LAPORAN MINGGUAN PRAKTIKUM PENGELOLAHAN DAN PEMANTAUAN KUALITAS LINGKUNGAN MEKANIKA FLUIDA
Disusun oleh : Nama : Firmansyah NIM : !"#"$%"&' Kelom(o) : * sa+u , Asis+en : Ris)ie -ul)i.li Nim : "#"$%"/
LA0ORATORIUM REKA1ASA LINGKUNGAN FAKULTAS FAKULTAS TEKNIK T EKNIK UNI2ERSITAS UNI2E RSITAS MULA3ARMAN MULA3ARMAN SAMARINDA !"%
0A0 I PENDAHULAUN
4 4 La+ar La+ar 0ela 0ela)a )an5 n5
Dalam fisika proses-proses gerak fluida memerlukan pembahasan khusus mengingat sifat-sifat fluida yang berbeda dengan sifat-sifat zat padat. Mekanika Fluida adalah suatu ilmu yang mempelajari atau menganalisa tentang sifat-sifat fluida baik dalam keadaa keadaan n diam maupun maupun bergerak bergerak..
Mekani Mekanika ka fluida fluida membah membahas as zat dalam keadaan keadaan
berwujud cair atau gas dengan segala fenomenanya. Sedangkan fluida sendiri adalah suatu zat yang bentuknya dapat berubah secara terus-menerus akibat adanya suatu gaya geser seberapapun kecilnya.
Prinsip ernoulli yang diambil dari nama ilmuwan elanda!Swiss yang bernama Daniel ernoulli menya menyataka takan n bahwa bahwa pada suatu aliran aliran fluida fluida"" peningkatan peningkatan pada kecepatan kecepatan flui fluida da akan akan meni menimb mbul ulka kan n penu penuru runa nan n teka tekana nan n pada pada aliran aliran terse tersebu but. t. Prin Prinsip sip ini ini sebenarnya sebenarnya merupakan merupakan penyederha penyederhanaan naan dari Persamaan Persamaan ernoulli ernoulli yang menyatakan 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. Sifat fluida yang dapat mengalir" atau mudah berubah bentuk disebabkan ikatan antar molekulnya yang relatif lemah jika dibandingkan dengan zat padat. Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan zat cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifatnya hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Dalam kondisi tertentu pompa dapat digunakan untuk memindahkan zat padat yang berbentuk bubukan atau tepung. #leh karena itu" dilaksanakan praktikum mekanika fluida untuk mempelajari secara langsung aliran fluida dengan menggunakan bantuan pompa yang disusun secara seri. Pada Pada aliran aliran-ali -aliran ran fluida fluida yang yang telah telah ditent ditentuka ukan n titik-t titik-titik itiknya nya"" kita kita akan akan menget mengetahu ahuii tekanan" debit" kecepatan air yang ada pada aliran tersebut.
4! 4! Tu6uan 6uan
$. '. (.
Mengetahui laju aliran fluida dengan menggunakan bendungan segitiga %&&. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan fluida. Mengetahui tekanan fluida pada tiap-tiap titik yang telah ditentukan.
0A0 II TIN7AUAN PUSTAKA
!4 De.inisi Flui8a Menurut )aswari *$%+," fluida merupakan suatu zat!bahan yang dalam keadaan setimbang tak dapat menahan gaya atau tegangan geser * shear force. Dapat pula didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi. Suatu sifat dasar fluida nyata" yaitu tahanan terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan geser yang terjadi pada bidang geser yang dikenai tegangan tersebut adalah iskositas atau kekentalan!kerapatan zat fluida tersebut. Fluida dapat didefinisikan sebagai suatu zat mampu alir dan dapat menyesuaikan bentuk dengan bentuk wadah yang ditempatinya" serta apabila diberikan tegangan geser" betapapun kecilnya akan menyebabkan fluida tersebut bergerak dan berubah bentuk secara terus-menerus selama tegangan tersebut bekerja */hite" $%++. Fluida menurut sifat-sifatnya dibedakan menjadi dua" yaitu0 $. Fluida ideal9 adalah fluida yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut. a. 1idak kompresibel *olumenya tidak berubah karena perubahan tekanan b. erpindah tanpa mengalami gesekan *iskositasnya nol '. Fluida sejati9 memiliki ciri-ciri sebagai berikut. a.2ompresibel b.erpindah dengan mengalami gesekan *iskositasnya tertentu */hite" $%++.
