PERANCANGAN ALAT UJI GESEKAN ALIRAN DI DALAM SALURAN

ABSTRAK

PERANCANGAN ALAT UJI GESEKAN ALIRAN DI DALAM SALURAN

Oleh

Jhon Fiter Siregar

Jurusan Teknik Mesin merupakan salah satu jurusan yang terdapat di Fakultas Teknik Universitas Lampung, jurusan ini berdiri sejak tahun 1998 . Pelaksanaan proses pembelajaran yang dilakukan di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung sampai saat ini didukung oleh sepuluh laboratorium, salah satunya yaitu laboratorium Fenomena Dasar Mesin. Namun alat pengujian untuk melaksanakan Praktikum Fenomena Dasar Mesin masih sangat kurang. Hal ini diakibatkan oleh keterbatasan dana yang dimiliki oleh Universitas untuk penyediaan alat-alat praktikum di laboratorium. Maka untuk melengkapi kekurangan alat praktikum fenomena dasar mesin tersebut, dilakukan perancangan alat pengujian gesekan aliran di dalam saluran. Pada laporan ini diberikan rancang bangun dan analisa hasil pengujian alat uji gesekan aliran di dalam saluran, dimana penampang saluran yang digunakan yaitu: lingkaran, segitiga dan persegi empat dengan diameter hidrolik Dh≈1in. Hasil pengujian yang telah dilakukan menunjukan grafik hubungan antara faktor gesekan f dan bilangan Reynold Re yang dihasilkan mendekati dengan grafik yang ada pada diagram Moody. Dengan demikian hasil rancangan alat uji gesekan aliran di dalam saluran ini dapat digunakan untuk mendukung pelaksanaan Praktikum Fenomena Dasar Mesin di Jurusan Teknik Mesin, Universitas Lampung.

ABSTRACT

DESIGNING OF A FRICTION FLOW IN CHANNEL TESTING EQUIPMENT

By

Jhon Fiter Siregar

Mechanical Engineering Department, University of Lampung has been established since 1998 and implementation of the learning process at this Department supported by ten laboratories. one of the which is laboratory mechanical fundamental phenomenon. But testing equipment to laboratory work mechanical fundamental phonomena is still lacking. This is caused University funding is limited for the addition of equipments in the laboratory . So to complete the lack of equipment in mechanical fundamental phenomena, conducted design of testing equipment friction flow in channel. In this report, given the design and analysis of test results of testing equipment friction flow in channel, channel used are: circle, triangle, and square with hydraulic diameter Dh ≈ 1in. The results of testing that has been show the typical relationship between the friction factor f and the Reynolds number Re is close to the graph on Moody diagram in the text book fluid mechanics. This means, designing of friction flow in channel testing equipment can be used to support laboratory work of mechanical fundamental phenomena in the Mechanical Department Engineering, University of Lampung.

PERANCANGAN ALAT UJI GESEKAN ALIRAN di DALAM SALURAN (Skripsi)

OLEH :

JHON FITER SIREGAR

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

PERANCANGAN ALAT UJI GESEKAN ALIRAN DI DALAM SALURAN

Oleh

JHON FITER SIREGAR

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

Judul Tugas Akhir : PERANCANGAN ALAT UJI GESEKAN ALIRAN DI DALAM SALURAN

Nama Mahasiswa : Jhon Fiter Siregar Nomor Pokok Mahasiswa : 0715021062

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing

Jorfri Boike Sinaga, S.T, M.T Agus Sugiri , S.T, M.Eng NIP. 197101271998031004 NIP. 197008041998031003

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua : Jorfri B. Sinaga,S.T., M.T. ...

Anggota : Agus Sugiri , S.T., M.Eng. ...

Penguji Utama : M. Dyan Susila E. S, S.T., M.Eng. ...

2. Dekan Fakultas Teknik

Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A. NIP 19650510 199303 2 008

PERNYATAAN PENULIS

Tugas akhir ini dibuat sendiri oleh penulis dan bukan hasil plagiat sebagaimana diatur dalam Pasal 27 Peraturan Akademik Universitas Lampung dengan Surat Keputusan Rektor No. 3187/H26/DT/2010

Yang Membuat Pernyataan

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal 14 Juli 1988, sebagai anak keempat dari empat bersaudara, dari pasangan K.Siregar dan S. Hutagalung.

