LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA
MATERI
GESEKAN ALIRAN MELALUI PIPA (BERDASARKAN PANJANG PIPA)
Disusun oleh:
NAMA : ALODIA HIRA KLORINDA BERU GINTING NIM : 225100200111032
KELOMPOK : BE2
HARI, TANGGAL : RABU, 14 SEPTEMBER 2023 ASISTEN :
ADAM SETIA HALIM PUTRI FADHILA RAHMAN MUHAMMAD RAFIF AHNAN SYAFIRA AYU MUSTIKA JIHAN SHAFA SALSABILA F. M. NAOKO EKA PRAMESTI
MUHAMMAD IHSAN ADITIA PUTRA WARDANI
MUHAMMAD RAFI GABY SABRINA PUTRI MUGHNI
LABORATORIUM TEKNIK SUMBERDAYA ALAM DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG
2023
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Fluida merupakan sesuatu yang dapat mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang rendah atau menyesuaikan bentuk wadahnya. Proses pengalirannya sendiri membutuhkan suatu sarana atau saluran, contohnya yaitu pipa. Pipa itu sendiri dikatakan merupakan alat transportasi paling tua. Seiring dengan waktu perkembangan transportasi dengan pipa ini semakin berkembang sehingga semakin memudahkan manusia untuk mentransportasikan fluida (Panthi, 2013).
Fluida yang mengalir melalui pipa tentu akan mengalami gesekan aliran. Gesekan aliran adalah suatu hambatan yang membuat aliran air dalam pipa menjadi lebih lambat atau mengurangi energi yang diberikan kepada fluida tersebut. Jika suatu fluida yang mengalir dalam pipa mengalami gesekan aliran maka energi yang menggerakkan fluida tersebut akan berkurang serta tekanannya akan berkurang juga. Penyebab dari gesekan fluida adalah viskositas fluida dan juga kekasaran pipa (Patel et al., 2019).
Peran fluida sangat berpengaruh pada kehidupan manusia sehari-hari. Fluida pada kehidupan sehari-hari dapat menjadi alat penunjang untuk mempermudah aktifitas dan juga untuk sirkulasi cairan tubuh manusia itu sendiri. Kemudian fluida juga sering digunakan pada bidang iindustri untuk membantu tranportasi hidrolik. Dan sama halnya juga pada industri kimia kemudian perminyakan dan juga PDAM (Sarjito et al, 2016).
1.2 Tujuan Praktikum
a. Mahasiswa mampu mengidentifikasi karakteristik aliran laminar dan aliran turbulen.
b. Mahasiswa mampu menganalisis besarnya kehilangan head karena gesekan aliran pada dinding dalam pipa
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Gesekan Aliran
Gesekan aliran merupakan hambatan yang dapat memperlambat aliran air dalam pipa atau mengurangi energi yang dihasilkan dari fluida. Air yang mengalir dalam suatu pipa tentu tidak selalu mengalir sesuai dengan teori yang ada, namun air dapat mengalami beberapa hambatan saat mengalir dalam pipa. Pada saat air mengalir didalam pipa, terbentuk suatu energi yang berkontribusi dalam menggerakan aliran air dalam pipa tersebut. Selain itu energi juga berperan dalam memindahkan fluida dari suatu ke tempat ke tempat lainnya menggunakan pipa sebagai medianya. Akan tetapi, energi bisa saja berkurang dalam proses penggerakan maupun pemindahan fluida dan berkurangnya energi disebabkan oleh gesekan aliran (Patel et al., 2019).
Apabila gesekan aliran terjadi maka akan menyebabkan pengurangan (head loss) yang diakibatkan kehilangan tekanan. Head loss ialah peristiwa ketika suatu aliran fluida kehilangan energi di dalam pipa dengan panjang tertentu. Selain gesekan fluida dengan pipa, tinggi, tikungan, juga diameter pipa serta kecepatan aliran fluida mempengaruhi head loss. Gesekan saat mengalir di dalam pipa adalah terminologi yang agak rumit. Gesekan biasanya tergantung pada berbagai faktor seperti viskositas, bilangan Reynolds, kekasaran dan jenis aliran. Karena bertindak melawan aliran fluida, hal ini menyebabkan hilangnya energi dalam pipa (Panthi, 2013).
2.2 Faktor yang Mempengaruhi Gesekan Aliran
Dengan adaya hambatan pada aliran fluida maka akan mempengaruhi pola dan kecepatan suatu aliran tersebut. Gesekan aliran merupakan suatu jenis hambatan yang terjadi pada aliran fluida. Hambatan tersebut dapat merubah pola dan juga kecepatan aliran air. Selain itu, gesekan aliran juga dapat mengurangi energi dan juga tekanan pada fluida dalam pipa yang dipindahkan.
Gesekan aliran dapat disebabkan oleh beberapa faktor seperti tingkat kekasaran dari pipa tempat fluida tersebut mengalir. Kekasaran penampang akan berpengaruh terhadap laju aliran fluida.semakin tinggi kekasaran penampang, maka sebakin besar nilai koefisien gaya geseknya Faktor tersebut dapat menyebabkan penurunan energi dan membuat aliran fluida menjadi lebih lambat (Patel et al., 2019).
Faktor yang mempengaruhi gesekan aliran berikutnya ialah vaskositas. Dimana Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan dalam fluida. Semakin besar viskositas fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir. Pengaruh viskositas juga menunjukan semakin sulit suatu benda bergerak dalam fluida tersebut (Lumbantoruan et al., 2016).
