Modul 3 Free Vortex

(1)

ma

manunusisia a kakarerena na bagbagaiaimamananapupun n flfluiuida da mememimililiki ki sisifafat-t-sisifafat t tetertrtenentu tu dadan n akakanan mengalami perubahan sesuai dengan perlakuan yang dialaminya.Salah satunya adalah mengalami perubahan sesuai dengan perlakuan yang dialaminya.Salah satunya adalah pusaran

pusaran fluida fluida atau atau vortex.Mengingat vortex.Mengingat hal hal ini ini merupakan merupakan fenomena fenomena yang yang menarik menarik sehingga diperlukan sebuahpenelitian mengenai penyebab, proses dan akibat dari sehingga diperlukan sebuahpenelitian mengenai penyebab, proses dan akibat dari vortex ini.Sehingga fenomena ini bisa dimanfaatkan untuk kepentingan pembaharuan vortex ini.Sehingga fenomena ini bisa dimanfaatkan untuk kepentingan pembaharuan ene

energi rgi ataatau u jikjika a fenfenomeomena na ini ini mermerugiugikan kan makmaka a bisbisa a dikdikuraurangi ngi efeefeknya knya terterhadahadapp lingkungan atau manusia dan peralatan (pada bidang industri).

lingkungan atau manusia dan peralatan (pada bidang industri).

alam suatu peran!angan sistem yang berhubungan dengan suatu aliran fluida alam suatu peran!angan sistem yang berhubungan dengan suatu aliran fluida atau di bidang konversi energi hal ini harus menjadi perhatian utama karena sangat atau di bidang konversi energi hal ini harus menjadi perhatian utama karena sangat berpengaruh

berpengaruh nantinya terhadap nantinya terhadap ran!angan ran!angan tersebut."ntuk lebih tersebut."ntuk lebih memahami fenomenamemahami fenomena tersebut maka diadakanlah pratikum mengenai vortex ini.

tersebut maka diadakanlah pratikum mengenai vortex ini.

1.2.

1.2. TTuujuanjuan

#dapun tujuan dari pelaksanaan pratikum ini adalah $ #dapun tujuan dari pelaksanaan pratikum ini adalah $ %.

%. MaMahahasisiss&a &a dadapapat t mmenenememukukan an bebentntuk uk prprofofil il pepermrmukukaaaan n ffluluiida da yyanangg mengalami vortex

mengalami vortex '.

'. MahasiMahasis&a ms&a mampu mampu mendapatendapatkan diskan distributribusi ke!si ke!epatan epatan pada frpada free voree vortex.tex.

1.3

1.3.. MaManfanfaatat

ratikum mengenai fenomena ini sangat bermanfaat sekali dalam memahami ratikum mengenai fenomena ini sangat bermanfaat sekali dalam memahami bahan

bahan yang yang telah telah dipelajari dipelajari dari dari bangku bangku perkuliahan. perkuliahan. emudian emudian kita kita akan akan dapatdapat membandingkan antara pusaran atau vortex yang ada se!ara teoretis dengan yang membandingkan antara pusaran atau vortex yang ada se!ara teoretis dengan yang se!

se!ara ara prapraktiktikumkum. . ememudiudian an yanyang g tak tak kalkalah ah penpentintingnya gnya adaladalah ah sebsebagai agai bahbahanan pengetahuan kita dalam meran!ang sebuah mesin-mesin fluida.

(2)

BAB II BAB II TINJAUAN PUSTAKA TINJAUAN PUSTAKA 2.1. !rte" 2.1. !rte"

*ortex merupakan pusaran yang diakibatkan karena adanya gaya rotasional *ortex merupakan pusaran yang diakibatkan karena adanya gaya rotasional dimana viskositas mempengaruhi didalamnya.

dimana viskositas mempengaruhi didalamnya.