Pendidikan di Taman Kanak-kanak (TK) Immanuel Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 1995, Pendidikan di Sekolah Dasar Immanuel Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2001, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Immanuel Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2004, Sekolah Menengah Umum Negeri 4 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2007 dan pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB).

Penulis melakukan kerja Praktik di PT. Dirgantara Indonesia, Bandung Pada bulan Januari sampai Februari 2011 dengan judul ” Analisis Kecepatan Blash

Wheel Pada Mesin Shot Peening Spencer And Halstead 16 X 11kw”.

Motto

Kutak akan menyerah

pada apapun juga

sebelum kucoba semua yang kubisa

tetapi kuberserah kepada kehendakMu

hatiku percaya Tuhan punya rencana

Jagalah hatimu dalam segala kewaspadaan karena dari situlah

terpancar kehidupan (Amsal 4:23)

hidup bukanlah tentang menemukan siapa dirimu

hidup adalah tentang membentuk siapa dirimu

di atas awan masih ada awan.. jangan pernah menganggap dirimu

nomor 1..tetapi berusahalah menjadi yang Pertama...

Hidup adalah Proses

Hidup adalah Belajar

Tak ada batas umur

Tak ada kata tua

Jatuh berdiri lagi

Kalah coba lagi

Gagal bangkit lagi

PERSEMBAHAN

Aku tak tau apa yang harus kuLakukan tanpa dia

Dia yang seLaLu mengerti aku

Dia yang tak pernah Letih menasehatiku

Dia yang seLaLu menemani

DiaLah Ibu

Orang yang seLaLu menjagaku

Tanpa dia aku merasa hampa hidup di dunia ini

Tanpanya aku bukanlah apa-apa

Aku hanya seorang manusia Lemah

Yang membutuhkan kekuatan

Kekuatan cinta kasih dari ibu

Kekuatan yang Lebih dari apapun

Engkau sangat berharga bagiku

WaLaupun engkau seLaLu memarahiku

Aku tau

Itu bentuk perhatian dari mu

Itu menandakan kau peduLi denganku

BerikanLah kesehatan pada ibuku

PanjangkanLah umurnya

Aku ingin membahagiakannya

SebeLum aku atau dia tiada

Terimakasih Ibu

SANWACANA

“Only JESUS in my life forever”. Segala puji dan syukur tidak lupa penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus sebagai Juruselamat yang Hidup, karena berkat, kasih, dan karunia yang Tuhan anugerahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Perancangan Alat Uji Gesekan Aliran di Dalam Saluran”.

Penulis menyadari betapa besar bantuan dan dukungan dari semua pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Orang-tuaku yang selalu memberikan semangat, dukungan doa, dan nasihatnya, juga kepada abang-abangku yang selalu menyertakan aku dalam setiap doanya.

2. Ibu Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

3. Bapak Harmen Burhanuddin, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

4. Bapak Asnawi Lubis, S.T., M.T., Ph.D., selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin.

6. Bapak Agus Sugiri, S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing II Tugas Akhir yang telah memberikan petunjuk dan bimbingan dalam penyusunan laporan ini

7. Bapak M. Dyan Susila, S.T., M.Eng, selaku dosen pembahas Tugas Akhir saya yang juga telah membantu, mengarahkan dan membimbing sehingga Laporan Tugas Akhir saya dapat diselesaikan.

8. Adelina Silvia Sianturi yang terus mengingatkan, memberikan support dan semangat, juga mendoakan sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

9. Teman-teman seperjuangan, Hendy Arifin dan Awang Situmorang, yang sama-sama melaksanakan Tugas Akhir di Lab. Mekanika Fluida

10. Seluruh Sahabat-sahabat pelayanan di FKMK-FT, baik Pengurus, Mantan Pengurus dan Anggota atas dukungan doa dan moral sehingga laporan ini dapat terselesaikan.

11. Seluruh rekan-rekan mahasiswa di Teknik Mesin Unila terutama angkatan 07 yang telah memberikan dukungan. “Solidarity Forever”.