Gesekan air yang terjadi pada pipa juga dapat dipengaruhi oleh faktor fitting (penyambung antar pipa) dan valve (pengendali aliran fluida pada pipa) pada jalur penstock (pipa pesat), Bilangan Reynold (RE), jenis aliran fluida juga nilai faktor gesekan pipa. Faktor yang mempengaruhi Bilangan Reynold serta jenis aliran fluida di dalam pipa yaitu kecepatan aliran fluida, viskositas zat cair, rapat massa fluida, serta diameter dan panjang pipa. Faktor pergesekan juga menjadi salah satu faktor yang berpengaruh terhadap gesekan air. Faktor pergesekan atau Darcy friction factor dapat ditemukan di Persamaan Darcy (Ramadon dan Syuriadi, 2016).
2.3 Pengertian Bilangan Reynold
Bilangan Reynolds adalah bilangan yang tidak memiliki dimensi dan sangat penting dalam bidang mekanika fluida. Bilangan Reynolds berfungsi dalam menentukan sifat pokok dari aliran yang dapat menentukan apakah aliran tersebut laminar, transisi atau turbulen.
Bilangan Reynolds juga menentukan letak dari jenis jenis aliran tersebut dan juga skala yang menunjukan secara relative pentingnya aliran turbulen yang berbanding dengan aliran laminar. Persamaan Bilangan Reynolds terbagi menjadi dua persamaan yaitu Bilangan Reynold untuk pipa bundar beraliran penuh dan dengan menggunakan viskositas dinamik.
Berikut persamaan dari bilangan
reynold: RE = 𝑉×𝐿 = 𝜌×𝑉×𝐷 dimana Re = Bilangan Reynold, V = Kecepatan aliran fluida, L =
𝑣 𝜂
panjang, 𝒗 = Viskositas kinematik fluida, 𝜌 = Massa jenis fluida, D = Diameter pipa dan 𝜂 = Viskositas dinamis fluida (Ardyansyah, 2016).
Berdasarkan klasifikasinya pada aliran, bilangan Reynolds dibagi menjadi 3 yaitu:
aliran laminer Re < 2300, aliran turbulen Re > 4000, dan aliran transisi, Re = 2000-4000.
Semakin besar kecepatan aliran fluida maka bilangan Reynold semakin tinggi yang mengakibatkan nilai koefisien gesek (f) yang terjadi juga semakin besar. Selain dapat mengidentifikasi jenis aliran, Bilangan Reynold berperan dalam perhitungan kerugian energi.
Kerugian energi tersebut salah satunya dihasilkan dari pergesekan fluida dengan pipa.
Dengan mengetahui besar kerugian energi dalam pipa efisiensi energi dapat ditingkatkan (Lubis et al., 2021).
2.4 Jenis-jenis Aliran Fluida dalam Pipa
Aliran fluida memiliki beberapa jenis aliran. Jenis aliran yang pertama adalah aliran laminar yang merupakan aliran yang fluidanya mengalir atau bergerak dengan kondisi lapisan- lapisan yang membentuk garis-garis alir, tetapi garis-garis ini tidak berpotongan satu dengan yang lain. Sifat kekentalan zat cair berperan penting dalam pembentukan aliran laminer. Aliran laminer bersifat steady maksudnya alirannya tetap dengan kecepatan yang cukup rendah. aliran laminar memiliki bilangan Reynold kurang dari 2300 (Darmawan, 2018).
Gambar 2.4.1 Aliran Laminer Sumber: Simanjuntak et al., 2017
Jenis aliran yang kedua adalah aliran transisi yang merupakan aliran yang cukup unik karena daerah transisi ini bisa bersifat laminar ataupun bersifat turbuken, hal ini bergantung atau menyesuaikan kondisi dari pipa dalam aliran. Aliran Transisi adalah dimana kondisi partikel fluida berada pada peralihan dari kondisi seragam menuju kondisi acak. Keadaan peralihan ini tergantung pada viskositas fluida, kecepatan, dan lain-lain. Nilai bilangan Reynold dari aliran ini mulai dari 2300 hingga 4000 (Darmawan, 2018).
Gambar 2.4.2 Aliran Transisi Sumber: Simanjuntak et al., 2017
Aliran fluida yang terakhir adalah aliran turbulen. Aliran ini merupakan aliran dengan kondisi dimana fluida bergerak tidak menentu atau tidak beraturan, hal ini disebabkan oleh pencampuran. Sehingga didapatkan ciri dari aliran turbulen yaitu tidak adanya keteraturan dalam lintasan fluidanya, aliran banyak bercampur, kecepatan fluida tinggi, panjang skala aliran besar dan viskositasnya rendah. Dalam beberapa pengaplikasian di bidang teknik, menekan atau memicu turbulen banyak digunakan tergantung pada sifat aliran yang diinginkan (laminer atau turbulen) yang dibutuhkan oleh aplikasi tertentu. Aliran turbulen memiliki nilai bilangan Reynold lebih dari 4000 Berikut ini merupakan gambar dari aliran turbulen (Ashu P and Rahul P, 2015).
Gambar 2.4.3 Aliran Turbulent Sumber: Simanjuntak et al., 2017
2.5 Aplikasi Gesekan Aliran Fluida pada Bidang Teknik Pertanian dan Biosistem Salah satu aplikasi gesekan aliran pada bidang teknik pertanian dan biosistem adalah pada teknologi irigasi yang potensial. Irigasi tetes merupakan cara pemberian air padatan aman secara langsung, baik pada permukaan tanah maupun di dalam tanah melalui tetesan secara berkesinambungan dan perlahan pada tanah di dekat tumbuhan sehingga nilai efisiensi irigasinya sangat tinggi. Sistem irigasi tetes ini memiliki banyak keuntungan, antara lain menghemat air, laju aliran air rendah, dapat dilakukan bersamaan dengan pemupukan, dan dapat diterapkan pada berbagai topografi lahan.
Ditinjau dari petani-pun dapat sekaligus melakukan pemupukan bersamaan dengan pengairan (Kusmali, 2015).