+ontoh vortex adalah pusaran air ini disebabkan oleh air yang mengalir keluar dari +ontoh vortex adalah pusaran air ini disebabkan oleh air yang mengalir keluar dari seb

sebuah lubanuah lubang g ke!ike!il l di bagiadi bagian n ba&aba&ahh !ekungan!ekungan at atauau reservoir reservoir , dapat dilihat pada, dapat dilihat pada

gambar .%

#a$%ar &.1

#a$%ar &.1usaran air padausaran air pada reservoir reservoir ' '(())

2.2. Jen*+,jen*+ !rte" 2.2. Jen*+,jen*+ !rte" '.'.%. *ortex Bebas (

'.'.%. *ortex Bebas ( Free V Free Vorortex )tex )

*ortex bebas atau free vortex merupakan suatu fenomena pusaran suatu fluida *ortex bebas atau free vortex merupakan suatu fenomena pusaran suatu fluida

(3)

+ontohnya $

a.usaran air, seperti yang terlihat pada gambar .'

#a$%ar &.2 usaran air ²

b.angin tornado, seperti yang terlihat pada gambar .

#a$%ar &.3 #ngin tornado '()

'.'.'. *ortex aksa (for!e vortex)

*ortex paksa atau for!e vortex merupakan suatu fenomena pusaran suatu fluida yang disebabkan akibat adanya gaya pengaruh dari luar fluida tersebut.

(4)

a. ada sayap pesa&at terbang, seperti yang terlihat pada gambar .

#a$%ar &.& *ortex #liran "dara arena engaruh aluan '()

2.3. Pen-e%a% Terja*n-a !rte"

#da beberapa fa!tor yang menyebabkan terjadinya sebuah vortex, adapun penyebabnya adalah sebagai berikut $

• /nergi karena reaksi internal • Momentum partikel aliran fluida • 0aya luar

• 0ravitasi

• uas enampang • erbedaan tekanan • erbedaan temperature

ada fluida yang mengalami vortex maka dapat diambil momentum seluruh partikelnya. 1ilainya dapat dihitung sebagai berikut2

M 3 m .v. r imana r K v = sehingga M

=

m. K eterangan $ M 3 Momentum

(5)

ola aliran yang berupa aliran yang berputar melingkar dengan ke!epatan singgung yang menurun menurut %4r. Skema pola ini adalah dengan singularitas di titik asal, disini ke!epatannya sangat besar danφ sertaϕ keduanya tak terdefenisikan. ersaamaan Bernoulli sepanjang stream line pada permukaan fluida dapat dinyatakan sebagai berikut2 c z g v P

₊

₌

' ' γ

Sehingga akhirnya akan di dapatkan 2

z c c g r I K

₌

₋

. ' . . ' '

erubahan tekanan yang dialami partikel pada perubahan hargaθ adalah2

5 . .

=

θ δ δ _P γ δ δ ₌ ₋ ⇒ z P . . δ.  3 δ..d# 3 δ.m 6a ' . . . . . ω ρ ρ θ δ δ r a P ₌ ₋ ₌

ersamaan berakhir dan tekanan pada fluida statis menjelaskan bah&a  3(r,7) dengan kata lain bah&a  atau tekanan adalah fungsi dari r dan 7. 8ika tekanan dari persamaan di diferensialkan akan dapat diketahui $

dr r dR r P dz z P P . . . . . _' ρω γ δ δ δ δ δ

=

+

=

−

+

alau persamaan diatas di integralkan maka akan dapat didapatkan2

(

)

(

' %

)

' % ' ' % ' . . Z Z r P r r P P − = − = −γ − δ δ

8ika titik % diambil pada permukaan, kita akan mendapatkan % 3 atm dan pada saat

(6)

(

)













−

=

−













−

=

−













−

=

−

=

−

' ' ' ' ' ' % ' ' ' ' % ' ' ' ' % % ' ' ' ' % % ' % % % . ' % % % . ' % ' % r r K g P P r r K P P r r K P P r r P P atm atm atm atm γ γ ρ γ ρ ρ ω ω   engan $