12. Semua pihak yang terlibat dalam proses pelaksanaan tugas akhir, pengerjaan laporan tugas akhir dan seminar tugas akhir saya yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Akhir kata, dengan segala kerendahan hati semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan untuk kemajuan Teknik Mesin UNILA serta bagi pembaca untuk dapat menambah ilmu pengetahuan dan wawasan kita semua.

Penulis berharap laporan kerja praktik ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.

Bandar Lampung, Desember 2012

Penulis,

i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL... iv

DAFTAR GAMBAR ... v

I.PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1

B. Tujuan ... 3

C. Batasan Masalah... 4

D. Sistematika Penulisan... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Definisi Fluida... 6

B. Sifat-Sifat Fluida…………... 7

C. Saluran Tak Bundar... 10

D. Aliran Fluida………... 12

E. Persamaan Bernaulli………... 14

F. Tekanan Statik, Tekanan Stagnasi dan Tekanan Dinamik... 15

G. Kerugian Tekanan Aliran Dalam Saluran (Head Loss) ……... 16

H. Koefisien Gesek………... 18

ii

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat pembuatan... 24

B. Rancangan Alat Uji Gesekan Aliran di Dalam Saluran... 24

C. Alat-alat yang digunakan... 28

D. Pengujian Rancangan Alat Uji Gesekan di Dalam Saluran... 30

E. Prosedur Pengambilan Data... 30

F. Pengolahan Data... 32

G. Diagram Alir Pelaksanaan Tugas Akhir... 33

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pengujian Alat Uji Gesekan Aliran di Dalam Saluran... 34

B. Pembahasan Hasil Pengujian Alat Uji Gesekan di Dalam Saluran 42

V. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan ... 43

B. Saran….. ... 44

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Kontinuitas... 9

2. Penampang diameter hidrolik (Dh)……... 11

3. Aliran Laminar ...…... 13

4. Aliran Transisi ………... 13

5. Aliran Turbulen ………... 14

6. Persamaan Bernoulli ………... 14

7. Pengukuran Tekanan... 15

8. Diagram Moody ………... 19

9. Tabung Piezometer ...……... 21

10. Manometer Tabung-U ...…………... 22

11. Manometer Tabung Miring ...……… 23

12. Rancangan Alat Uji Gesek Aliran di Dalam Saluran ...………... 25

13. Pompa Sentrifugal...………... 28

14. Alat ukur laju aliran...……… 30

15. Dimmer ...……….. 30

16. Manometer tabung U... 31

vi

18. Hasil Perancangan Alat Uji Gesekan di Dalam Saluran ...……. 34 19. Grafik hubungan antara bilangan Reynold (Re) dan faktor gesekan

(f) pada Saluran Segitiga …...…... 39 20. Grafik hubungan antara bilangan Reynold (Re) dan faktor gesekan

(f) pada Saluran Lingkaran …... 39 21. Grafik hubungan antara bilangan Reynold (Re) dan faktor gesekan

iii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Nilai Kekasaran Bahan... 20

2. Contoh tabel pengambilan data hasil pengujian perancangan alat uji gesekan aliran didalam saluran... 31

3. Data Hasil Pengamatan... 36

4. a. Data Hasil Pengujian Saluran Segitiga... 36

b. Data Hasil Pengujian Saluran Lingkaran... 37

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Jurusan Teknik Mesin adalah salah satu jurusan yang terdapat di Fakultas Teknik Universitas Lampung. Jurusan ini berdiri sejak tahun 1998 dengan adanya bantuan dana dari EEDP dan HEDS-Project. Bantuan berupa pengembangan sumber daya manusia, laboratorium, bangunan fisik serta fasilitas pembelajaran dan kantor. Tujuan pendirian Jurusan Teknik Mesin ini adalah:

1. Menghasilkan lulusan yang memiliki pola berpikir wajar, logis, dan rasional dengan bekal pengetahuan dasar Teknik Mesin untuk dapat menganalisis dan mensintesis karakteristik mesin.

