View
66
Download
9
Category
Preview:
Citation preview
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
VI. PEMBAHASAN
A. Pembahasan Umum
Analisa Lapisan Batas pada saluran pipa pembuangan
Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang
digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh (Triatmojo 1996 :
25). Fluida yang di alirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa
lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair di dalam pipa tidak
penuh maka aliran termasuk dalam aliran saluran terbuka atau karena tekanan di dalam
pipa sama dengan tekanan atmosfer (zat cair di dalam pipa tidak penuh), aliran temasuk
dalam pengaliran terbuka. Karena mempunyai permukaan bebas, maka fluida yang
dialirkan dalah zat cair. Tekanan dipermukaan zat cair disepanjang saluran terbuka
adalah tekanan atmosfer. Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan
aliran pada pipa adalah adanya permukaan yang bebas yang (hampir selalu) berupa
udara pada saluran terbuka. Jadi seandainya pada pipa alirannya tidak penuh sehingga
masih ada rongga yang berisi udara maka sifat dan karakteristik alirannya sama dengan
aliran pada saluran terbuka (Kodoatie, 2002: 215). Misalnya aliran air pada gorong-
gorong. Pada kondisi saluran penuh air, desainnya harus mengikuti kaidah aliran pada
pipa, namun bila mana aliran air pada gorong-gorong didesain tidak penuh maka sifat
alirannya adalah sama dengan aliran pada saluran terbuka. Perbedaan yang lainnya
adalah saluran terbuka mempunyai kedalaman air (y), sedangkan pada pipa kedalam
air tersebut ditransformasikan berupa (P/y). Oleh karena itu konsep analisis aliran pada
pipa harus dalam kondisi pipa terisi penuh dengan air. Zat cair riil didefinisikan sebagi
zat yang mempunyai kekentalan, berbeda dengan zat air ideal yang tidak mempunyai
kekentalan. Kekentalan disebabkan karena adanya sifat kohesi antara partikel zat cair.
Karena adanya kekentalan zat cair maka terjadi perbedaan kecepatan partikel dalam
medan aliran. Partikel zat cair yang berdampingan dengan dinding batas akan diam
(kecepatan nol) sedang yang terletak pada suatu jarak tertentu dari dinding akan
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
bergerak. Perubahan kecepatan tersebut merupakan fungsi jarak dari dinding batas.
Aliran zat cair riil disebut juga aliran viskos.
Aliran viskos adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas).
Viskositas terjadi pada temperature tertentu. Tabel 2.1. memberikaan sifat air
(viskositas kinematik) pada tekanan atmosfer dan beberapa temperature. Kekentalan
adalah sifat zat cair yang dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser pada waktu
bergerak. Tegangan geser ini akan mengubah sebagian energi aliran dalam bentuk
energi lain seperti panas, suara, dan sebagainya. Perubahan bentuk energi tersebut
menyebabkan terjadinya kehilangan energi.
Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 2 (dua) macam. Apabila pengaruh
kekentalan (viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair
bergerak secara teratur menurut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran
laminar terjadi apabila kekentalan besar dan kecepatan aliran kecil. Dengan
berkurangnya pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan
berubah dari laminar menjadi turbulen. Pada aliran turbulen partikel-partikel zat cair
bergerak secara tidak teratur.
Kehilangan Energi (head losses)
Zat cair yang ada di alam ini mempunyai kekentalan, meskipun demikian dalam
berbagai perhitungan mekanika fluida ada yang dikenal atau dianggap sebagai fluida
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
ideal. Menurut Triatmojo (1993), adanya kekentalan pada fluida akan menyebabkan
terjadinya tegangan geser pada waktu bergerak. Tegangan geser ini akan merubah
sebagian energi aliran menjadi bentuk energi lain seperti panas, suara dan sebagainya.
Pengubahan bentuk energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan energi.
Secara umum didalam suatu instalasi jaringan pipa dikenal dua macam
kehilangan energi :
1 Kehilangan energi akibat gesekan
Kehilangan energi akibat gesekan disebut juga kehilangan energi primer
(Triatmojo 1996 : 58) atau major loss (Kodoatie 2002 : 245). Terjadi akibat adanya
kekentalan zat cair dan turbulensi karena adanya kekasaran dinding batas pipa dan akan
menimbulkan gaya gesek yang akan menyebabkan kehilangan energi disepanjang pipa
dengan diameter konstan pada aliran seragam. Kehilangan energi sepanjang satu satuan
panjang akan konstan selama kekasaran dan diameter tidak berubah.