Selain itu gesekan aliran juga diaplikasian pada pompa hidraulik ram yang memanfaatkan tenaga aliran air yang jatuh dari suatu tempat yang lebih tinggi sebagai alternatif penyedia air Irigasi. Pompa ini memiliki keuntungan dibanding pompa jenis lainnya karena dapat digunakan tanpa membutuhkan bahan bakar atau tanpa tenaga tambahan dari sumber lain, selain itu bentuknya yang sederhana dan biaya pembuatan serta pemeliharaanya yang relatif murah. Pompa ini dimanfaatkan untuk membantu biaya operasional irigasi pertanian (Rudy Susanti et al., 2017).
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Praktikum materi kedua mengenai gesekan aliran melalui pipa (berdasarkan panjang pipa) dilakukan secara luring pada kamis,14 September 2023 di bagian luar Laboratorium Teknik dan Sumber Daya Alam (TSAL), Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya. Praktikum dimulai dari pukul 07:30 WIB. Sebelum memulai praktikum, praktikan melakukan pre-test untuk menguji pengetahuan yang didapat dari review video dan TM, dilanjutkan dengan proses praktikum, lalu tanya jawab.
3.2 Alat dan Bahan Praktikum, Fungsi dan Gambar
NO Alat dan Bahan Gambar Fungsi
1. Skala/ Mistar
Gambar 3.2.1 Mistar
Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai alat bantu untuk mengukur beda ketinggian air raksa.
2. Stopwatch
Gambar 3.2.2 Stopwatch Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai alat ukur waktu
3. Gelas ukur
Gambar 3.2.3 Gelas ukur
Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai wadah dan alat ukur air yang ditampung.
4. Sprinkle kecil
Gambar 3.2.4 Sprinkle kecil Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai
alat yang
memberikan
tekanan pada pipa kecil.
5. Sprinkle besar
Gambar 3.2.5 Sprinkle besar Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai
alat yang
memberikan
tekanan pada pipa besar.
6. Stop kontak
Gambar 3.2.6 Stop kontak Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi untuk menguhungkan rangkaian ke arus listrik.
7. Kran kontrol
Gambar 3.2.7 Kran kontrol Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi untuk mengatur
besar/kecilnya (intensitas) tekanan aliran air yang akan masuk kedlaam rangkaian pipa.
8. Kran output
Gambar 3.2.8 Kran output Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi untuk mengatur besar/
kecilnya (intensitas) air yang akan keluar dari dalam pipa rangkaian.
9. Sambungan mengecil lurus
Gambar 3.2.9 Sambungan mengecil lurus Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai perlakuan air dari pipa berdiameter besar ke kecil dengan sambungan lurus.
10. Sambungan membesar lurus
Gambar 3.2.10 Sambungan membesar lurus Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai perlakuan air dari pipa berdiameter kecil ke besar dengan sambungan lurus.
11. Selang
Gambar 3.2.10 Selang Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi untuk mengalirkan air dari kran ke tandon input.
12. Air
Gambar 3.2.12 AirSumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai bahan perlakuan.
13. Air raksa
Gambar 3.2.13 Air raksa Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi senagai parameter beda tinggi tekanan.
14. Rangkaian pipa
Gambar 3.2.14 Rangkaian pipa Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai benda perlakuan yang akan dialiri fluida.
15. Tandon Air
Gambar 3.2.15 Tandon air Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai Sebagai
penampung air yang akan masuk dalam pipa.
16. Pompa
Gambar 3.2.16 Pompa Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi untuk memompa air ke dalam rangkaian pipa.
17. Pipa input
Gambar 3.2.10 Pipa input Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi Sebagai media masuknya air yang dipompa dari tandon input.
18. Pipa output
Gambar 3.2.18 Pipa output Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi Sebagai media keluarnya air yang dipompa dari tandon input.
19. Sambungan membesar menyudut 90˚
Gambar 3.2.19 Sambungan membesar menyudut 90˚
Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai Perlakuan air dari pipa berdiameter kecil ke besar dengan sambungan menyudut.
20. Sambungan mengecil menyudut 90˚
Gambar 3.2.20 Sambungan mengecil menyudut 90˚
Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai Perlakuan air dari pipa berdiameter besar ke kecil dengan sambungan menyudut.
21. Skala ukur beda tinggi
Gambar 3.2.21 Skala ukur beda tinggi Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi Sebagai parameter tekanan pada masing- masing sambungan
22. Pengukuran tekanan sederhana
Gambar 3.2.22 Pengukuran tekanan sederhana
Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai alat ukur tekanan
pada tiap
sambungan.