2. Menghasilkan lulusan yang memiliki kemampuan dalam menciptakan solusi baru, mengadopsi solusi lama, dan memakai pengetahuan yang diperoleh dalam ilmu konversi energi, perancangan dan konstruksi, material dan manufacture.

2

sarana dan prasarana untuk mendukung proses pembelajaran diantaranya adalah peralatan laboratorium.

Pelaksanaan proses pembelajaran yang dilakukan di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung sampai saat ini didukung oleh sepuluh laboratorium yaitu: Laboratorium CNC, Laboratorium Drafting, Laboratorium Teknologi Mekanik, Laboratorium Fenomena Dasar Mesin, Laboratorium Komputer, Laboratorium Motor Bakar, Laboratorium Material, Laboratorium Meaknika Fluida, Laboratorium Metrologi Industri, dan Laboratorium Termodinamika. Laboratorium-laboratorium ini digunakan sebagai sarana penelitian bagi para dosen dan mahasiswa serta untuk pelaksanaan mata kuliah praktikum yang ada di kurikulum Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Lampung. Salah satu mata kuliah praktikum yang ada di kurikulum Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung adalah praktikum fenomena dasar mesin.

3

gesekan aliran di dalam saluran. Rancang bangun alat ini juga merupakan lanjutan dari pembuatan model alat uji gesekan aliran di dalam pipa yang ada sebelumnya (Situmorang, 2011), dimana pembuatan model alat uji gesekan aliran di dalam pipa ini sangat mudah dilakukan dan harganya relatif murah. Hal ini dapat dilihat dari alat-alat yang digunakan untuk pembuatan mudah di jumpai di bengkel- bengkel serta komponen-komponen yang digunakan mudah di dapat di pasaran dan hasil pengujian model alat uji gesekan aliran didalam pipa juga telah diberikan oleh Kurniawan (2011). Dari data hasil pengujian yang dilakukan pada alat uji gesekan aliran tersebut belum dapat menunjukan pengaruh bentuk penampang terhadap gesekan aliran. Maka penulis ingin merancang alat uji gesekan aliran dengan berbagai bentuk penampang saluran seperti: lingkaran, segitiga, dan persegi empat supaya dapat diketahui pengaruh bentuk penampang terhadap gesekan aliran di dalam saluran. Rancang bangun alat ini juga merupakan lanjutan kegiatan pengadaan alat-alat praktikum yang telah dilakukan sebelumnya di Laboratorium Mekanika Fluida, Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, seperti pembuatan alat pengujian pompa hydram (Sinaga, 2009) dan turbin air (Sinaga, 2010).

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah

4

2. Melakukan pengujian dan menganalisa data hasil pengujian pada alat uji gesekan aliran sebelum digunakan untuk praktikum fenomena dasar mesin.

C. Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang digunakan oleh peneliti pada perancangan alat uji gesekan aliran di dalam saluran adalah sebagai berikut:

1. Alat ukur yang digunakan adalah manometer tabung-U untuk mengukur tekanan yang terjadi di dalam saluran.

2. Penampang saluran alat uji gesekan aliran yang digunakan adalah lingkaran, segitiga dan persegi empat.

3. Bahan yang digunakan untuk penampang saluran menggunakan bahan yang terdapat di toko material atau yang sering di jumpai di pasaran. 4. Diameter saluran yang digunakan sebesar Dh≈1in.

D. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada laporan ini adalah sebagai berikut : I. PENDAHULUAN

Berisikan latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan dari penelitian ini.

II. TINJAUAN PUSTAKA

5

III. METODE PENELITIAN

Berisi tentang langkah-langkah yang dilakukan untuk melakukan perancangan alat uji gesekan dalam pipa, pengambilan data untuk pembahasan serta alat ukur yang digunakan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh V. SIMPULAN DAN SARAN

Hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin disampaikan dari penelitian ini.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Definisi Fluida

Aliran fluida atau zat cair (termasuk uap air dan gas) dibedakan dari benda padat karena kemampuannya untuk mengalir. Fluida lebih mudah mengalir karena ikatan molekul dalam fluida jauh lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat, akibatnya fluida mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk karena gesekan. Zat padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap, sekalipun suatu gaya yang besar diberikan pada zat padat tersebut, zat padat tidak mudah berubah bentuk maupun volumenya, sedangkan zat cair dan gas, zat cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap, zat cair mengikuti bentuk wadahnya dan volumenya dapat diubah hanya jika diberikan padanya gaya yang sangat besar.

