Upload
firza-faisal-daristiansah
View
102
Download
19
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Mekanika Fluida, engineering
Citation preview
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 1/11
Kelompok 14
MODUL III
ALIRAN MELALUI ORIFICE
3.1 Pendahuluan
Fluida yang mengalir melalui sebuah penyempitan seperti lubang berujung tajam
atau di atas ambang mengalami pengurangan jumlah aliran bila dihitung dengan asumsi
bahwa energi bersifat kekal dan aliran yang melalui penyempitan terus-menerus sepanjang
aliran tersebut. Untuk menjelaskan kekekalan energi tersebut, digunakan persamaan
Bernoulli.
er!obaan ini menggunakan orifi!e untuk mengamati kejadian berkurangnya aliran
saat melewati penyempitan tersebut. "elalui per!obaan ini akan ditentukan besarnya
reduksi pada aliran, kontraksi aliran dan kehilangan energi pada aliran air ke udara dari
orifi!e ujung tajam di dasar tangki.
3.2 Tujuan Praktiku
1. "engukur dan menghitung besarnya reduksi aliran yang terjadi, dilambangkan
dengan koefisien aliran #$d%&. "engukur dan menghitung koefisien kontraksi #$!% dan koefisien ke!epatan #$u%'. "enentukan hubungan antara debit aliran #(% dengan muka air pada orifi!e #)o%
3.3 Alat!alat Praktiku
1. *rifi!e apparatus&. Bangku hiraulik #tangki timbangan dan anak timbangan%'. ipa pitot4. engukur waktu (stopwatch)
3." Da#ar Te$ri dan Penurunan Ruu#
3.".1 De%it Aliran &'(
Bangku hidraulik digunakan untuk menghitung debit aliran air yang digunakan pada
per!obaan ini. Bangku hidraulik menggunakan prinsip kesetimbangan momen dan gaya.
enjelasan lebih lanjut mengenai bangku hidraulik dapat dilihat pada lampiran.
Besarnya debit dapat diperoleh dengan menggunakan rumus +
Q =v
t
di mana +
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 2/11
Kelompok 14
( debit aliran #m' detik%
/ /olume aliran #m'%
t waktu #detik%
sedangkanv=
m
ρ
subtitusikan / ke dalam persamaan debit ( dan dengan menggunakan nilai 01 kgm'
untuk air, didapatkan+
Q= W 1000×t
2engan +
( debit aliran #m' detik%
3 massa air yang mengalir dengan prinsip bangku hidraulik didapatkan bahwa 3 ' kali
massa beban
t waktu yang dibutuhkan untuk setimbang #detik%
3.".2 )$e*i#ien )e+e,atan &Cu(
Koefisien ke!epatan merupakan rasio antara ke!epatan aktual #5!% dengan ke!epatan ideal
#5o%.
aporan raktikum "ekanika Fluida
P
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 3/11
Kelompok 14
2engan asumsi bahwa aliran fluida bersifat tunak (steady), tidak kental, tidak
termampatkan, dan laminer, digunakan persamaan Bernoulli untuk perhitungan. 6injau
titik " dan 7, dengan titik 7 sebagai titik a!uan+
v M 2
2 g+
P M
ρg +
Z M =
v N 2
2 g+
P N
ρg+
Z N
6itik " dan 7 berhubungan langsung dengan udara luar sehingga tekanan pada " sama
dengan tekanan pada 7, yaitu tekanan atmosfer. 8ehingga, persamaan diatas menjadi +
vm2
2 g+Z m=
v n2
2 g+Z n
uas penampang pada titik " sangat besar jika dibandingkan dengan luas penampang pada
titik 7. *leh karena itu, ke!epatan aliran fluida pada " sangat ke!il dibanding aliran fluida
pada titik 7 sehingga dapat diabaikan, dan persamaan menjadi +
Z m=vn2
2 g+Z n
ada gambar diatas diperlihatkan bahwa 9m : 9n )o dan /n adalah /o. 8ehingga didapatkan
persamaan +
H o=vo2
2g
"aka, didapat /o +
vo=√ 2g H o
8elanjutnya tinjau titik dan 7 #titik 7 sebagai a!uan%, dengan menggunakan persamaan
Bernoulli+
v P2
2 g+
P P
ρ g+Z P=
v N 2
2g+
P N
ρ g+Z N
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 4/11
Kelompok 14
ada gambar diperlihatkan bahwa titik dan 7 sama-sama berhubungan langsung dengan
udara luar sehingga tekanan pada kedua titik tersebut adalah tekanan atmosfer.
