LAPORAN AKHIR
PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA 1 2022/2023
MODUL 5
PENENTUAN TIPE ALIRAN DALAM PIPA
Disusun Oleh:
KELOMPOK 3
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS PERTAMINA 2022
NIM : 102220059
Asisten Praktikum : Melky Nathanael
Nama : Arya Wannadi Hafizh
PENENTUAN TIPE ALIRAN DALAM PIPA
Arya Wannadi Hafizh1* Muhammad Qathan Farhas1 FADLI1
1Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pertamina
*Corresponding Author: [email protected]
Abstrak: Pada prkatikum Penentuan Aliran Dalam Pipa Ini Bertujuan untuk menentukan nilai debit aliran pada pipa, menentukan Blangan Reynold pada pipa dan menentukan jenis aliran pipa berdasarkan Bilangan Reynold pada pipa. Alat yang digunakan pada percobaan ini, yaitu hydraulic bench dan Osborne Reynold Apparatus. Penentuan jenis aliran pada pipa dilakukan melalui pengamatan visual dengan mengamati provil warna pada pipa output dan menentukan bilangan Reynolds dari aliran setiap perlakuan.
Abstract: In this practicum Determination of Flow in Pipes Aims to determine the value of the flow rate in the pipe, determine the Reynolds number in the pipe and determine the type of pipe flow based on the Reynolds number in the pipe. The tools used in this experiment are hydraulic bench and Osborne Reynold Apparatus. Determination of the type of flow in the pipe is done through visual observation by observing the color profile on the output pipe and determining the Reynolds number of the flow of each treatment.
DAFTAR ISI
COVER
DAFTAR ISI...3
DAFTAR GAMBAR...4
DAFTAR TABEL...4
BAB I PENDAHULUAN...5
1.1 Latar Belakang...5
1.2 Rumusan Masalah...5
1.3 Tujuan Penelitian...6
1.4 Teori Dasar...6
1.4.1 Fluida...6
1.4.2 Bilangan Reynold...8
1.4.3 Viskositas Dinamik dan Viskositas Kinematik...9
1.4.4 Debit Aliran...10
BAB II METODE PENELITIAN...11
2.1 Alat dan Bahan...11
2.2 Cara Kerja...11
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN...12
3.1 Hasil...12
3.2 Pembahasan...13
BAB IV PENUTUP...14
4.1 Kesimpulan...14
DAFTAR PUSTAKA...16
LAMPIRAN...17
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Jenis-Jenis Aliran Fluida...6 Gambar 1. 2 Eksperimen Reynold...7 Gambar 1. 3 Nilai Viskositas Kinematik dan Dinamik...9
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Data Hasil Perhitungan...11
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Suatu pembangunan Gedung terutama bendungan, tidak terlepas dari adanya fluida. Kita dapat menemukan fluida dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari lingkungan rumah maupun lingkungan besar seperti di perkotaan.
Perkembangan infrasturktur terkhususnya pada struktur hidrolika tidak terlepas dari penggunaan pipa-pipa yang berfungsi untuk menghantarkansuatu fluida, seperti minyak, gas, dan lainnya. Pada proses pengaliran fluida, terbagi menjadi tiga jenis, yaitu aliran laminar, aliran transisi, dan aliran turbulen
Pada laporan ini akan membahas perbedaan dari aliran laminar, transisi, dan turbulen yang terdapa di dalam pipa dengan melakukan percobaan terhadap fluida yang diberi pewarna. Oleh sebab itu, makalah ini dibuat dengan tujuan memudahkan pemahaman mengenai jenis-jenis aliran pada fluida.
1.2Rumusan Masalah
1. Bagaimana menentukan nilai debit aliran pada pipa?
2. Bagimana menentukan nilai Bilangan Reynold dari aliran pipa?
3. Bagaimana menentukan jenis aliran dari hasil perhitungan Bilangan Reynold?
1.3Tujuan Penelitian
1. Mahasiswa diharapkan mampu menentukan nilai debit aliran pada pipa
2. Mahasiswa diharapkan mampu menentukan Blangan Reynold pada pipa?
3. Mahasiswa diharapkan mampu menentukan jenis aliran pipa berdasarkan Bilangan Reynold pada pipa
1.4 Teori Dasar
1.4.1 Fluida
Fluida meruoakan suatu zat yang mampu menyesuaikan bentuk dengan wadah yang ia tempati. Fluida juga akan terus-menerus berubah bentuk ketika dipengaruhi oleh gaya geser (shear force), dapat dikatakan fluida adalah suatu zat yang rentan berubah bentuk ketika adanya gaya geser (Karyono, 2008). Fluida dapat mengalir karena tidak dapat menahan tegangan geser, namun fluida dapat mengeluarkan gaya yang tegak lurus dengan permukaannya.