7

B. Sifat-Sifat Fluida

Untuk mengerti aliran fluida maka harus mengetahui beberapa sifat dasar fluida. Adapun sifat – sifat dasar fluida yaitu: kerapatan (density) ρ, (specific gravity) (s.g), tekanan (pressure) P, kekentalan (viscosity) µ.

1. Kerapatan (Density)

Kerapatan (density) ρ suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan dinyatakan dalam massa per satuan volume. Sifat ini ditentukan dengan cara menghitung perbandingan massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut.

(1)

Dimana: = volume fluida (m3) m = massa fluida (kg)

ρ = rapat massa (kg/m3)

Volume jenis (v) adalah volume yang ditempati oleh sebuah satuan massa zat dan karena itu merupakan kebalikan dari kerapatan:

(2)

berat jenis γ adalah gaya gravitasi terhadap massa yang terkandung dalam sebuah satuan volume zat, maka:

γ = ρ.g (3)

Dimana: ρ = rapat massa (kg/m3)

8

Spesific grafity (s.g) adalah sifat yang digunakan untuk memperbandingkan

kerapatan suatu zat dengan kerapatan air. Karena kerapatan semua zat cair bergantung pada temperatur serta tekanan, maka temperatur zat cair yang dipertanyakan, serta temperatur air yang dijadikan acuan, harus dinyatakan untuk mendapatkan harga-harga gravitasi jenis yang tepat(Olson, 1990).

(4)

Dimana: s.g = spesifik grafity

ρ = rapat massa (kg/m3) = kerapatan air (kg/m3)

2. Laju Aliran Massa

Laju aliran massa yang mengalir dapat diketahui dengan persamaan dibawah ini:

(5)

Dimana: ṁ = laju aliran massa (kg/s)

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

v = volume jenis (m3/kg) A = luas penampang pipa (m2)

Laju aliran adalah volume fluida yang dikeluarkan tiap detiknya. Laju aliran dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut:

9

Dimana: Q = debit aliran (m3/s) V = kecepatan aliran (m/s)

A = Luas Penampang (m2) D = diameter pipa (m)

laju aliran melalui A1 dan A2 harus sama, dengan demikian:

ρ1 . A1 . V1 = ρ2 . A2 . V2

disebut persamaan kontinuitas. Jika ρ1 = ρ2, maka persamaan kontinuitas menjadi:

A1 . V1 = A2 . V2 (7)

Gambar 1. Kontinuitas.

3. Viskositas

10

a. Viskositas dinamik atau viskositas mutlak atau absolute viscosity. Viskositas dinamik adalah sifat fluida yang menghubungkan tegangan geser dengan gerakan fluida. Viskositas dinamik tampaknya sama dengan ratio tegangan geser terhadap gradien kecepatan.

(8)

Dimana: µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

τ = tegangan geser (N/m2 )

= gradien kecepatan ((m/s)/m)

b. Viskositas kinematik

Viskositas kinematik adalah perbandingan antara viskositas dinamik dengan kerapatan fluida.

(9)

Dimana: υ = viskositas kinematik (m2/s) µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

ρ = kerapatan fluida (kg/m3 )

C. SALURAN TAK BUNDAR

[image:30.595.188.433.86.301.2]

11

Gambar 2. Penampang diameter hidrolik, Dh (Fauzan,2008).