23. Belokan 90˚
Gambar 3.2.18 Pipa output Sumber: Dokumentasi pribadi, 2023
Berfungsi sebagai perlakuan belokan 90˚
3.3 Cara Kerja
3.3.1 Mempersiapkan alat
Siapkan alat dan bahan praktikum
Pompa
3.2.2 Perlakuan
Rangkai sistem perpipaan dan tancapkan ke sumber air
Buka penuh kran output dan kran control
Hubungkan stop kontak pada pompa dengan sumber arus listrik
Putar kran kontrol sebanyak 4 kali ke arah stop kontak
Amati beda tinggi Air Raksa pada skala ukur tekanan sederhana selama 5 detik
Tampung air dengan gelas selama 5 detik Dengan gelas ukur
Lakukan 5 kali pengulangan
Catat hasil pengamatan
Pancing dengan air hingga meluber
Nyalakan pompa dan tunggu hingga air pada rangkaian mengalir stabil
Catat hasil
Catat Hitung volume air dan Catat hasil
Pengulangan dilakukan dengan menutup kran output sebanyak 1 x 360˚ tiap pengulangan
BAB IV ANALISIS DATA HASIL PRAKTIKUM 4.1 Data Hasil Praktikum
4.1.1 Tabel Data Hasil Praktikum
*Keterangan µ = 1.002 x 10-3 kg/msL pipa = 8.05 m D pipa = 1.25 × 10-2 m ρ air = 103 kg/m3
ρ Hg = 13.57 × 103 kg/m3
4.1.2 Perhitungan Data 4.1.2.1 Debit (Q) Q = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒂𝒊𝒓 (𝑚3)
𝒘𝒂𝒌𝒕𝒖 (𝒔)
Q1 = 2500 𝑚𝑙
5 𝑠 = 0,0027 𝑚3
5 𝑠 = 0,00054 𝑚3⁄𝑠 Q2 = 2500 𝑚𝑙
5 𝑠 = 0,0027 𝑚3
5 𝑠 = 0,00054 𝑚3⁄𝑠 Q3 = 2500 𝑚𝑙
5 𝑠 = 0,0027 𝑚3
5 𝑠 = 0,00054 𝑚3⁄𝑠 Q4 = 2300 𝑚𝑙
5 𝑠 = 0,0023 𝑚3
5 𝑠 = 0,00046 𝑚3⁄𝑠 Q5 = 1900 𝑚𝑙
5 𝑠 = 0,0019 𝑚3
5 𝑠 = 0,00038 𝑚3⁄𝑠 4.1.2.2 Kecepatan Aliran (U)
U = = 𝑫𝒆𝒃𝒊𝒕 (𝑸)
𝒍𝒖𝒂𝒔 (𝑨) , 𝑨 = 𝟏 𝟒⁄ 𝝅 (𝑫𝒑𝒊𝒑𝒂)𝟐
A = 𝐴 = 1 4⁄ 𝜋 (𝐷𝑝𝑖𝑝𝑎)2 = 1 4⁄ 𝜋 (1,25 × 10−2)2 = 1,227 10−4 U1 = 0,00054𝑚
3⁄ 𝑠
1,227 ×10−4 𝑚 = 4,4 𝑚3⁄𝑠 U2 = 0,0005 𝑚
3
⁄ 𝑠
1,227 ×10−4 𝑚 = 4,075 𝑚3
⁄𝑠 U3 = 0,0005 𝑚
3⁄ 𝑠
1,227 ×10−4 𝑚 = 4,075 𝑚3⁄𝑠 U4 = 0,00046 𝑚
3
⁄ 𝑠
1,227 ×10−4 𝑚 = 3,75 𝑚3
⁄𝑠 U5 = 0,00038 𝑚
3
⁄ 𝑠
1,227 ×10−4 𝑚 = 3,09 𝑚3⁄𝑠
No Waktu (s) ∆H Air Raksa (MmHg) Volume (m3)
1 5 sekon 7 cmHg→ 0,07 mHg 2700 ml = 0,0027 m3
2 5 sekon 7 cmHg→ 0,07 mHg 2500 ml = 0,0025 m3
3 5 sekon 8 cmHg→ 0,08 mHg 2500 ml = 0,025 m3
4 5 sekon 8 cmHg→ 0,08 mHg 2300 ml = 0,023 m3
5 5 sekon 7 cmHg→ 0,07 mHg 1900 ml = 0,019 m3
4.1.2.3 Gesekan dalam pipa (𝑯𝒇 𝒂𝒊𝒓) Hf air = {∆𝑯 𝐫𝐚𝐤𝐬𝐚 𝐱 𝒑𝑯𝒈
𝒑𝒂𝒊𝒓} -2 {0.2 x 𝒗𝟐
𝟐𝒈} 𝐻𝑓 1 = {0.07 x 13.57 𝑥103𝑘𝑔/𝑚3
103 𝑘𝑔/𝑚3 } -2 {0.2 x (4.4)2
2(9.81)} = (0.95) -2(0.197) = 0.556
𝐻𝑓 2 = {0.07 x 13.57 𝑥103𝑘𝑔/𝑚3
103 𝑘𝑔/𝑚3 } -2 {0.2 x (4.075)2
2(9.81)} = (0.95) -2(0.169) = 0.612
𝐻𝑓 3 = {0.08 x 13.57 𝑥103𝑘𝑔/𝑚3
103 𝑘𝑔/𝑚3 } -2 {0.2 x (4.075)2
2(9.81)} = (1.086) -2(0.169) = 0.748
𝐻𝑓 4 = {0.08 x 13.57 𝑥103𝑘𝑔/𝑚3
103 𝑘𝑔/𝑚3 } -2 {0.2 x (3.75)2
2(9.81)} = (1.086) -2(0.143) = 0.8
𝐻𝑓 5 = {0.07 x 13.57 𝑥10103 𝑘𝑔/𝑚33𝑘𝑔/𝑚3} -2 {0.2 x (3.09)2
2(9.81)} = (0.95) -2(0.097) = 0.756
4.1.2.4 Faktor Gesek (f) f = 𝑯𝒇 𝒂𝒊𝒓 𝒙 𝟐𝒈 𝒙 𝒅
𝑽𝟐 𝒙 𝑳
f1 =0.556 𝑥 2(9.81) 𝑥 (0.0125)
(4.4)2 𝑥 8.05 = 0.136
155.848 = 0.000873 f2 =0.612 𝑥 2(9.81) 𝑥 (0.0125)
(4.075)2 𝑥 8.05 = 0.15
133.675 = 0.00112 f3 =0.748 𝑥 2(9.81) 𝑥 (0.0125)
(4.075)2 𝑥 8.05 = 0.183
133.675 = 0.00137 f4 =1.08 𝑥 2(9.81) 𝑥 (0.0125)
(3.75)2 𝑥 8.05 = 0.196
113.203 = 0.00173 f5 =0.756 𝑥 2(9.81) 𝑥 (0.0125)
(3.09)2 𝑥 8.05 = 0.185
76.862 = 0.0024 4.1.2.5 Bilangan Reynold (RE)
RE = 𝑼 𝒙 𝒅 𝒑𝒊𝒑𝒂 𝒙 𝒑 𝒂𝒊𝒓 𝝁
RE1 = 4.4 𝑚/𝑠 𝑥 1.25 𝑥 10−2 𝑥 103 𝑘𝑔/𝑚3
1.002 𝑥 10−3𝑘𝑔/𝑚𝑠 = 54890.22 RE2 = 4.075 𝑚/𝑠 𝑥 1.25 𝑥 10−2 𝑥 103 𝑘𝑔/𝑚3