2 Kehilangan energi akibat perubahan penampang dan aksesoris lainnya.
Kehilangan energi akibat perubahan penampang dan aksesoris lainnya disebut
juga kehilangan energi sekunder (Triatmojo 1996 : 58) atau minor loss (Kodoatie 2002
: 245). Misalnya terjadi pada pembesaran tampang (expansion), pengecilan penampang
(contraction), belokan atau tikungan. Kehilangan energi sekunder atau minor loss ini
akan mengakibatkan adanya tumbukan antara partikel zat cair dan meningkatnya
gesekan karena turbulensi serta tidak seragamnya distribusi kecepatan pada suatu
penampang pipa. Adanya lapisan batas terpisah dari dinding pipa maka akan terjadi
olakan atau pusaran air. Adanya olakan ini akan mengganggu pola aliran laminer
sehingga akan menaikan tingkat turbulensi.
Pada aliran laminer akan terjadi bila bilangan reynold (Re) < 2000, dengan
persamaan kehilangan energi pada aliran laminer sepanjang pipa L menurut Hagen-
Poiseuille adalah sebagai berikut :
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
Dengan : h = Tinggi kehilangan energ
ν = viskositas zat cair
g = Percepatan grafitasi
D = Diameter pipa
V = Kecepatan aliran
L = Panjang pipa
Persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk:
Persamaan diatas dapat ditulis dalam bentuk persamaan Darcy – Weisbach.
Dengan
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
Gambar aliran dalam pipa pembuangan yang melewati check valve. Lapisan
batas yang terjadi yaitu sebelum melewati katup cek lebih panjang karena masih
termasuk dalam aliran laminer. Berlaku rumus major loses yang telah diterangkan
diatas.
Setelah mengalami hambatan pada katup cek maka aliran berubah menjadi
turbulen sehingga panjang lapisan baasnya pun akan semakin pendek. Sehingga berlaku
rumus minor lossess yaitu
hlf=n . k . V2
2. g
dimana :
hlf : Minor losses
n : jumlah fitting/valve untuk diameter yang sama
k : koefisien gesekan
V : kecepatan rata-rata aliran
g : percepatan gravitasi
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
VI.1.2. Pembahasan Khusus
1. Analisa Grafik Hubungan Y Vs n (profil no. 4)
0.09 0.12 0.15 0.18-0.100-0.0500.0000.0500.1000.1500.2000.2500.3000.3500.400
Profil 4 Grafik Y vs n
Z = 4 cm Z = 6 cm
Y
n
Z (cm) Y (m) n
4 0,16 -0,038640,18 0,110350,20 0,244460,22 0,36231
6 0,16 -0,034560,18 0,097730,20 0,213040,22 0,30674
Y adalah tinggi dari tabung pitot pada alat uji lapisan batas sedangkan n
adalah perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter tabung
pitot. Dapat kita lihat pada grafik diatas, n menurun ke bawah seiring ketinggian
dari Y. Semakin besar ketinggian dari tabung pitot maka nilai n yang dihasilkan
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
akan semakin kecil. Jadi dapat kita simpulkan bahwa besarnya Y berbanding
terbalik dengan besar dari n pada profil no 4.
2. Analisa Grafik Hubungan u 1 dan n (profil 4)
-0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.200
0.10.20.30.40.50.60.7
Profil 4 Grafik u1 vs n
Z = 4 cm Z = 6 cm
n
u1
Z (cm) U1 (m/s) n
4 0,5921229 -0,038640,5405318 0,110350,4834663 0,244460,4186941 0,36231
6 0,5405318 -0,034560,4834663 0,097730,4186941 0,213040,3418623 0,30674
Pada grafik terlihat hubungan antara u1 (profil kecepatan) dengan n
(perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter tabung pitot).
Nilai u1 berbanding lurus dengan nilai n, semakin tinggi nilai u1 maka semakin
besar nilai dari pada n. Hal ini disebabkan karena untuk mencari nilai u1
0,5921229 dipengaruhi oleh besarnya nilai n, dimana nilainya tergantung dari
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
besarnya Y. Sedangkan semakin tinggi nilai Y maka semakin kecil dari nilai n
nya.