!4! Aliran Laminar 8an Turulen eberapa tahun yang lalu" #sborne )eynolds telah melakukan beberapa percobaan untuk menentukan kriteria aliran laminar dan turbulen. )eynolds menemukan bahwa aliran selalu menjadi laminar" jika kecepatan alirannya diturunkan sedemikian rupa sehingga bilangan )eynolds lebih kecil dari '(&& *)e 3 '(&&. egitupula dikatakan alirannya turbulen" pada saat bilangan )eynolds lebih besar dari 4&&& *)e 5 4&&&. Dan jika bilangan )eynolds berada diantara '(&& dan 4&&& *'(&& 3 )e 34&&& maka aliran tersebut adalah aliran yang berada pada daerah transisi *Streeter" $%++.
6ambar $. Skema aliran dalam pipa
7ntuk menganalis kedua jenis aliran ini diberikan parameter tak berdimensi yang dikenal dengan nama bilangan )eynolds */hite. $%++ sebagai berikut0
Re ; Dengan0 )e 8 bilangan )eynolds 8 kecepatan fluida *m!s D 8 diameter pipa *m 9 8 iskositas kinematika fluida *m'!s
!4& Persamaan 0ernauli
:ukum ernoulli menjelaskan tentang konsep dasar aliran fluida *zat cair dan gas bahwa peningkatan kecepatan pada suatu aliran zat cair atau gas" akan mengakibatkan penurunan tekanan pada zat cair atau gas tersebut. ;rtinya" akan terdapat penurunan energi potensial pada aliran fluida tersebut */hite" $%++.
2onsep dasar ini berlaku pada fluida aliran termampatkan * compressible-flow" juga pada fluida dengan aliran tak-termampatkan *incompressible-flow. :ukum ernoulli sebetulnya dapat dikatakan sebagai bentuk khusus dari konsep dalam mekanika fluida secara umum" yang dikenal dalam khusus dari konsep dalam mekanika fluida secara umum" yang dikenal dalam persamaan ernoulli. Secara matematis persamaan bernauli adalah sebagai berikut0
(?@<!!5@;(!?!@
!4$ Persamaan Kon+inui+as
Persamaan kontinuitas menyatakan hubungan antara kecepatan fluida yang masuk pada suatu pipa terhadap kecepatan fluida yang keluar. :ubungan tersebut dinyatakan dengan0
B ;A<;A!uas penampang pipa $ *m ' ;' 8 >uas penampang pipa ' *m ' $ 8 2ecepatan fluida pada pipa $ *m!s ' 8 2ecepatan fluida pada pipa ' *m!s Debit adalah besaran yang menyatakan olume fluida yang mengalir tiap satuan waktu0
B ;2+ Dimana0 ? 8 debit *m(!s @ 8 olume *m( t 8 waktu *s */hite" $%++.