−

=

+

=

' % ' ' ' % % ' % . . r r K g h h g P P _atm ρ eterangan $  3 :ekanan (a) ρ _{3 Massa jenis} _(g4m_²₎ r% 3 8ari-jari vortex % (m) r'3 jari-jari vortex ' (m) g 3 0ravitasi (m4s²) h 3 ketinggian air (m)

2.&. A/l*ka+* !rte" %. Mesin !u!i

usaran air yang ada pada saat mesin hidup menyebabkan !u!ian menjadi bersih.apat dilihat pada gambar .;

(7)

#a$%ar &.0. Mesin !u!i [_²]

2. Mesin vortex

ada artikel ini saya akan men!oba untuk mengulas bagaimana prinsip kerja piring terbang repulsion *iktor S!hauberger pada (%<=-%<;>) dan analisanya ini berdasarkan penelitian vortex S!hauberger (prinsip implosion) baik pada gambar,perangkat kerja nyata,makalah teknis dari ?enri +oanda (%==@-%<>') dan juga prinsip Bernouilli yang hasilnya bah&a $ piring terbang *iktor S!hauberger pada 8anuari tahun %<5 yaitu terdiri dari ' mesin vortex type # dan type B.apat dilihat pada gambar .@

#a$%ar &. Mesin vortex [_²]

. embangkit listrik

imana free vortex pada suatu &adah besar digunakan untuk memutar turbin yang akan memutar generator. apat dilihat pada gambar .>

#a$%ar &. embangkit listrik [_²]

(8)

usaran air yang ditimbulkan akan dapat men!ampurkan antara 7at satu dengan 7at lainnya. +ontohnya$ engaduk gula dan air seperti dapat dilihat pada gambar .=

#a$%ar &.. engaduk [²]

2.0. Te!r* Da+ar Alat Ukur

ada praktikum free vortex ini terdapat beberapa alat yang digunakan diantaranya

%. :abung vortex

:abung vortex merupakan tabung yang digunakan untuk melihat fenomena vortex yang terjadi pada fluda !air.:abung vortex dihubungkan dengan hydroulic benchada tabung vortex terdapat saluran masuk, saluran aliran lebih, katup yang berfungsi sebagai pengatur debit fluida, tempat dudukan orifis dan tempat untuk

(9)

#a$%ar &. 4 :abung *ortex '()

'. Measuring gauge

Measuring gauge merupakan alat ukur permukaan yang digunakan untuk mengukur diameter dari vortex."ntuk memperoleh hasil yang teliti, measuring gauge ini harus diletakkan pada posisi yang tepat, yakni pada pertengahan atau garis diameter dari tabung vortex dan harus tepat menyentuh bagian ujung dari diameter vortex.apat dilihat pada gambar .%5

#a$%ar &.15Measuring 0auge '()

. Arifis

Arifis adalah alat ukur fluida dimana konstruksi bagian dalamnya mengalami penyempitan penampang dan pada ujung keluaranorifis tersebut mengalami penge!ilan.onstruksi tersebut berguna pada pemberian perlakuan yang berbeda dari aliran fluida.?al ini bertujuan untuk mendapatkan karakteristik aliran fluida sebelum dan sesudah mengalami perlakuan penampang.ada orifis terdapat perbedaan luas penampang yaitu sebelum dan sesudah penyempitan.orifis dapat dilihat pada gambar

(10)

#a$%ar &.11 Arifis '()

BAB III

MET6D6L6#I PE786BAAN 3.1 #a$%ar Peralatan Per9!%aan

(11)

#a$%ar &.12 alat uji free vortex

eterangan $ %. enyangga '. ipa outlet . :abung *ortex

. ipa masuk sudut beloknya %;5

;. :empat kedudukan orifis @. #lat ukur permukaan >. atup

=. Autlet valve

<. Saluran aliran lebih

3.2 Alat Ukur

(12)

#a$%ar &.13 Measuring gauges

" #rifis

#a$%ar &.1&#rifis

3.3 A+u$+*,a+u$+*

%. 0esekan diabaikan '. #liran tunak

3.& Pr!+eur Per9!%aan

%. astikan kondisi alat dalam keadaan baik '. :empatkan apparatus diatas hydraulic bench . asang saluran apparatus ke hydraulic bench

. asang orifis pada saluran keluar yang berada di tengah tabung ;. ?idupkan pompa

@. #tur ketinggian air konstan pada ketinggian %@5 mm (x%)

>. "kur nilai jari-jari vortex yang terjadi pada ketinggian %@5 mm (%) dengan mengatur posisi alat ukurpermukaan tepat menyentuh permukaan air.