3. Analisa Grafik Hubungan HDT Vs Y (profil no. 5)
0.000004 0.000006 0.000008 0.00001 0.000012 0.000014 0.0000160
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Grafik HDT vs Y (profil no. 5A)
Z = 4 cm Z = 6 cm
HDT
Y
Z (cm) hDT (MH2O) Y (m)
4 0,0015240 0,16
0,0012700 0,180,0010160 0,200,0007620 0,22
6 0,0012700 0,16
0,0010160 0,180,0007620 0,200,0005080 0,22
Pada grafik terlihat hubungan antara HDT (head pada tekanan arah tinggi)
dengan Y (tinggi dari tabung pitot). Nilai HDT berbanding lurus dengan nilai Y,
semakin tinggi nilai HDT maka semakin tinggi pula nilai daripada Y. Hal ini
disebabkan karena untuk mencari nilai HDT 0,0015240 dikali dengan PDT, dimana
nilainya tergantung dari besarnya Y.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
4. Analisa Grafik Hubungan HDT Vs n
-0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.200.000000.000200.000400.000600.000800.001000.001200.001400.001600.001800.00200
Profil 4 Grafik hDT vs n
Z = 4 cm Z = 6 cm
n
hDT
Z (cm) hDT (MH2O) n
4 0,0015240 -0,038640,0012700 0,110350,0010160 0,244460,0007620 0,36231
6 0,0012700 -0,034560,0010160 0,097730,0007620 0,213040,0005080 0,30674
Pada grafik terlihat hubungan antara HDT (head pada tekanan arah tinggi)
dengan n (perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter
tabung pitot). Nilai HDT berbanding terbalik dengan nilai n, semakin tinggi nilai
HDT maka semakin kecil nilai daripada n. Hal ini disebabkan karena untuk
mencari nilai HDT 0,254 dikali dengan PDT, dimana nilainya tergantung dari
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
besarnya Y. Sedangkan semakin tinggi nilai Y maka semakin kecil dari nilai n
nya.
5. Analisa Grafik Hubungan u 1 dan n (profil 5)
0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.950
0.10.20.30.40.50.60.7
Profil 5 Grafik u1 vs n
Z = 4 cm Z = 6 cm
n
u1
Z (cm) U1 (m/s) n
4 0,5921229 0,756620,5405318 0,821680,4834663 0,874410,4186941 0,91129
6 0,5405318 0,676760,4834663 0,727680,4186941 0,762020,3418623 0,77153
Pada grafik terlihat hubungan antara u1 (profil kecepatan) dengan n
(perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter tabung pitot).
Nilai u1 berbanding lurus dengan nilai n, semakin tinggi nilai u1 maka semakin
besar nilai dari pada n. Hal ini disebabkan karena untuk mencari nilai u1
0,5921229 dipengaruhi oleh besarnya nilai n, dimana nilainya tergantung dari
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
besarnya Y. Sedangkan semakin tinggi nilai Y maka semakin kecil dari nilai n
nya.
6. Analisa Grafik Hubungan HDT Vs n (profil 5)
-0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.200.000000.000200.000400.000600.000800.001000.001200.001400.001600.001800.00200
Profil 5 Grafik hDT vs n
Z = 4 cm Z = 6 cm
n
hDT
Z (cm) hDT (MH2O) n
4 0,0015240 0,756620,0012700 0,821680,0010160 0,874410,0007620 0,91129
6 0,0012700 0,676760,0010160 0,727680,0007620 0,762020,0005080 0,77153
Pada grafik terlihat hubungan antara HDT (head pada tekanan arah tinggi)
dengan n (perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter
tabung pitot). Nilai HDT berbanding terbalik dengan nilai n, semakin tinggi nilai
HDT maka semakin kecil nilai daripada n. Hal ini disebabkan karena untuk
mencari nilai HDT 0,0015240 dikali dengan PDT, dimana nilainya tergantung dari
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
besarnya Y. Sedangkan semakin tinggi nilai Y maka semakin kecil dari nilai n
nya.
VII. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
1. Diameter saringan mempengaruhi laju kecepatan aliran fluida, dimana
semakin besar bentuk diameter lubang saringan maka kecepatan aliran fluida
akan semakin besar pula
2. Semakin jauh dari dinding segi empat maka profil kecepatan akan bertambah,
dimana kecepatan terbesar terletak pada sumbu pipa
3. Profil kecepatan juga dipengaruhi oleh diameter profil kecepatan, jika
diameter profil besar maka laju kecepatan aliran fluida akan semakin besar
B. Saran-saran
1) Kalau bisa percobaan dapat ditambahkan untuk bahan pengetahuan yang lebih
banyak.
2) Dalam praktikum, agar asisten selalu membimbing dan mengarahkan
praktikannya dan begitupula pada proses asistensi agar ilmu yang diperoleh
dalam laboratorium sebagai aplikasi dari teori yang diperoleh dibangku
perkuliahan dapat lebih dipahami
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN
LAPISAN BATAS(LB)
aliKOEEN DRAG
Recommended