Terdapat dua jenis fluida, seperti fluida compressible dan fluida incompressible. Fluida compressible merupakan fluida yang dipengaruhi oleh perubahan tekanan dan temperature, sedangkan incompressible tidak dipengaruhi oleh perubahan tekanan dan temperature. Fluida yang mengalir memiliki aliran yang meiliki pola tertentu (Giles, 1986).
Berdasarkan eksperimen Osborne Reynold, aliran fluida diklasifikasikan menjadi 3 jenis, yaitu
1. Aliran Laminar
Aliran laminar ini memiliki kecepatan yang rendah, partikel- partikel fluida mengalir secara teratur dan sejajar dengan sumbu pipa. Pada aliran ini viskositas berfungsi untuk meredam apabila terjadinya Gerakan relatif antara lapisan. Aliran laminar ini dapat terindentifikasi pada Bilangan Reynold dibawah 2000.
2. Aliran Turbulen
Aliran turbulen memiliki pergerakan kecepatan yang tidak menenti karena adanya pencampuran partikel diantara lapisan sehingga mengakibatkan saling beradu momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dengan skala yang besar. Pda aliran turbulen ini juga mengakibatkan tegangan geser yang tersebar merata pada seluruh bagian fluida. Aliran turbulen ini dapat teridentifikasi pada Bilangan Reynold diatas 4000.
3. Aliran Transisi
Aliran transisi memiliki pergerakan kecepatan diantara kecepatan laminar dan turbulen, dapat dikatakan aliran transisi ini merupakan peralihan antara aliran laminar menuju turbulen. Aliran transisi ini dapat teridentifikasi pada Bilangan Reynold antara 2000 hinngga 4000.
Gambar 1. 1 Jenis-Jenis Aliran Fluida 1.4.2 Bilangan Reynold
Pada tahun 1884 seseorang yang bernama Osborn Reynolds melakukan suatu percobaan untuk meneliti sifat-sifat aliran laminer dan aliran turbulen. Reynold berpendapat bahwa aliran dapat diklasifikasikan terhadap suatu angkat tertentu, berdasarkan angka tersebut jenis-jenis aliran fluida dapat diperkirakan. Angka tersebut dikenal dengan Bilangan Reynold.
Berikut merupakan persamaannya:
ℜ=ρ vⅆ μ
Keterangan : RE = Bilangan Reynold
v = Kecepatan aliran fluida (m/s) d = Diameter dalam pipa (m)
μ = Viskositas dinamik fluida (kg/ m.s) ρ = Massa jenis (kg/m3)
Bilangan Reynolds merupakan fungsi dari variabel kecepatan, viskositas dan massa jenis fluida serta diameter dalam pipa.
………1.2
………1.2
………...1.1
Gambar 1. 2 Eksperimen Reynold
1.4.3 Viskositas Dinamik dan Viskositas Kinematik
A. Viskositas Dinamik
Viskositas ini bersifat menghubuungkan tegangan geser dengan pergerakan fluida. Viskositas dinamik dapat dikatakan ratio tegangan geser terhadap gradien kecepatan. Berikut persamaannya:
μ
=
ⅆτudy
Keterangan: μ = Viskositas dinamik fluida (kg/ m.s) τ = Tegangan geser (N/m2)
ⅆu
dy = Gradien kecepatan ((m/s)/m) B. Viskositas Kinematik
Viskositas kinematik merupakan ukuran dari arus resistif dari fluida yang terpengaruh gravitasi. Viskositas ini juga dapat dikenal dengan perbandingan antara viskositas dinamik dan kerapatan fluida. Berikut persamaannya:
………...1.2
v=μ ρ
Keterangan: μ = Viskositas dinamik fluida (kg/ m.s) ρ = Kerapatan fluida (kg/m3)
v = Viskositas kinematik (m2/s)
Gambar 1. 3 Nilai Viskositas Kinematik dan Dinamik
1.4.4 Debit Aliran
Debit adalah volume fluida yang mengalir tiap satuan waktu. Perhitungan debit ini dapat dicari menggunakan persamaan:
Q=V t =vA
Keterangan: V = Volume fluida (m3)
v = Kecepatan aliran fluida (m/s) A = Luas penampang pipa
………...1.3
………...1.4
BAB II
METODE PENELITIAN
2.1 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada praktikum modul 5 yang berjudul Penentuan Tipe Airan dalam Pipa ini adalah Osborne Reynolds apparatus, hydraulic bench, stopwatch, thermometer dan gelas ukur 1000 mL. Sedangkan bahan yang digunakan,adalah air sebagai fluida.