=. "kur jari jari vortex dengan variasi ketinggian

(13)

BAB I DATA &.1 Data Prat*ku$

Ta%el &.1?asil data perhitungan

(14)

D = 25.5 mm 160 36 10 25 160 36 20 19 160 36 30 15 160 36 40 11 D = 16,5 mm 160 21 10 11 160 21 20 9 160 21 30 8 160 21 40 7 D = 8 mm 160 15 10 6 160 15 20 5 160 15 30 160 15 40 &.2 8!nt!: Per:*tungan iameter orifis (d) %3 ';.; mm 3 5.5';; m '3 %@.; mm 3 5.5%@; m 3 = mm 5.55= m Menghitung jari-jari ' ' ' % B B B' % B r

−

=

' ' 5.5%; . 5.55@ r 5.5%; 5.55@

=

−

r 3 5.55@;,@;->m Menghitung nilai k

(

)

' ' '

k

'.g. h.r

k

.'.<,=%m4s.5.5%5 m. 5.55@;@;-> m

5.55'<m 4s

= ∆ = =

(15)

' r 5.55'< m 4s v 5.,,'<,; m4s 5.55@;,@;-> m

=

&.3 .Ta%el :a+*l /er:*tungan Ta%el &.2 :abel hasil perhitungan

Diameter sal. Keluar (mm) X1 (m) R1 (m) X2 (m) R2 (m) ΔX/ Δh (m) r (m) k (m2 /s) v (m/s) 0.160 0.036 0.150 0.025 0 0.010 0.03474411 0.01539 0.442945 0.140 0.019 0 0.020 0.02236919 0.014012 0.626418 25.5 0.130 0.015 0 0.030 0.01650057 0.012659 0.767203 0. 120 0.0 110 0.040 0. 01155251 0 .0102 34 0. 885889 0.160 0.021 0.150 0.0110 0.010 0.01291329 0.00572 0.442945 0.140 0.009 0 0.020 0.00996117 0.00624 0.626418 16.5 0.130 0.008 0 0.030 0.00865244 0.006638 0.767203 0.120 0.007 0 0.040 0.00742462 0.006577 0.885889 8 0.160 0.015 0.150 0.006 0 0.010 0 .00654654 0.0029 0.442945 0.140 0.005 0 0.020 0.0053033 0.003322 0.626418

(16)

(17)

0.01 0.01 0 0.01 0.01 0.02 0.02 D=8mm v(m/s)

(18)

ari per!obaan yang telah dilakukan kami mendapatkan grafik yang telah diperlihatkan pada halaman sebelumnya, yakni grafik yang menunjukkan hubungan antara ke!epatan dengan jari-jari vortex dan grafik yang menunjukkan hubungan antara kekuatan vortex dengan jari-jari vortex.ari perhitungan diketahui bah&a ke!epatan vortex men!apai tingkatan tertinggi pada jari-jari vortex yang terke!il.

"ntuk per!obaan dengan diameter orifis = mm, %@,; mm dan ';,; mm didapatkan bah&a ke!epatan semakin rendah jika jari-jari vortex besar. Sedangkan nilai k semakin rendah seiring dengan ke!ilnya diameter vortex.:etapi jika dibandingkan terhadap diameter orifis maka nilai k semakin besar sesuai dengan besarnya diameter orifis yang dipakai.

?al yang paling penting untuk diperhatikan adalah ke!epatan untuk aliran dengan ketinggian yang sama pada diameter orifis yang berbeda adalah sama. arena perbandingan untuk men!ari ke!epatan vortex adalah sama.