8ementara itu, 9: 9n )! serta fluida pada adalah fluida statis dimana ke!epatannya
sama dengan nol sehingga persamaan Bernoulli kedua titik tersebut menjadi +
H c=vc2
2g
"aka didapatkan /! +
vc=√ 2 gH c
Koefisien ke!epatan #$u%merupakan perbandingan antara ke!epatan aktual #/!% dengan
ke!epatan ideal #/o% sehingga+
C u=vc
vo
C u=√2 g H c2g H o
=√ H c H o
3.".3 )$e*i#ien )$ntrak#i &C+(
Koefisien kontraksi #$!% merupakan rasio antara potongan melintang vena contracta #a!%
dengan potongan melintang orifi!e #ao% sehingga +
C c=ac
ao
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 5/11
Kelompok 14
dengan + a! luas potongan melintang semburan jet #m&%
ao luas potongan melintang orifi!e #m&%
3."." )$e*i#ien Aliran &Cd(
Koefisien aliran #$d% merupakan rasio antara debit aktual #(% dengan debit #( o% yang
terjadi bila aliran semburan pada ke!epatan ideal #/o%. 2ebit aktual +
Q=vc x ac
2ebit ideal, yaitu bila aliran semburan pada ke!epatan ideal #/o% tanpa terjadinya
penyempitan permukaan +
Qo=vo x ao
"aka perbandingan debit aktual #(% dan debit ideal #( o%+
C d= Q
Qo
=v c x ac
vo x ao
;tau pada eksperimen pengukuran kuantitas +
C d=Q
√ 2gH o x 1
ao
2ari persamaan diatas didapatkan +
C d=C u x C c
3.- Pr$#edur Per+$%aan
1. ;ir dibiarkan mengisi tangki sampai di atas ketinggian pipa pengalir kelebihan air di
bagian atas, dan air yang masuk diatur sehingga aliran bersifat konstan yang
diperhatikan melalui aliran yang keluar&. Kumpulkan dan ukur berat air melalui tangki timbangan'. $atat waktu pengukuran ketika timbangan naik saat pertama #sebelum diberi
beban% dan naik untuk kedua kalinya #setelah diberi beban%4. Ukur dan !atat nilai )o pada orifi!e
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 6/11
Kelompok 14
<. Ukur dan !atat nilai )! dengan menggunakan pipa pitot yang dimasukkan ke dalam
semburan yang timbul pada bagian bawah tangki=. "engukur dan men!atat diameter semburan yang terjadi pada /ena !ontra!ta
dengan menggunakan pipa pitot yang berujung tajam dengan menggunakan selisih
jarak dalam dan luar
>. ;liran masuk diubah dengan memperke!il atau memperbesar debit air yang masuk?. er!obaan dilakukan berulang sebanyak < kali, dengan tiap per!obaan dilakukan
pengambilan data & kali@. Ukur diameter orifi!e dan hitung luas potongan melintang orifi!e #ao%
3. Data Pen/aatan
7o.er!obaan engukuran 2ebit
)o #m% )! #m%
2iameter Aet #m%
3aktu t #detik% Berat 3 #kg% 2ebit ( #dt% C1 C& DC
1
4@.& &.< .1<&@@@ .&<< .&< .'&@ .&'1 .@?
4@.& &.< .1<&@@@ .&& .&< .4@ .'1' .@=
Eata& er!obaan 1 &.< .1<&@@@ .&'>< .&&>< .'=@ .&>& .@>
&
=.4? &.< .1&4? .&? .&>> .'@< .'4 .@1
=.4? &.< .1&4? .1> .1> .4'= .'4= .@
Eata& er!obaan & &.< .1&4? .&&< .&&'< .41<< .'&< .@<
'
44.'4 &.< .1=@14> .&<4 .&< .44 .'1@ .?<
44.'4 &.< .1=@14> .&4 .&4 .'? .&@@ .?1
Eata& er!obaan ' &.< .1=@14> .&4> .&4< .'@& .'@ .?'
4
11.&< < .14?14? .&' .&&@ .'@' .'& .@1
11.&< < .14?14? .& .1@? .4 .'1= .?4
Eata& er!obaan 4 < .14?14? .&1< .&1'< .'@=< .'@ .?><
<
11.4& < .14>@ .1?< .1? .'> .&@& .>?
11.4& < .14>@ .&' .& .'> .&@ .?
Eata& er!obaan < < .14>@ .1@4 .1@ .'> .&@1 .>@
Eata&6*6; >1.'& '.< .14?44 .&&'> .&1@@ .'??= .'1& .?>4
3.0 C$nt$h Perhitun/an
2ari data nomor 1 didapat +
t 4@,& detik
3 #' C &,<% kg >,< kg
)o ,&'><m
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 7/11
Kelompok 14
)! ,&&>< m
2iameter aliran ,@> m
2iameter orifi!e ,1'm
• "en!ari (
Q=W
1000 x t
Q= 7,5
1000 x 49,02
Q=0,000152999m3/detik
• Koefisien ke!epatan #$u%
C u=
√ H c H o
C u=√0,2275
0,2375
C u=¿,@>?
•
Koefisien kontraksi #$!%
C c=ac
ao
C c= 0,00007386
0,000132665
C c=0,5567
• Koefisien aliran #$d%
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 8/11
Kelompok 14
C d=Q
√ 2gH o x 1
ao
C d
=0,000152999
√ 2 x 9,8 x0,2375 x
1
0,000132665
C d=0,5448
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 9/11
Kelompok 14
3. Ta%el Perhitun/an
7o.er!obaan engukuran 2ebit
)o #m% )! #m%
2iameter Aet #m% a! #m&% ao #m&% $u $! $d
t #detik% 3 #kg% ( #dt% C1 C& DC.1'&=
>
1
4@.& &.< .1<&@@@ .&<< .&< .'&@ .&'1 .@?