1.002 𝑥 10−3𝑘𝑔/𝑚𝑠 = 50835.83 RE3 = 4.075 𝑚/𝑠 𝑥 1.25 𝑥 10−2 𝑥 103 𝑘𝑔/𝑚3
1.002 𝑥 10−3𝑘𝑔/𝑚𝑠 = 50835.83 RE4 = 3.75 𝑚/𝑠 𝑥 1.25 𝑥 10−2 𝑥 103 𝑘𝑔/𝑚3
1.002 𝑥 10−3𝑘𝑔/𝑚𝑠 = 46781.44 RE5 = 3.09 𝑚/𝑠 𝑥 1.25 𝑥 10−2 𝑥 103 𝑘𝑔/𝑚3
1.002 𝑥 10−3𝑘𝑔/𝑚𝑠 = 38547.90 4.1.2.6 Fungsi Linear (y = ax + b)
n = 5, x = waktu, y = volume b = n (Ʃxy) − Ʃx.Ʃy
n(Ʃx2)−(Ʃx)2 = 5 (0.0595) −(25)(0.0119) 5(125)−(25)2 = 0
0 = 0 a = Ʃy− b.Ʃx
n = (0.0119) − 0(25)
5 = 0.00238 y = ax + b
= 0.00238x + 0
Tabel 4.1.3 Data Hasil Perhitungan
4.2 Analisis Prosedur Praktikum
Untuk melakukan praktikum ini Langkah awal yang harus dilakukan adalah siapkan alat dan bahan yang alkan digunakan dalam praktikum. Selanjutnya pompa dipancing dengan air hingga meluber agar pompa bisa berjalan, kemudian, buka kran output dan kran kontrol.
Selanjutnya alirkan pompa dengan listrik dan pastikan anggota tubuh tidak menyentuh aliran listrik agar tidak menyetrum. Setelah itu, buka kran kontrol sebanyak 4 kali dan ukur perbedaan tinggi air raksa dan catat hasil.
4.3 Analisis Data Hasil Praktikum
4.3.1 Analisis Grafik Regresi Linear Log f dan Log Re
Gambar 4.3.1 Grafik hubungan Log f dengan Log Re Sumber: Data diolah, 2023
Dalam grafik regresi linier antara log f dan juga log Re didapatkan persamaan y = - 0,3305x + 3,7394. Dari persamaan tersebut diketahui bahwa nilai dari R2 adalah sebesar 0,9062. Untuk mencari nilai y maka tinggal memasukkan nilai x sesuai dengan tulisan pada sumbu x tersebut yaitu 1 sampai dengan 5. Pada nilai x = 1 maka nilai y yang akan didapatkan adalah 3,4089. Pada nilai x = 2 maka nilai y yang akan didapatkan adalah 3,0784. Pada nilai x = 3. Maka nilai y yang akan didapatkan adalah 2,7479. Pada nilai x = 4 maka nilai y yang akan didapatkan adalah 2,4174. Pada nilai x = 5 maka nilai y yang akan didapatkan adalah 2,0569. Dari hasil data tersebut dapat terlihat bahwa grafik tersebut menyatakan bahwa hubungan antara log f dan juga log Re sifatnya berbanding lurus. Karena
No ∆H
raksa mHg
Q m3/s
U m/s
Log U Hf air f Log f Re 𝑯𝒇/
𝑳
Log Hf/L
Log Re 1 0,07 0,00054 4,4 0,6435 0,556 0,000873 -3,059 54890,22 0,0690 -1,160 4,739 2 0,07 0,0005 4,075 0,6101 0,612 0,00112 -2,951 50835,83 0,0760 -1,119 4,706 3 0,08 0,0005 4,075 0,6101 0748 0,00137 -2,863 50835,83 0,0929 -1,031 4,706 4 0,08 0,00046 3,75 0,5740 0,8 0,00173 -2,761 46781,44 0,0993 -1,003 4,670 5 0,07 0,00038 3,09 0,4899 0,756 0,0024 -2,620 38547,9 0,0939 -1,027 4,586 Jumlah 0,37 0,00238 19,39 2,9276 3,472 0,007493 -14,255 241891,2 0,4313 -5,342 23,408
Rata-
rata 0,74 0,000467 3,878 0,4868 0,694 4
0,001499 -2,851 48378,24 0,0862 -1,068 4,681
dari perhitungan tersebut diketahui bahwa semakin besar nilai x maka nilai y akan semakin besar pula.
4.3.2 Analisis Grafik Regresi Linier Log U dan Log Hf/L
Gambar 4.3.2 Grafik hubungan Log U dengan Hf/L Sumber: Data diolah, 2023
Dalam grafik regresi linier antara log U dan juga log Hf/L didapatkan persamaan y= - 0,7506x-0,6288. Dari persamaan tersebut diketahui bahwa nilai dari R2 adalah sebesar 0,4228. Untuk mencari nilai y maka tinggal memasukkan nilai x sesuai dengan tulisan pada sumbu x tersebut yaitu 1 sampai dengan 5. Pada nilai x = 1 maka nilai y yang akan didapatkan adalah -1,3794. Pada nilai x = 2 maka nilai y yang akan didapatkan adalah -2,13.