!4% Head Losses Head losses adalah head atau kerugian-kerugian dalam aliran pipa yang terdiri atas mayor losses dan minor losses 0
H;H.@Hm Dimana0 : 8 head losses *m :f 8 mayor losses *m :m8 minor losses *m *Suhariono" '&&+. !4%4 Mayor Losses
2erugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran dengan luas penampang tetap atau konstan. ;liran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. :al ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh fluida. 2erugian head akibat dari gesekan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan Darcy A /eisbach yaitu0
H.;.4LD4 8 panjang pipa *m D 8 diameter pipa *m 8 kecepatan *m!s g 8 graitasi bumi *m!s ' f 8 factor gesek *didapat dari diagram mody *Suhariono" '&&+. !4%4! Minor Losses
2erugian minor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katupkatup" sambungan T ee" sambungan belokan" dan pada luas penampang yang tidak konstan. Pada aliran yang melewati belokan dan katup head loss minor yang terjadi dapat dihitung dengan rumusan Darcy A /eisbach yaitu0
Hm;)
!4C Manome+er Manometer adalah suatu alat pengukur tekanan yang menggunakan kolom cairan untuk mengukur perbedaan tekanan antara suatu titik tertentu dengan tekanan atmosfer *tekanan terukur" atau perbedaan tekanan antara dua titik. Manometer yang paling sederhana adalah piezometer" kemudian manometer pipa 7" dan yang lebih rumit adalah manometer deferensial *)aswari" $%+,.
!4' Saluran Per(i(aan 2amus mendefinisikan pipa sebagai cubing panjang dari tanah liat" konkret" metal" kayu" dan seterusnya" untuk mengalirkan air" gas" minyak dan cairan-cairan lain. Pipa yang dimaksud bukan berarti hanya pipa" tetapi fitting-fitting " katup-katup dan komponen-komponen lainnya yang merupakan sistem perpipaan */hite" $%++. Pipa dan komponen yang dimaksudkan disini adalah meliputi0 $. Pipa-pipa * pipes '. Benis-jenis flens * flanges
(. 4. C. ,. . +. %.
Benis-jenis katup *valves Benis-jenis alat penyambung * fittings Benis-jenis alat-alat sambungan cubing Benis-jenis alat sambungan cabang o’let Benis-jenis gasket Benis-jenis baut *boltings . agian khusus * special item
*)aswari" $%+,. Sistem perpipaan adalan suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida baik cair" gas ataupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain. Material-material pipa dibagi dua kelas dasar" metal dan nonmetal.
0A0 III METODOLOGI PRAKTIKUM &4 3a)+u 8an Tem(a+ Praktikum mekanika fluida pengukuran debit aliran air kali ini dilakukan pada hari
Sabtu tanggal $4 Desember '&$( pukul &%.&& A $$.&& /E1;. ertempat di >aboratorium Sipil *>abtek $ Fakultas 1eknik 7niersitas Mulawarman" Samarinda. &4!4 Ala+ 8an 0ahan &4!44 Ala+:
$. '. (. 4. C. 6. . +. %.
Pompa air ak air Selang )angkaian pipa (close flow channel) yang disusun tunggal endungan segitiga Water manometer Penggaris 2amera ;lat tulis
&4!4!4 0ahan:
$. Fluida *air &4&4 ara Ker6a &4&44 Men5hi+un5 Te)anan= Pressure Drop
$. Disiapkan water manometer . '. Ditentukan titik-titik pada rangkaian pipa yang akan diukur tekanannya" yaitu titik $" (. 4. C. ,.
'" 4" C" ," +. Diukur dan dicatat h air pada water manometer sebelum pompa dinyalakan. Dinyalakan pompa dan ditunggu hingga h pada water manometer stabil. Diukur dan dicatat h air pada water manometer setelah pompa dinyalakan. Dihitung perubahan h * h
&4&4!4 Men5hi+un5 Dei+ $. Disiapkan bendungan segitiga %& '. Dinyalakan pompa untuk mengalirkan air dan dibiarkan hingga bendungan terisi °
sampai batas tertentu. (. Dicatat tinggi batas air pada bendungan. 4. Dihitung ? dengan rumus yang telah ditentukan.