4@.& &.< .1<&@@@ .&& .&< .4@ .'1' .@=
Eata&
er!obaan1 &.< .1<&@@@ .&'>< .&&>< .'=@ .&>& .@>
.>'?= .@>?>&@> .<<=>4<<= .<44?@?<=
&
=.4? &.< .1&4? .&? .&>> .'@< .'4 .@1
=.4? &.< .1&4? .1> .1> .4'= .'4= .@
Eata&er!obaan& &.< .1&4? .&&< .&&'<
.41<< .'&< .@<
.=4&@
.@@===1@' .4?4='1? .4?'1&4
'
44.'4 &.< .1=@14> .&<4 .&< .44 .'1@ .?<
44.'4 &.< .1=@14> .&4 .&4 .'? .&@@ .?1
Eata&er!obaan' &.< .1=@14> .&4> .&4< .'@& .'@ .?'
.<4?
.@@<@4'1?? .4>=''14 .4<@>@4<
4
11.&< < .14?14? .&' .&&@ .'@' .'& .@1
11.&< < .14?14? .& .1@? .4 .'1= .?4
Eata&er!obaan4 < .14?14? .&1< .&1'<
.'@=< .'@ .?><
.=1
.@@=<<<&& .4<''&<4 .4<144@4'
<
11.4& < .14>@ .1?< .1? .'> .&@& .>?
11.4& < .14>@ .&' .& .'> .&@ .?
Eata&er!obaan< < .14>@ .1@4 .1@ .'> .&@1 .>@
.4?@@
.@?@='>&= .'=@&?@@4 .'=<4='
Eata&6*6; >1.'& '.< .14?44 .&&'> .&1@@
.'??= .'1 .?>4
.=&> .@@14@'<= .4<4&==&> .4<1=4@
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 10/11
Kelompok 14
3. ra*ik dan Anali#i#
0.4300 0.4400 0.4500 0.4600 0.4700 0.4800 0.4900 0.5000 0.5100
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
f(x) = 0x + 0
Grafk Q vs Ho1/2
Q
Linear (Q)
2ari data pada table perhitungan, didapatkan nilai $d rata-rata ,4<1=4@
8edangkan dari hasil regresi grafik hubungan antara ( dengan )o1& didapat persamaan
garis linear +
y = 0,0002850922x + 0,0000137168
ersamaan garis ini menunjukkan hubungan antara /ariabel bebas #)o1&% dan /ariabel
terikat (.
2engan kemiringangradien #m% adalah + ,&?<@&&
"asukkan gradien se!ara ke rumus +
C d= 1
ao .√ 2g x Q
√ H O
dengan gradien #m%
Q
√ H O
didapatkan nilai $d ,4?<41
aporan raktikum "ekanika Fluida
7/17/2019 Modul III Aliran Melalui Orifice
http://slidepdf.com/reader/full/modul-iii-aliran-melalui-orifice 11/11
Kelompok 14
6erdapat perbedaan antara nilai $d yang didapatkan melalui hasil per!obaan dengan nilai
$d yang didapatkan melalui perhitungan se!ara teoritis. 8eharusnya kedua nilai $d tersebut
adalah sama. ;dapun perbedaan ini dapat disebabkan karena beberapa faktor, seperti +
1. Kekurangtelitian dalam pemba!aan pada pipa yang menunjukkan ketinggian air
&. Kekurangtelitian dalam pengukuran diameter air yang mengalir melalui orifi!e
3.14 )e#i,ulan dan 5aran
3.14.1 )e#i,ulan
1. Koefisien ke!epatan #$u% merupakan rasio antara ke!epatan a!tual #/!% dengan
ke!epatan teoretisideal #/o%&. Koefisien kontraksi #$!% merupakan rasio antara luas potongan melintang /ena
!ontra!ta #a!% dengan luas penampang orifi!e #ao%'. Koefisien aliran #$d% merupakan perbandingan antara debit aktual #(% dengan debit
semburan aliran yang melalui orifi!e dengan ke!epatan ideal tanpa terjadi
penyempitan permukaan #( o%. perbandingan tersebut sama dengan $d $u C $!
4. rafik yang didapat dari perbandingan ( dengan )o1& menunjukkan bahwa ( dan
)o berbanding lurus, semakin besar )o maka semakin besar pula (
3.14.2 5aran
1. 8aat pengambilan data khususnya pada pemba!aan skala, sebaiknya dilakukan
dengan sangat teliti untuk meminimalisasi kesalahan pemba!aan
&. ;lat yang digunakan untuk per!obaan sebaiknya diperiksa terlebih dahulu apakahberfungsi seperti seharusnya. )al ini juga perlu untuk mengurangi kesalahan dalam
pengambilan data
3.11 Re*eren#i
3hite, Frank ". Mekanika Fluida. 1@@4. Aakarta + Grlangga
aporan raktikum "ekanika Fluida