2.2 Cara Kerja
Pada praktikum ini langkah percobaan yang dilakukan adalah pertama- tama siapkan alat dan bahan yang akan digunakan, lalu pancing pompa pada hydraulic bench hingga aliran konstan. Setelah aliran konstan matikan hydraulic bench dan ganti selang pancing dengan selang apparatus. Kemudian nyalakan hydraulic bench dan sesuaikan bukaan katup untuk menghasilkan aliran lambat melalui pipa, lalu alirkan air hingga memenuhi wadah apparatus lalu matikan hydraulic bench dan buka kran pewarna hingga pewarna keluar. Setelah itu, amati profil kesepatan dengan membuka kran output sesuai perlakuan, ukur laju air
volume, waktu dan suhu aliran keluaran, dan tutup kran output. Selanjutnya ulangi prosedur 3-8 untuk perlakuan berikutnya, dan catat hasil pengamatan pada masing-masing perlakuan yang berbeda
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil
Perl aku an
Volum e (m3)
Wakt u (s)
Suhu
(°C) Diamet er Pipa
(m)
Debit (m3/s)
Viskositas Kinematik
Fluida (106x m2/s)
Bilangan Reynold
(-)
Tipe Aliran
3 3 x 10-4 62,3 25 0,01 4,815x10−6 0,893x10−6 686,45 Laminar
7 3 x 10-4 15 25 0,01
2x10
-5 0,893x10−6 2852,18 Transisi10 3 x 10-4 9,98 25 0,01
3x10
-5 0,893x10−6 4278,8353 Turbulen13 3 x 10-4 6,67 25 0,01 4,4977
x10−5
0,893x10−6 6415,45 Turbulen
Sample yang digunakan diambil dari data no 1
Tabel 3. 1 Data Hasil Perhitungan
Q=V
t =3x10−4m3
62,3s =4,815x10−6m3/s
V=Q
A
=
4,815x10−6m3/s7,85x10−5m2
=
0,0613 m/sℜ=VD v =
0,0613m
s x0,01m 0,893x10−6m2
s
=686,45
3.2 Pembahasan
Berdasarkan data yang diperoleh, pada perlakuan 3 teridentifikasi merupakan aliran laminar karena memiliki bilangan Reynold sebesar 686,45 , hal ini sesuai teori nilai bilangan Reynold dibawah 2000 adalah aliran laminar.
Pada perlakuan 7 teridentifikasi merupakan aliran transisi karena memiliki bilangan Reynold sebesar 2852,18, hal ini sesuai teori nilai bilangan Reynold diatas 2000 adalah aliran transisi. Sedangkan pada perlakuan 10 dan 13, keduanya teridentifikasi merupakan aliran turbulen karena memiliki bilangan Reynold diatas 4000, yakni sebesar 4278,8353 dan 6415,45.
Berdasarkan data yang diperoleh oleh teman saya Muhammad Zaihal Zikri dari kelompok 3, pada perlakuan 3 teridentifikasi merupakan aliran laminar karena memiliki bilangan Reynold sebesar 679, 7678213 hal ini sesuai teori nilai bilangan Reynold dibawah 2000 adalah aliran laminar. Pada perlakuan 7 teridentifikasi merupakan aliran transisi karena memiliki bilangan Reynold sebesar 2831,615627 hal ini sesuai teori nilai bilangan Reynold diatas 2000 adalah aliran transisi. Sedangkan pada perlakuan 10 dan 13, keduanya teridentifikasi
merupakan aliran turbulen karena memiliki bilangan Reynold diatas 4000, yakni sebesar 4280,019616 dan 6420,029424
Berdasarkan perhitungan tabel 3.1 dapat diketahui bahwa debit aliran (Q) berbanding lurus dengan besarnya bilangan Reynold. Apabila debit aliran (Q) semakin besar, maka akan membuat bilangan Reynold juga semakin membesar.
Hal ini dapat disebabkan karena meningkatnya debit aliran akan menyebabkan kecepatan aliran pada pipa akan semakin besar. Kecepatan aliran yang semakin besar inilah yang menyebabkan debit yang dihasilkan meningkat, sehingga bilangan Reynold akan semakin meningkat pula.
BAB IV PENUTUP
4.1Kesimpulan
Berdasarkan data perhitungan dari percobaan diatas, praktikan dapat mengambil kesimpulan, yaitu:
1. Debit aliran air dapat ditentukan dari jumlah volume aliran pada pipa tersebut lalu dibagi dengan waktu yang dibutuhkan fluida tersebut untuk mengalir. Jadi, apabila semakin besar volume tabung dan semakin kecil waktu yang diperlukan maka dapat membuat nilai debit aliran pada pipa juga akan besar. Pada perlakuan 3 didapatkan nilai debit sebesar 4,815x10−6 m3/s, pada perlakuan 7 didapatkan nilai debit sebesar 2x10-5 m3/s, pada perlakuan 10 didapatkan nilai debit sebesar 3x10-5 m3/s, dan pada perlakuan 13 didapatkan nilai debit
sebesar 4,4977 x10−5 m3/s. Perhitungan secara detail dapat dilihat pada tabel 3.1.
