mengalami perubahan penampang

16

Beberapa perubahan penampang pipa dapat terjadi pada sambungan pipa dengan variasi :

sambungan mengecil siku-siku (menyudut dan tanpa menyudut), sambungan membesar siku-

siku (menyudut dan tanpa menyudut).

Kehilangan tenaga yang terjadi pada perubahan penampang pipa yang berdiameter besar (d1)

ke pipa yang berdiameter kecil (d2) pada sambungan siku-siku (tanpa menyudut) akan terjadi

kontraksi, dengan koefisien konstraksi Cc tergantung pada nisbah A2/A1 dan harga koefisien

kehilangan KL dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Besarnya Cc dan KL pada berbagai nisbah A2/A1

A2/A1 Cc KL

0,0 0,671 0,500,1 0,624 0,460,2 0.632 0,410,3 0.643 0,360,4 0.659 0,300,5 0.681 0,240,6 0,712 0,180,7 0,755 0,120,8 0,813 0,060,9 0,892 0,021,0 1,000 0,00

17

Gambar 1. Diagram MOODY

Kehilangan tenaga yang terjadi pada perubahan penampang pipa yang berdiameter kecil

(d1) ke pipa berdiameter besar (d2) pada sambungan siku-siku (tanpa menyudut) adelah :

hL = KL . (v1 – v2)2 / 2g …………………………… (4.4)

pada perubahan pipa dari pipa berdiameter kecil (d1) ke pipa berdiameter besar (d2) yang

membentuk sudut, maka besarnya kehilangan tenaga dapat menggunakan persamaan 4.4

dengan nilai K dapat dicari dari grafik pada Gambar 2.

Gambar 2. Besarnya nilai KL pada perubahan penampang pipa yang membentuk sudut

18

Untuk penyempitan yang berbentuk sudut, seperti gambar 3, dengan penyempitan yang

mulus, maka besarnya kehilangan energy yang terjadi secara teknis dapat diabaikan.

Gambar 3. Grafik hubungan antara sudut belok θ , diameter pipa dan jari-jari pembelokan

dengan besarnya koefisien kehilangan KL

3. Kehilangan tenaga pada belokan pipa

Apabila pipa dengan diameter d, mengalami belokan dengan sudut belok θ dan jari-jari

pembelokan R, maka besarnya koefisien kehilangan KL dapat dicari debngan

menggunakan Gambar 3.

Belokan yang membentuk sudut 900 secara kasar dapat menggunakan koefisien KL

sebesar 0,2 (lihat gambar 4.5).

II. TUJUAN PRAKTIKUM

Tujuan praktikum ini adalah besarnya kehilangan head (head loses) pada aliran zat cair

dalam pipa.

19

III. ALAT DAN BAHAN

- Rangkaian pipa

- Pompa

- Pipa kaca

IV. CARA KERJA

a. Periksa alat – alat yang akan dipakai, apakah sudah dalam keadaan siap

b. Berikan ‘power’ pada pompa listrik, bacalah besarnya kehilangan tenaga (head loses)

dengan berbagai perlakuan pada perangkat alat yang telah terpasang

c. Besarnya kehilangan tenaga (head loses) tersebut dicatat dan cocokkan dengan acuan

yang telah ada

d. Bahaslah hasil pengamatan tersebut.

V. TABEL PENGAMATAN

No Perlakuan Kehilangan Head (mmHg)

1 Sambungan mengecil lurus (2”/ 1”)

2 Sambungan membesar lurus (1”/ 2”)

3 Sambungan mengecil menyudut (2” / 1”)

4 Sambungan membesar menyudut (1” / 2”)

5 Sprinkle besar

6 Sprinkle kecil

7 Belokan 900 (pipa 2”)

8 Seluruh rangkaian

20

Sambungan mengecil menyudut Belokan 900

Sambungan membesar menyudut Piezometer

21

KL = 0,85

V2 = √ 2 h . P / ρ

1−( d 2d 1

)4

HL = KL . (V 2)2

2 g

A1. V1 = A2. V2

KL = 1,15

HL = KL (V 2−V 1 ) 22 g

KL = 0,2

HL = KL . (V 2)2

2 g

HL = cmH2O + 74

Sprinkle besar

Sprinkle kecil

22

Re = V 1 . d 1 . ρη

HL = f . L. V 12

d1 .2g

Re = V 1 . d 2 . ρη

HL = f . L. V 22

d 2 .2 g