0A0 I2 HASIL DAN PEM0AHASAN $4 Hasil Pen5ama+an 1abel 4.$. :asil pengamatan ketinggian pada water manometer
h *ha)hirhaal, *mm,
haal *mm,
ha)hir *mm,
'
(+%
C%C
'&,
&"'&,
(
(+%
(4&
-4%
-&"&4%
,
4$+
4$
C(
&"&C(
4$+
4&
C'
&"&C'
+
,&$
&
$,%
&"$,%
$$
,&$
C&&
-$&$
-&"$&$
$4! Perhi+un5an $4!4
Dei+ aliran air
Diketahui 0 h 8 ("'C cm 8 &"&('C m Dimana h adalah tinggi limpasan pada bendungan segitiga %& &
m(!s
$4!4!
a.
0e8a +in55i *h, +ia( +i+i) 1itik '
h
b.
h *m,
Ti+i)
8 hakhir - hawal 8 C%C A (+% 8 '&, mm
1itik ( h
8 hakhir - hawal 8 (4& A (+% 8 -4% mm
c.
1itik , h
d.
1itik h
e.
8 hakhir - hawal 8 4& A 4$+ 8 C' mm
1itik + h
f.
8 hakhir - hawal 8 4$ A 4$+ 8 C( mm
8 hakhir - hawal 8 & A ,&$ 8 $,% mm
1itik $$ h
$4!4&
8 hakhir - hawal 8 C&& A ,&$ 8 -$&$ mm
Peruahan Te)anan * a. 1itik ' P
8 8 8
b. 1itik ( P
8 8 8
c. 1itik , P
8 8 8
d. 1itik P
8 8 8
P, Tia( Ti+i)
e. 1itik + P
8 8 8
f.
1itik $$ P
8 8 8
$4!4$
Luas Penam(an5 (i(a *A, ; D!
a. 1itik ' Diameter *D 8 &"C inchi 8 &"&$' m ; 8 G D' 8 G *&"&$'' 8 $"',, H $& -4 m' b. 1itik ( Diameter *D 8 &"C inchi 8 &"&$' m ; 8 G D' 8 G *&"&$'' 8 $"',, H $& -4 m' c. 1itik , Diameter *D 8 &"C inchi 8 &"&$' m ; 8 G D' 8 G *&"&$'' 8 $"',, H $& -4 m' d. 1itik Diameter *D 8 $ inchi 8 &"&'C4 m ; 8 G D'
8 G *&"&'C4' 8 C"&,4C H $& -4 m' e. 1itik + Diameter *D 8 $ inchi 8 &"&'C4 m ; 8 G D' 8 G *&"&'C4' 8 C"&,4C H $& -4 m' f. 1itik $$ Diameter *D 8 &"C inchi 8 &"&$% m ; 8 G D' 8 G *&"&$%' 8 '"+((+ H $& -4 m' $4!4%
Kee(a+an aliran *<, +ia( +i+i)
@' 8
'"$(' m!s
@( 8
'"$(' m!s
@, 8
'"$(' m!s
@ 8
&"C(($ m!s
@+ 8
&"C(($ m!s
@$$ 8
$"$',( m!s
$4& Pemahasan
4.'.$ 6ambar )angkaian Pipa
("'C cm
4.'.' 6ambar endungan Segitiga %& I
Pada praktikum ini didapatkan hasil pengamatan yaitu ketinggian awal!sebelum pompa dinyalakan dititik ' dan ( pada water manometer menunjukkan angka yang sama (+% mm" kemudian untuk dititik , dan menunjukkan angka yang tidak berbeda 4$+ mm" sedangkan titik + dan $$ menunjukkan angka ,&$ mm. Setelah pompa dinyalakan terjadi perubahan ketinggian air pada water manometer . 7ntuk titik ' mengalami kenaikan tinggi sebesar '&, mm sehingga tinggi menjadi C%C mm atau &"C%C m. 1itik ( mengalami penurunan tinggi sebesar 4% mm sehingga tinggi menjadi (4& mm atau &"(4 m. 1itik , mengalami kenaikan tinggi sebesar C( mm sehingga tinggi menjadi 4$ mm atau &"4$ m. 1itik mengalami kenaikan tinggi sebesar C' mm sehingga tinggi menjadi 4& mm atau &"4 m. 1itik + mengalami kenaikan tinggi sebesar $,% mm sehingga tinggi menjadi & mm atau &" m. 1itik $$ mengalami penurunan tinggi sebesar $&$ mm sehingga tinggi menjadi C&& mm atau &"C m. Dari data yang diperoleh diketahui beda tinggi pada titik ' sebesar '&, mm kemudian pada titik ( ketinggian fluida menurun sebesar -4% mm dan beda tinggi pada titik , sebesar C( mm selanjutnya beda tinggi dititik sebesar C' mm" dan beda tinggai di titik + sebesar $,% mm" dan pada titik $$ beda tinggi diperoleh sebesar-$&$ mm karena
tinggi fluida akhir lebih besar dibandingkan tinggi fluida awal. Dan setelah dilakukan perhitungan perubahan tekanan berdasarkan beda tinggi" diperoleh pada titik ' sebesar " titik ( sebesar sebesar
" titik , sebesar
" titik + sebesar
" titik
" dan titik $$ sebesar