2. Bilangan Reynold dapat ditentukan melalui perhitungan dengan persamaan ℜ=VD
v , melalui persamaan ini kita dapat menentukan jenis aliran suatu fluida dan melalui persamaan itu juga kita dapat mengetahui bahwa volume fluida berbanding terbalik dengan nilai viskositas kinematiknya. Perhitungan lebih detail dapat dilihat pada tabel 3.1.
3. Jenis suatu aliran fluida dapat ditentukan berdasarkan besarnya nilai Reynold, nilai bilangan Reynold dibawah 2000 dapat diklasifikasikan aliran tersebut adalah laminar, nilai bilangan Reynold diantara 2000- 4000 diklasifikasikan aliran tersebut adalah transisi, dan nilai bilangan Reynold diatas 4000 dapat diklasifikasikan aliran tersebut adalah turbulen. Berdasarkan data diatas perlakuan 3 teridentifikasi merupakan aliran laminar, pada perlakuan 7 teridentifikasi merupakan aliran transisi, sedangkan perlakuan 10 dan 13, keduanya teridentifikasi merupakan aliran turbulen.
DAFTAR PUSTAKA
Cengel, Yunus A. 2006. Fluid Mechanics Fundamental and Aplications. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc.
Deni, Dede. 2020. KARAKTERISTIK UNJUK KERJA POMPA SEBAGAI TURBIN (PAT) DENGAN DEBIT AIR MASUK MENGGUNAKAN 2 POMPA SENTRIFUGAL DENGAN SUSUNAN SERI. Medan: Universitas Muhammadiyah Sumatra Utara
Giles, Renald V. 1986. Teori dan Soal-Soal Mekanika Fluida dan Hidrolika Edisi kedua. Jakarta: Erlangga.
Karyono, Iwan Yudi. 2008. Analisa Aliran Berkembang Penuh Dalam Pipa.
Depok: Universitas Indonesia
Modul Praktikum. Mekanika Fluida I. 2022. Jakarta: Universitas pertamina Riyanto, Iwan Rizka. 2018. ANALISA KINERJA ALIRAN FLUIDA PADA
POMPA SENTRIFUGAL DENGAN VARIASI DIAMETER IMPELLER.
Medan: Universitas Muhammadiyah Sumatra Utara
LAMPIRAN
FORMULIR PENGAMATAN
MODUL 5: PENENTUAN TIPE ALIRAN DALAM PIPA
Praktikan: Mahasiswa Program Studi Teknik Lingkungan-Universitas Pertamina No. Kelompok: ...3...
No. Nama NIM Tanggal Pratikum
1. Arya Wannadi Hafizh 102220059 24 Maret 2022
2. Asisten
3.
TANGGAL PENGUMPULAN LAPORAN: 01 April 2022
(...)
Perl aku an
Volum e (m3)
Wakt u (s)
Suhu (°C)
Diamet er Pipa
(m)
Debit (m3/s)
Viskositas Kinematik
Fluida (106x m2/s)
Bilangan Reynold
(-)
Tipe Aliran
3 3 x 10-4 62,3 25 0,01 4,815x10−6 0,893x10−6 686,45 Laminar
7 3 x 10-4 15 25 0,01
2x10
-5 0,893x10−6 2852,18 Transisi10 3 x 10-4 9,98 25 0,01
3x10
-5 0,893x10−6 4278,8353 Turbulen13 3 x 10-4 6,67 25 0,01 4,4977
x10−5
0,893x10−6 6415,45 Turbulen Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan
Sample yang digunakan diambil dari data no 1
Q=V
t =3x10−4m3
62,3s =4,815x10−6m3/s V=Q
A
=
4,815x10−6m3/s7,85x10−5m2
=
0,0613 m/sℜ=VD v =
0,0613m
s x0,01m 0,893x10−6m2
s
=686,45
Sumber Kerry J Howe, dkk, John Wiley & Sons, Inc. 2012. Principles of Water Treatment
Perlakua
n Luas Volum
e
Wakt u
Suh u
Diamate r Pipa
Debit
Viskositas Kinematika
Fluida
Bilangan Reynold
Tipe Aliran
3 0,000078
5 0,0003 62,9 25 0,01 0,00000476947535 8
0,000000893 8
679,767821
3 Laminar
7 0,000078
5 0,0003 15,1 25 0,01
0,00001986754967
0,000000893 8
2831,61562
7 Transisi
10 0,000078
5 0,0003 9,99 25 0,01
0,00003003003003
0,000000893 8
4280,01961 6
Turbule n
13 0,000078
5 0,0003 6,66 25 0,01
0,00004504504505
0,000000893
8 642,.029424
Turbule n Saya menggunakan, berdasarkan data dari praktikan atas nama Muhammad Zaihal Zikri dari kelompok 1