1ilai C%, C', % dan  ' unruk masing-masing diameter yang berbeda yaitu =

mm, %'.; mm, %@.; mm, dan ';.; mm memberikan hasil yang jauh berbeda. "ntuk nilai  terlihat pada hasil perhitungan bah&a pada diameter ''.; mm memberikan hasil yang terbesar jika dibandingkan dengan data yang lainnya. ?al ini disebabkan karen nilai ke!epatan dan  ( rata-rata) yang besar.

Denomena lain yang dapat diamati dalam pratikum ini adalah terlihat bah&a vortex yang dihasilkan adalah berbentuk spiral.kemudian juga dapat disimpulkan bah&a semakin besar diameter saluaran luar maka diameter vortex yang terbentukpun semakin besar pula. Selain pada air vortex juga dapat diamati pada pusaran angin misalnya pada angin tornado, atau badai gurun.*ortex banyak dimanfaatkan dalam peran!angan pesa&at terbang atau mobil, karena berhubungan juga dengan

keaerodinamisan kendaraan tersebut.

(19)

'.Berdasarkan persamaan _r pada teori objek, hubungan antara v berbanding

terbalik dengan r.

:etapi pada dasarnya hasil yang didapat pada paer!obaan yang dilakukan sudah mendekati nilai teoritisnya hanya saja terdapat perbedaan antara per!obaan dengan teoritis perbedaan terjadi karena pada saat dilakukannya praktikum (per!obaan) kesalahan yang terjadi yaitu kurang teliti dan kurang memahami pemasangan alat ukur.

:erlihat nilai k yang naik hal ini hasil yang didapatkanb !ukup memuaskan karena sesuai dengan nilai k teoritis.:ampak kenaikan k seiring kenaikan jari-jari (r).

"ntuk menghindari kesalahan yang fatal, praktikan harus teliti mengukur dan memba!a skala measuaring gage agar hasil yang didapatkan sesuai yang kita harapkan.

(20)

BAB  PENUTUP

0.1 Ke+*$/ulan

ari praktikum yang dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut %. Dree vortex dipengaruhi oleh ke!epatan dan luas penampang.

'. ada praktikum ini permukaan vortex yang dihasilkan berbentuk spiral.

. Besarnya diameter vortex yang terbentuk dipengaruhi oleh diameter saluran keluar.

. embesaran diameter keluar akan menyebabkan penurunan jari-jari vortex (r) dan kekuatan vortex () bertambah

;. Semakin besar luas penampang (diameter *ortex) maka ke!epatannya semakin !epat.

0.2 Saran

ari praktikum yang dilakukan dapat diambil saran sebagai berikut %. ahami teori dan prosedur pelaksanaan praktikum '. akukan per!obaan dengan teliti dan !ermat

(21)

A. TU#AS SEBELUM P7AKTIKUM

%. #pa yang dimaksud dengan *ortex E

*ortex adalah suatu fenomena dimana terjadinya pusaran pada fluida !air yang dapat terjadi karena reaksi internal dari fluida tersebut dan juga karena gangguan dari luar.

'. #pa perbedaan jenis free vortex dengan for!e vortex E

Dree vortex disebabkan oleh energi yang berasal dari sejumlah reaksi internal pada fluida tersebut. Sedangkan for!e vortex disebabkan oleh adanya gaya

dari luar fluida itu.

. 8elaskan faktor-faktor yang mempengaruhi vortex F • otasi Dluida

Dluida membentuk pusaran karena mengalami rotasi pada alirannya sehingga membentuk pusaran atau vortex

• erbedaan tekanan

erbedaan tekanan menyebabkan fluida !enderung bergerak ke tekanan yang lebih rendah sehingga fluida tersebut terus bergerak ke pusat pusarannya.

. enapa free vortex termasuk praktikum DM E

arena free vortex banyak kegunaannya dalam bidang ilmu teknik mesin, misalnya untuk membuat sebuah pembangkit daya listrik.