. 7ntuk data 2ecepatan * dari perhitungan didapatkan titik ' sebesar '"$(' m!s" titik ( sebesar '"$(' m!s" titik , sebesar '"$(' m!s" titik sebesar &"C(($ m!s" titik + sebesar &"C(($ m!s" dan titik $$ sebesar $"$',( m!s. Sehingga dapat diketahui bahwa kecepatan relatie stabil dari titik ' A ," kemudian mengalami penurunan kecepatan menjadi &"C(($ m!s dititik A +" dan pada titik terakhir mengalami peningkatan sebesar $"$',( m!s. Perubahan tekanan dalam aliran fluida terjadi karena adanya perubahan ketinggian" perubahan kecepatan akibat perubahan penampang dan gesekan fluida. Pada aliran tanpa gesekan perubahan tekanan dapat dianalisa dengan persamaan ernoulli yang memperhitungkan perubahan tekanan ke dalam perubahan ketinggian dan perubahan kecepatan. Sehingga perhatian utama dalam menganalisa kondisi aliran nyata adalah pengaruh dari gesekan. 6esekan akan menimbulkan penurunan tekanan atau kehilangan tekanan dibandingkan dengan aliran tanpa gesekan. kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katup-katup dan sambungan pada penampang yang tidak konstan. ;da beberapa faktor yang mempengaruhi tekanan pada fluida" yakni antara lain massa jenis fluida" gaya graitasi dan ketinggian. 2arena massa jenis *J dan graitasi *g harganya tetap" maka tekanan hanya tergantung pada ketinggian Fluida cair yang mengalir di dalam pipa mengalami bermacam-macam hambatan *mendapat beberapa kerugan. 2erugian-kerugian aliran tersrbut dapat dibagi menjadi ' bagian yaitu" mayor losses dan minor losses. 2erugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran penampang tetap atau konstan. 2erugian mayor ini terjadi pada sebagian besar penampang sistem aliran yang disebabkan oleh koefisien gesekan pipa yang besarnya tergantung kekasaran pipa" diameter pipa dan bilangan )eynold. Sedangkan kerugian minor adalah kehilangan
tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katup-katup" sambungan 1" sambungan > dan pada penampang yang tidak konstan. 2erugian minor meliputi sebagian kecil penampang sistem aliran" sehingga dipergunakan istilah KminorL. 2erugian ini untuk selanjutnya akan disebutkan sebagai head loss. Salah satu kerugian yang sering terjadi dan tidak dapat diabaikan pada aliran air yang menggunakan pipa adalah kerugian tekan akibat gesekan dan perubahan penampang atau pada belokan pipa yang menggangu aliran normal. :al ini menyebabkan aliran air semakin lemah dan mengecil. Pada praktikum kali ini terdapat dua kerugian gesek" yaitu kerugian gesek mayor *maor losses yang merupakan kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran yang disebabkan akibat kekasaran pipa" dan diameter pipa yang berubahubah dari ukuran di titik '" (" dan , sebesar &"C inchi" titik dan + sebesar $ inchi" dan titik $$ sebesar &"C inchi. 2emudian juga terdapat kerugian minor *minor losses" yang terjadi pada sambungan belokan %&" sambungan belokan 4C" dan katup pada input dan output . eberapa faktor kesalahan yang terjadi pada saat praktikum ini dilakukan adalah pertama" pembacaan angka ketinggian pada alat water manometer yang tidak tepat dikarenakan air yang berada di dalam water manometer yang selalu bergerak-gerak atau tidak konstan. 2edua" kesalahan pembacaan tinggi pada bendungan segitiga %& I yang hanya menggunakan penggaris sehingga data yang didapat tidak akurat.