Tanpa mempedulikan bentuk penampangnya, digunakanlah pendekatan diameter hidrolik untuk mengetahui diameter penampang selain bundar. Diameter hidrolik adalah empat kali rasio dari luas penampang aliran dibagi dengan keliling terbasahi (P) dari pipa. Diameter hidrolik mewakili suatu panjang karakteristik yang mendefinisikan ukuran sebuah penampang dari bentuk yang ditentukan. Faktor 4 ditambahkan dalam definisi Dh. Sehingga diameter hidrolik pipa berpenampang persegi sama dengan diameter pipa berpenampang bundar. Diameter hidrolik dapat didefinisikan sebagai (Fox dan Mc. Donald,1995):

Dh =

=

=

D (m) (10)

Dimana:

Dh = diameter hidrolik D = diameter

12

D. Aliran Fluida

1. Klasifikasi aliran

Secara garis besar jenis aliran dapat dibedakan atau dikelompokkan sebagai berikut (Olson, 1990):

a) Aliran Tunak (steady)

Suatu aliran dimana kecepatannya tidak terpengaruh oleh perubahan waktu sehingga kecepatan konstan pada setiap titik (tidak mempunyai percepatan).

b) Aliran Tidak Tunak (unsteady)

Suatu aliran dimana terjadi perubahan kecepatan terhadap waktu.

2. Tipe-tipe aliran

Bilangan Reynolds merupakan bilangan yang tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran dinamakan laminer, transisi dan turbulen.

(11)

Dimana: V = kecepatan fluida (m/s)

D = diameter dalam pipa (m)

ρ = rapat massa fluida (kg/m3)

13

a) Aliran Laminar

[image:32.595.220.406.225.323.2]

Aliran laminar didefinisikan sebagai aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan–lapisan atau lamina–lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Aliran laminar ini mempunyai nilai bilangan Reynoldsnya kurang dari 2300 (Re < 2300).

Gambar 3. Aliran Laminar

b) Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran turbulen. Keadaan peralihan ini tergantung pada viskositas fluida, kecepatan dan lain-lain yang menyangkut geometri aliran dimana nilai bilangan Reynoldsnya antara 2300 sampai dengan 4000 (2300<Re<4000) .

Gambar 4. Aliran Transisi c) Aliran Turbulen

[image:32.595.210.411.506.619.2]

14

[image:33.595.219.407.167.281.2]

mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dimana nilai bilangan Renoldsnya lebih besar dari 4000 (Re>4000).

Gambar 5. Aliran Turbulen.

E. Persamaan Bernoulli

Persamaan Bernouli ideal adalah alirannya konstan sepanjang lintasan dan mengabaikan segala kerugian yang terjadi dalam lintasan fluida.

gz + + = konstan

Gambar 7. Persamaan Bernoulli

Persamaan untuk dua titik pada suatu garis aliran adalah:

P1+ .ρ. +ρ.g h1=P2+ .ρ. +ρ.g.h2+hL (13)

[image:33.595.195.421.440.546.2]

15

F. Tekanan Statik, Tekanan Stagnasi dan Tekanan Dinamik

Tekanan statik atau tekanan thermodinamika pada persamaan Bernoulli adalah tekanan fluida yang diukur oleh alat yang bergerak bersama dengan fluida. Kondisi ini sangat sulit diwujudkan, namun dengan kenyataan bahwa tidak ada variasi tekanan pada arah penampang tegak lurus aliran, maka tekanan statik dapat diukur dengan membuat lubang kecil pada dinding aliran sedemikian rupa sehingga sumbunya tegak lurus dinding aliran (wall pressure tap). Cara lain adalah dengan memasang probe atau tabung pitot pada aliran

[image:34.595.142.498.370.499.2]

fluida jauh dari dinding aliran Gambar 6. Pengukuran tekanan statis dilakukan oleh lubang kecil di bagian bawah dinding tabung.

Gambar 6. Pengukuran tekanan. (A). Tekanan dinamik,(B) Tekanan statik. (Fox dan Mc. Donald,1995)

16

kondisi tanpa perubahan ketinggian. Jika P adalah tekanan statik pada penampang dengan kecepatan fluida adalah V dan Po adalah tekanan stagnasi dimana kecepatan stagnasi aliran fluida Vo adalah 0, maka dapat dihitung :

(12)

Suku kedua, ρ V2/2 adalah tekanan dinamik yaitu tekanan akibat kecepatan fluida, yakni selisih antara tekanan statik dengan tekanan stagnasi. maka pengukuran tekanan statis dan tekanan stagnasi dengan tabung pitot dapat juga sekaligus mengukur tekanan dinamisnya. Penerapan yang lain dari persamaan ini adalah perubahan tekanan dinamis menjadi kecepatan fluida dengan kondisi aliran tak mampu mampat. Dengan demikian tabung pitot dapat juga dipergunakan sebagai alat ukur kapasitas aliran.