Pada nilai x = 3 maka nilai y yang akan didapatkan adalah -2,8806. Pada nilai x = 4 maka nilai y yang akan didapatkan adalah -3,6312. Pada nilai x = 5 maka nilai y yang akan didapatkan adalah – 4,3818 Dari hasil data tersebut dapat terlihat bahwa grafik tersebut menyatakan bahwa hubungan antara log U dan juga log Hf/L sifatnya berbanding terbalik.
Karena dari perhitungan tersebut diketahui bahwa semakin besar nilai x maka nilai y akan semakin kecil.
4.3.3 Analisis Gesekan dalam pipa Terbesar dan Terkecil
Dari perhitungan faktor gesek serta Bilangan Reynold keduanya memiliki perbandingan lurus dengan ukuran pipa (diameter). Sehingga jika ukuran diameter pipa besar maka faktor gesek dan Bilangan Reynold juga akan besar menandakan akan terjadi banyak gesekan.
Bilangan Reynold yang besar dapat menjadi indikasi bahwa terjadi turbulensi didalam pipa.
Sebaliknya, jika pipa berdiameter kecil maka faktor gesekan dan Bilangan Reynold akan kecil juga. Dalam praktikum, setelah 5 kali pengulangan, gesekan pipa terbesar yaitu 0,08 mhg dengan volume 0,0025𝑚3. Kemudian pipa terkecil mendapatkan gesekan sebesar 0,07 mhg dengan volume 0,019 𝑚3.
4.3.4 Pengaruh Selisih ketinggian pada Air Raksa terhadap Nilai Gesekan dalam pipa Ketinggian dari air raksa berbeda pada setiap percobaan. Selisih tinggi pada air raksa adalah sebuah indikator bahwa adanya gesekan yang terjadi pada sambungan atau pada sebuah perlakuan. Hal ini dapat dipengaruhi oleh besar tekanan yang terjadi pada aliran air.
Faktor yang mempengaruhi tekanan bisa dari sambungan di setiap rangkaian. Maka dari itu gesekan aliran berpengaruh pada ketinggian air raksa dengan media tekanan (Jalaluddin et al., 2019).
4.3.5 Analisis Hubungan Nilai Gesekan dalam Pipa dengan Faktor Gesekan (f)
Berdasarkan hasil perhitungan, faktor gesekan aliran berbanding terbalik dengan bilangan Reynold. Semakin besar bilangan Reynold maka nilai gesekan aliran semakin kecil.
y = -0,7506x - 0,6288 R² = 0,4228
-1,2 -1,15 -1,1 -1,05 -1 -0,95
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Grafik regresi linier Log U dan Log Hf/L
Hal ini dapat dibuktikan dengan data hasil praktikum dimana nilai f pipa cenderung mengalami peningkatan angka yang konstan atau perubahannya tidak terlalu signifikan.
Yaitu hanya diangka 0,5; 0,6;0,7 dan 0,8 dan sempat mengalami penurunan pada perhitungan ke -5 yaitu diangka 0,7 . Hal ini sejalan dengan literatur dimana semakin kecil media atau pipa yang dipakai maka laju aliran akan semakin besar (Subagyo et al., 2016).
Sedangkan untuk factor gesekan sendiri sama halnya seperti gesekan dalam pipa, yaitu cenderung memiliki nilai yang sama disetiap perhitungannya. Mengalami perubahan yang kecil sehingga sangat kecil perubahannya. Pajang lintasankemudian belokan dan perlakuan-perlakuan yang lain juga dapat mempengaruhi gesekan yang terjadi sehingga mengakibatkan kehilangan energy (Rahayu et al, 2021).
4.3.6 Faktor yang Mempengaruhi Gesekan Aliran
Berdasarkan hasil praktikum, dapat diketahui bahwa gesekan aliran dapat dipengaruhi oleh beberapa aspek seperti. ukuran pipa yang dilewati baik besar maupun kecil. Selain itu faktor yang mempengaruhi adalah kekasaran permukaan pipa, jika gesekan dari sebuah pipa besar maka gaya yang mendorong aliran akan berlawanan degan gaya gesekan pada aliran. Sehingga bisa dikataan bahwa tingkat kekasaran permukaan pipa mempengaruhi geskan aliran fluida. Faktor lain yang mempengaruhi gesekan aliran fluida adalah kekentalan fluida atau viskositas suatu fluida. Hal ini dikarenakan untuk menggerakan suatu fluida dibutuhkan energi, viskositas dan energi berbanding lurus sehingga semakin tinggi viskositas suatu fluida maka gesekan aliran fluida tersebut juga semakin tinggi. Energi yang diperlukan untuk menggerakan fluida dengan viskositas yang tinggi besar, maka akan terjadi kehilangan energi pada aliran fluida tersebut Faktor lain yang mempengaruhi gesekan aliran fluida adalah kekentalan fluida atau viskositas suatu fluida. Hal ini dikarenakan untuk menggerakan suatu fluida dibutuhkan energi, viskositas dan energi berbanding lurus sehingga semakin tinggi viskositas suatu fluida maka gesekan aliran fluida tersebut juga semakin tinggi. Energi yang diperlukan untuk menggerakan fluida dengan viskositas yang tinggi besar, maka akan terjadi kehilangan energi pada aliran fluida tersebut ( Jurfri dan Arrahman, 2021).
4.3.7 Pengaruh Faktor Gesekan Terhadap Bilangan Reynold
Dalam Praktikum dapat diketahui bahwa gesekan aliran berhubungan dengan ilangan Reynold. Hubungan gesekan aliran dan bilangan Reynold berbanding terbalik, sedangkan hubungan bilangan Reynold dengan kecepatan aliran berbanding lurus. Sehingga semakin besar faktor gesekan aliran maka bilangan Reynold akan semakin kecil. Sama hal nya dengan kecepatan aliran, semakin tinggi atau besar gesekan aliran maka kecepatan aliran akan semakin kecil. Hal ini dapat disimpulkan bahwa gesekan aliran flida berpengaruh atau berhubungan dengan bilangan Reynold (Subagyo et al., 2016).