0A0 2 PENUTUP
%4 Kesim(ulan
$.
Setelah dilakukan perhitungan dari data pengukuran menggunakan bendungan segitiga %&I maka didapatkan laju aliran sebesar
'.
m(!s.
eberapa faktor yang mempengaruhi tekanan pada fluida" yakni antara lain massa jenis fluida" gaya graitasi dan ketinggian. 2arena massa jenis *J dan graitasi *g harganya tetap" maka tekanan hanya tergantung pada ketinggian. :al ini lah yang menyebabkan perbedaan tekanan pada setiap titik. Perubahan tekanan yang terjadi dalam aliran fluida disebabkan karena adanya perubahan ketinggian" perubahan kecepatan akibat perubahan penampang dan gesekan fluida. 6esekan akan
(.
menimbulkan penurunan tekanan. Dari data yang diperoleh diketahui tekanan pada titik ' sebesar '&$+"+ kg!ms' kemudian mengalami penurunan dititik ( sebesar
dan tekanan
meningkat pada titik , sebesar C$%"4 kg!ms ' selanjutnya mengalami penurunan lagi dititik sebesar C&%", kg!ms '" dan pada titik + meningkat sebesar $,C,"' kg!ms '" dan menurun kembali padatitik $$ sebesar -%+%"+ kg!ms '. Dan setelah dilakukan perhitungan perubahan tekanan berdasarkan beda tinggi" diperoleh pada titik ' sebesar '&$+"+ kg!ms '" titik ( sebesar -4+&"' kg!ms '" titik , sebesar C$%"4 kg!ms '" titik sebesar C&%", kg!ms '" titik + sebesar $,C,"' kg!ms '" dan titik $$ sebesar %+%"+ kg!ms '. Dari data diatas diketahui bahwa tekanan tetap sama di tiap-tiap titik walaupun telah mengalami perubahan tinggi air.
%4! Saran $.
Sebaiknya pada praktikum selanjutnya juga dilakukan pengukuran pada sistem
'.
aliran terbuka agar dapat diketahui perbedaan diantara keduanya. Sebaiknya pada praktikum selanjutnya dilakukan pengukuran pada sistem yang dipasang secara paralel" agar dapat diketahui perbedaan antara sistem seri dan parallel.
DAFTAR PUSTAKA
$.
)aswari. $%+,. Te!nologi dan "erencanaan #istem "erpipaan . Penerbit 7niersitas Endonesia0 Bakarta.
'.
Suhariono" Ndi. '&&+. $nalisa Head %osses dan &oefisien 'ese! "ada "ipa. 2alimantan Scientiae.
(.
Streeter" @ictor >. dan Prijono" ;rko $%++. e!ani!a luida (teremahan). Nrlangga" Bakarta.
4.
/hite" Frank M." Manahan :ariandja. $%++. e!ani!a luida (Teremahan) *ilid + . Penerbit Nrlangga0 Bakarta.
C.
/hite" Frank M." Manahan :ariandja. $%++. e!ani!a luida (Teremahan) *ilid ++. Penerbit Nrlangga0 Bakarta.