G. Kerugian Tekanan Aliran Dalam Pipa (Head Loss)

Head loss (HL) merupakan suatu kerugian yang dialami aliran fluida selama

mengalir dimana kerugian itu tergantung pada geometri penampang saluran dan parameter-parameter fluida serta aliran itu sendiri. Kerugian tinggi tekan (head loss) dapat dibedakan atas kerugian gesekan dalam saluran (major loss) dan (minor loses).

1. Kerugian Mayor (mayor losses)

17

(14)

Dimana: hL = kerugian gesek dalam pipa (m)

f = Faktor gesekan

L = jarak pressure tube (m)

D = diameter dalam pipa (m)

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

2. Kerugian Minor (minor losses)

Merupakan kerugian yang akan terjadi apabila ukuran saluran, bentuk penampang atau aliran berubah. Secara umum kerugian ini dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(15)

Dimana: hL = kerugian gesek dalam pipa (m) k = koefisien kerugian

L = panjang (m)

18

H. Koefisiensi Gesek (f)

Parameter kekasaran pipa sering dipresentasikan sebagai faktor gesekan

(friction factor). Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena didistribusi kecepatan pada aliran laminar dan aliran turbulen berbeda. Untuk rumus koefisiensi geseknya ditinjau dengan persamaan:

(16)

Dimana :

koefisien gesek

∆ = beda tekanan pada aliran masuk dan keluar (Pa)

D = diameter pipa (m)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

berat jenis air (N/m3)

L = panjang (m)

[image:38.595.113.511.95.402.2]

19

Gambar 8. Diagram Moody (Fox dan Mc. Donald,1995)

[image:39.595.144.412.117.272.2]

20

Tabel 1. Nilai Kekasaran Bahan

I. Manometer

Sebuah teknik standar untuk mengukur tekanan melibatkan penggunaan kolom cairan dalam tabung-tabung tegak atau miring. Alat pengukur tekanan ini disebut manometer. Barometer air raksa adalah sebuh contoh manometer, namun masih banyak konfigurasi lain yang mungkin, tergantung pada penerapan tertentu. Ada tiga jenis manometer yang umum dipakai, yaitu:

1. Tabung Piezometer

Manometer tabung piezometer adalah manometer yang paling sederhana, terdiri dari sebuah tabung tegak yang terbuka dibagian atasnya dan dihubungkan dengan bejana yang ingin diketaui tekanannya. Karna manometer ini melibatkan kolom-kolom fluida dalam keadaan diam, persamaan dasar yang menggambarkan penggunaanya adalah:

[image:40.595.246.389.82.221.2]

21

Gambar 9. Tabung Piezometer (Munson, 2003).

Perlu diingat bahwa dalam sebuah fluida diam, tekanan akan meningkat saat bergerak kebawah dan tekanan berkurang saat bergerak keatas. Pada tabung piezometer tekanan PA dapat ditentukan dengan pengaruh h1 melalui hubungan:

P

A

= γ

1

h

1 (18)

dimana γ1 berat jenis dari zat cair didalam bejana. Perlu dicatat bahwa tabung terbuka pada bagian atas, tekanan P0 = 0 dengan menggunakan h1 diukur dari meniskus dipermukaan atas sampai titik 1, karena titik 1 dan titik A didalam bejana berada pada ketinggian yang sama, PA = P1.