4.3.8 Pengaruh Faktor Kecepatan Terhadap Hf/L
Berdasarkan hasil praktikum, didapatkan hasil kecepatan aliran (v) dan Hf/L merupakan perbandingan yang berbanding terbalik. Dibuktikan oleh grafik kecepatan aliran fluida terhadap Hf/L yang menurun dan dari data yang didapat dari hasil perhitungan. Pada 5 detik pertama kecepatan air adalah 4,4 m/s, pada 5 detik kedua naik menjadi 4,25 m/s, pada 5 detik ketiga turun menjadi 4,075vm/s, pada 5 detik keempat naik menjadi 4,075 m/s dan konstan hingga 5 detik pada percobaan kelima. Sedangkan Hf/L pada 5 detik pertama bernilai 0,6 pada 5 detik kedua naik menjadi 0,07 m/s, dan pada 5 detik ketiga naik lagi menjadi 0,99, pada detik keempat turun menjadi 0,92 m/s dan konstan hingga 5 detik pada percobaan kelima. Literatur menyebutkan faktor kecepatan dipengaruhi oleh head loss. Pada suatu penampang pipa, head loss minor dapat terjadi dan menyebabkan distribusi kecepatan yang kacau (turbulensi) dan meningkatkan gesekan antar partikel air dan dinding akibat adanya turbulensi. Jadi dapat disimpulkan bahwa berdasarkan grafik, hubungan antara kecepatan terhadap Hf/L adalah berbanding lurus (Waspodo, 2017).
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, dapat diketahui karakteristik dari aliran laminar dan tubulen serta dapat menganalisis kehilangan head akibat dari gesekan aliran pada dinding dalam pipa. Gesekan aliran adalah suatu hambatan yang membuat aliran air dalam pipa menjadi lebih lambat atau mengurangi energi yang diberikan kepada fluida tersebut. Gesekan aliran dapat dipengaruhi oleh koefisien gesek dari pipa tersebut. Setiap pipa memiliki tingkat kekasaran masing-masing. Karena gesekan aliran memiliki arti hambatan yang dapat mengurangi energi pada aliran tersebut. Sehingga karena gaya gesek pada pipa merupakan sebuah hambatan maka tingkat kekasaran pipa merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi gesekan aliran.
Selain gaya gesek pada pipa atau besar koefisien gesek pada pipa, faktor lainnya yang mempengaruhi gesekan aliran adalah viskositas. Viskositas atau kekentalan merupakan tingkat ketahanan dari suatu fluida terhadap dinding. Ketahanan fluida tersebut diukur berdasarkan ketahanan terhadap dinding tempat fluida tersebut mengalir. Viskositas atau kekentalan suatu fluida juga berhubungan erat dengan massa jenis atau kerapatan dari fluida. Jika energi yang diberikan kepada fluida dengan kekentalan tinggi yang mengalir jumlahnya sama dengan energi yang diberikan terhadap fluida yang kekentalannya rendah maka energi tersebut akan berkurang dan mempengaruhi aliran. Maka dari itu tingkat kekentalan dari suatu fluida dapat mempengaruhi gesekan dalam aliran fluida pada pipa.
Aliran sendiri dibagi menjadi tiga yaitu aliran laminar, transisi dan turbulent. Aliran Laminar memiliki bilangan Reynold<2300, aliran transisi memiliki nilai Reynold dari rentang 2300- 4000 sedangkan aliran turbulent memiliki nilai Reynold>4000.
Berdasarkan 5 kali percobaan yang dilakukan dengan durasi yang sama yaitu selama 5 detik, didapatkan data yaitu ∆𝐻 air raksa dalam satuan mmHg dan volume air dalam satuan m3 . Pada percobaan pertama, volume air yang didapat yaitu 0,0027 m3 dengan ∆𝐻
= 0,07 mHg. Pada percobaan yang kedua, volume air yang didapat yaitu 0,0025 m3 dengan
∆𝐻 = 0,07 mHg. Pada percobaan ketiga, volume air yang didapat yaitu 0,0025 m3 dengan
∆𝐻 = 0,08 mHg. Pada percobaan keempat, volume air yang didapat yaitu 0,0023 m3 dengan
∆𝐻 = 0,8 mHg. Pada percobaan terakhir, volume air yang didapat yaitu 0,0019m3 dengan
∆𝐻 = 0,07 mHg.
5.2 Saran
Sebelum melaksanakan praktikum, penting bagi praktikan untuk mengetahui dan memahami tujuan dari praktikum. Selain itu praktikan juga perlu memahami konsep materi terlebih dahulu dan memahami langkah kerja, sehingga tidak kesusahan saat melaksanakan praktikum. Untuk dapat memahami konsep dan langkah kerja, dapat dilakukan dengan membaca modul dan atau melihat video yang telah diberikan. Selain itu saran saja untuk asisten agar memberikan asistensi setelah praktikum selesai, agar apa yang didalami masih fresh untuk di ulas, Terima kasih.
DAFTAR PUSTAKA
Ardyansyah R. 2016. Analisa kinerja pompa sentrifugal berbahan alir/fluida kerja air dan foam pada mobil pemadam kebakaran (pkp-pk) di Bandar Udara Internasional Kualana -mu.(studi kasus). Doctoral dissertation.
Darmawan D. 2018. Analisis Bilangan Reynold (RE) Untuk Menentukan Jenis Aliran Fluida M -enggunakan CFD (Computational Fluid Dynamic) sebagai Rancangan Bahan Ajar di SMA. Skripsi. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Mipa, Fakult -as Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Jember.