22

2. Manometer Tabung –U

Kelebihan utama dari manometer tabung-U didasari kenyataan bahwa fluida pengukur dapat berbeda dari fluida didalam bejana dimana tekanan akan ditentukan. Tekanan aliran masuk dan keluar pada alat manometer air raksa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Fox dan Mc. Donald, 1995):

[image:41.595.201.433.250.479.2]

P

=

P

udara

-

(γ

air

.h

1

) + γ

raksa

.

h

2 (19)

Gambar 10. Manometer Tabung-U Dimana : h1, h2, = Ketinggian Manometer Air Raksa (m)

γ

raksa = Berat Jenis Air Raksa (N/m3)

3. Manometer Tabung Miring

Manometer ini digunakan untuk mengukur perubahan tekanan yang kecil, sejenis manometer yang ditunjukan pada gambar 7 sering digunakan. Satu kaki manometer dimiringkan pada sudut θ, dan l2 diukur sepanjang tabung miring. Perbedaan tekanan PA - PB dapat dinyatakan sebagai:

γair

γraksa

Pudara

23

PA+ γ1h1–γ2l2 sin θ-γ3h3 = PB Atau

PA - PB= γ2 l2 sin θ+ γ3h3–γ1h1 (20)

Dimana perlu dicatat bahwa perbedaan tekanan antar titik-titik tersebut, yang dapat dinyatakan sebagai l2 sin θ. Jadi, untuk untuk sudut yang relatif kecil, bacaan perbedaan sepanjang tabung miring dapat menjadi besar meskipun hanya ada perbedaan tekanan yang kecil. Manometer tabung miring sering digunakan untuk mengukur perbedaan-perbedaan kecil pada tekanan gas, sehingga pipa-pipa A dan B berisi gas, dan

PA - PB = γ2 l2 sin θ

Atau (21)

L

2

=

[image:42.595.221.461.336.527.2]

Gambar 11. Manometer Tabung Miring(Munson, 2003)

44

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Setelah melakukan pengujian dan menganalisa data, maka diperoleh beberapa kesimpulan yaitu:

1. Semakin besar bilangan Reynold Re maka semakin kecil koefisien gesek f yang terjadi.

2. Koefisien gesek yang terjadi pada aliran didalam saluran dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan jenis bahan saluran dimana pada saluran lingkaran dengan bahan galvanis lebih besar dibandingkan dengan saluran segitiga dan persegi empat dengan bahan besi tempa.

3. Untuk diameter hidrolik Dh yang sama, pengaruh bentuk penampang tidak terlalu berpengaruh terhadap besar kecilnya faktor gesekan yang dihasilkan.

44

B. Saran

Berdasarkan analisa dan pembahasan hasil pengujian yang dilakukan, beberapa saran yang dapat diberikan sebagai wacana untuk memperluas kajian tentang perancangan alat uji gesekan aliran di dalam saluran in untuk pengetahuan lebih lanjut antara lain:

1. Dalam pengujian dibutuhkan ketelitian dalam membaca alat ukur agar didapatkan hasil pengujian yang akurat sebaiknya menggunakan alat ukur digital, seperti flow meter.

2. Perancangan alat uji gesekan aliran didalam saluran yang dibuat sebaiknya menggunakan pompa yang dayanya lebih besar untuk mendapatkan debit aliran yang lebih besar, supaya didapat hubungan antara bilangan Reynold dengan faktor gesekan yang lebih banyak.

DAFTAR PUSTAKA

Fauzan, A.2008. Analisis Faktor Gesek Pada Pipa Akrilik Dengan Pendekatan Metode Eksperimental, Empiris dan Simulasi CFD. Skripsi Teknik Mesin. Universitas Indonesia.

Fox, R.W, And Mc Donald, A.T. 1995. Introduction To Fluid Mechanics. Penerbit John Wiley. New York.

Kurniawan, I., 2011. Pengujian Model Alat Uji Gesekan Aliran di Dalam Pipa. Proyek Akhir Diploma Teknik Mesin.Universitas Lampung.

Munson, B.R., Young, D. F. And Okiishi, T. H. 2003. Mekanika Fluida. Penerbit Erlangga. Jakarta.

Olson, R. M. and Wright, S. J. 1990. Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik. Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.

Sinaga, J. B., 2009. Perancangan Alat Pengujian Pompa Tanpa Motor (Hydram Pump) untuk Mendukung Pelaksanaan Praktikum Prestasi Mesin di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, Dalam: Prosiding Seminar Hasil Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Universtas Lampung.

Sinaga, J. B., 2010., Perancangan Alat Pengujian Model Turbin Air Aliran Silang (Cross Flow) untuk Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), Dalam: Prosiding Seminar Nasional Ritektra 2010, Jakarta.