Kusmali M, Ahmad Munir dan Sitti N.F. 2015. Aplikasi Irigasi Tetes pada Tanaman Cabe Merah Di Kabupaten Enrekang. Jurnal AgriTechno 8(2): 140-148.
Lubis, S., Siregar, M. A., dan Damanik, S. W. 2021. Simulasi numerik kerugian energi pada siku pipa. Prosiding Seminar Rekayasa Teknologi, Jakarta Selatan, 25-26 November.
Lumbantoruan P dan Erislah Y. 2016. Pengaruh suhu terhadap viskositas minyak pelumas (OLI).Jurnal Sainsmatika 3(3): 26-34.
Pandey A, dan Patil R. 2015. Comparative pressure drop in laminar and turbulent flows in circular pipe with and without baffles using FEV. International Journal of Advanced Engineering, Management and Science 3(1): 1-2.
Panthi, S. 2013. Analysis of Drag in Pipes During a Flow and Its Minimisation by Physical An -d Chemical Methods. Plastics Technology. Helsinky University.
Patel DA, Chaudhari VN and Patel DR. 2019. Analysis of friction losses in pipe with analytic -al method. Journal of Mechanical and Civil Engineering 16(2): 63-68.
Ramadon, I. M dan Syuriadi, A. 2016. Analisis faktor head losses penstock terhadap daya yang di hasilkan di plta saguling. Politeknologi 15(3): 239–244.
Rudy S, Arif M dan Kusuma W. 2017. Pengembangan Pompa Hydram (Hydroulic Ram Pump) sebagai alternatif penyedia air irigasi. Jurnal Abdi Insani Unram 1(2): 103-107.
Sarjito, Subroto dan Kurniawan, A. 2016. Studi Distribusi Tekanan Aliran Melalui Pengecilan Saluran Secara Mendadak dengan Belokan pada Penampang Segi Empat. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 17(1): 8-22.
Simanjuntak, Manik Santosa. 2017. Analisa pengaruh panjang letak dan geometri lunal bilg terhadap arah dan kecepatan aliran (Wake) pada kapal ikan tradisional (Studi kasus kapal tipe kragan). Jurnal Teknik Perkapalan. 5(1): 345-352.
DAFTAR PUSTAKA TAMBAHAN
Jalaluddin, Akmal S, Za N, Ishak. 2019. Analisa profil aliran fluida cair dan pressure drop pa -da pipa L menggunakan metode simulasi computantional fluid dynamic (CFD).
Jurnal Teknologi Kimia Unimal 8(2): 53-72
Jufri Y, Arrahman TR. 2021. Analisis Karakteristik Pola Aliran Limbah Laundry Pada Salura –n Tertutup. Skripsi. Program Studi Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Makassar
Rahayu P., Putri D. K., Rosalina., Indriyani N. 2021. Pengaruh Diameter Pipa Pada Aliran Fl -uida Terhadap Nilai Head Loss. JURNAL AGITASI 2(1): 5-25.
Subagyo R, Wardana ING, Widodo A, Siswanto E. 2016. Analisis diameter gelembung pad -a kerugian tekanan aliran fluida. Jurnal Rotor 9(2) : 121-124
Waspodo, W. 2017. Analisa Head Loss Sistem Jaringan Pipa Pada Sambungan Pipa Komb -inasi Diameter Berbeda. Suara Teknik: Jurnal Ilmiah 8(1): 1–12.
LAMPIRAN
LAMPIRAN TAMBAHAN
LAMPIRAN ACC DHP
REVIEW VIDEO
Praktikum materi ke 2 ini bertujuan yaitu mahasiswa mampu mengidentifikasi karakteristik aliran laminar dan aliran turbulen serta mahasiswa mampu menganalisis besarnya kehilangan head karena gesekan aliran pada dinding dalam pipa. Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini antara lain rangkaian pipa (sebagai tempat mengalirnya fluida), penyangga (untuk menahan seluruh rangkaian pipa), tandon input (sebagai penampung air yang akan masuk kedalam pipa), tandon output (sebagai penampung air yang keluar dari dalam pipa), stop kontak, selang, stop watch, pompa yang digunakan sebagai pemompa air dari tandon input, pipa input dan pipa output, kran input dan kran output yang berprean sebagai pengatur besar kecilnya air yang masuk dan keluar, kran control sebagai pengatur tekanan, manometer sebagai alat ukur tekanan pada masing masing saluran dan piezometer.
Pada praktikum ini terdapat sambungan, antara lain mengecil lurus yaitu dari pipa besar ke kecil dengan sambungan lurus dan sambungan membesar lurus yaitu pipa berdiameter kecil ke besar dengan sambungan lurus. Selain itu terdapat sambungan mengecil menyudut dan membesar menyudut. Terdapat juga sprinkle besar dan kecil yang berfungsi memberi tekanan pada pipa besar dan kecil.
Langkah kerja pada praktikum ini yang pertama yaitu dengan menyiapkan alat dan bahan, menyalakan pompa dan mengalirkan air yang dilakukan dengan cara menuang air hingga meluap, menyalakan keran input, output dan kontrol. Kemudian menyambungkan pompa dengan aliran listrik, dan tunggu hingga pompa siap bekerja, lalu tunggu hingga air mengalir. Setelah itu matikan pompa sebanyak 4 kali hingga sprinkle mengeluarkan air, dan ukur beda ketinggian raksa pada piezometer selama 5 detik dan ulangi sebanyak 5 kali. Lakukan percobaan terhadap fluida yang keluar dari pipa selama 5 detik dan sebanyak 5 kali pengulangan. Yang terakhir tutup keran output dan pastikan aliran berhenti kemudian, catat hasil percobaan. Pada praktikum ini data yang diambil adalah perbedaan ketianggian raksa pada piezometer dan juga volume fluida yang keluar dari pipa output.
DOKUMENTASI PRAKTIKUM
