bab 2 dt fix

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

1/27

FL UID CIRCUITFRICTION EXPERIMENTAL APPARATUS

LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2015/2016KELOMPOK 20

BAB II

FLUID CIRCUIT FRICTION EXPERIMENTAL APPARATUS

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Definisi Fluida

Fluida adalah zat yang terdefomasi secara terus-menerus (continue) akibat

terkena tegangan geser (shear stress).Hal ini menunjukkan terdapat tegangan geser

ketika fluida mengalir.

Gambar 2.1 Definisi Fluida

Sumber: Bruce R. Munson (2013)

Keterangan:

= Tegangan geser fluida (N/m2)

= Viskositas fluida (kg/ms)

= Gradien kecepatan (m/s)

2.1.2 Macam-Macam Fluida

A. Berdasarkan Laju Deformasi dan Tegangan Geser:

1. Newtonian Fluid

Fluida Newtonian adalah fluida yang tegangan geser dan regangan

gesernya linier.Hal ini berarti Fluida Newtonian memiliki viskositas dinamis

yang tidakakan berubah karena pengaruh gaya-gaya yang bekerja

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

2/27



padanya.Viskositas Fluida Newtonian bergantung pada temperatur dan tekanan.

Gambar 2.2 Variasi Linier Tegangan Geser Terhadap Laju Regangan Geser Fluida

Sumber: Bruce R. Munson (2013)

2. Non-Newtonian Fluid

Fluida Non-Newtonian adalah fluida yang tegangan gesernya tidak

berhubungan secara linier terhadap laju regangan geser. Fluida jenis ini

memiliki viskositas dinamis yang dapat berubah-ubah ketika terdapat gaya

yang bekerja pada fluida tersebut dan waktu. Contoh Fluida Non-Newtonian

adalah plastik, oli, getah karet.

Gambar 2.3 Variasi Linier Tegangan Geser Terhadap Laju Regangan Geser

Fluida Non-Newtonian

Sumber : Bruce R. Munson (2013)

B.

Berdasarkan Sifat Mampu Mampat

1.

Compressible Fluid

Compressible fluid ialah fluida yang memiliki massa jenis yang berubah

pada setiap alirannya. Dengan kata lain, massa jenis fluida ini tidak sama pada

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

3/27



setiap titik yang dialirinya. Hal ini disebabkan volume fluida ini yang berubah-

ubah, dapat membesar atau mengecil pada setiap penampang yang

dialirinya.Compressible fluid memiliki Bilangan Mach lebih besar dari 0,3.

Bilangan Mach yaitu perbandingan Antara kecepatan fluida per kecepatan

suara.Seperti pada persamaan dibawah ini.

Dimana:

V = Kecepatan fluida (m/s2)

A = Kecepatan suara (m/s2)

Ma = Bilangan mach

2. Incompressible Fluid

Incompressible fluid ialah fluida yang memiliki volume dan massa jenis

tetap pada setiap alirannya. Dengan kata lain massa jenis fluida ini sama pada

setiap titikyang dialirinya. Incompressible fluid memiliki Bilangan Mach lebih

kecil dari 0,3.

Pembagian kecepatan berdasarkan Bilangan Mach:

- Subsonic( Mach < 1,0)

- Sonic( Mach = 1.0)

- Transonic(0,8 1.0)

-

Hypersonic( Mach > 5.0)

C. Berdasarkan Sifat Aliran

1. Fluida dengan Aliran Laminer

Fluida dengan aliran laminer adalah fluida yang alirannya memiliki lintasan lapisan

batas yang panjang, sehingga seperti berapis-lapis.Aliran ini mempunyai bilangan Re

kurang dari 2300. Frank M. White, (2002:132)

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

4/27



Gambar 2.4 Aliran Laminar

Sumbe r: Fluid Mechanics, Frank M. White, 2002:132

2. Fluida dengan Aliran Turbulen

Fluida dengan aliran turbulen adalah fluida yang alirannya mengalami

pergolakan (berputar-putar) dan mempunyai bilangan Re lebih dari 4000.Ciri-

ciri aliran ini tidak memiliki keteraturan dalam lintasa fluida, kecepatan fluida

tinggi. Frank M. White, (2002:132)

Gambar 2.5 Aliran Turbulen

Sumber: Fluid Mechanics, Frank M. White, 2002:132

3.

Fluida dengan Aliran Transisi

Fluida dengan aliran transisi adalah fluida yang alirannya merupakan

aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.Aliran ini memiliki

bilangan Re Antara 2300-4000. Frank M. White, (2002:132)

Gambar 2.6 Aliran Transisi

Sumber: Fluid Mechanics, Frank M. White, 2002:132

Menurut hasil percobaan oleh Reynold, apabila bilangan Reynold

kurang daripada 2300, aliran biasanya merupakan aliran laminer.Apabila

bilangan Reynold lebih besar dari pada 4000, aliran biasanya adalah

turbulen.Sedang antara 2300 dan 4000 aliran dapat laminer ke turbulen

tergantung pada faktor-faktor lain yang mempengaruhi.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

5/27



D. Berdasarkan Bentuk Aliran

1. Fluida Statis

Fluida statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam)

atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tidak terdapat perubahankecepatan.

Fluida statis diasumsikan tidak memiliki gaya geser.

2. Fluida Dinamis

Fluida dinamis adalah fluida yang mengalir dengan kecepatan yang

tidak seragam.Biasanya fluida ini mengalir dari luas penampang tertentu ke

luas penampang yang berbeda.

2.1.3 Hukum Bernoulli

Hukum ini diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda

dalam suatu pipa. Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida

yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida

akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya

merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa

jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan

jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Syarat hukum Bernoulli

adalah:

1. Steady state

2. Densitasnya relatif konstan

3.

Gesekan diabaikan

4.

Diacu pada titik yang terletak di 1 streamline

Secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli, yang pertama

berlaku untuk aliran tak termampatkan (incompressible flow) dan yang lain untuk

fluida termampatkan (compressible flow).

a.

Aliran Tak Termampatkan

Aliran tak termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak

berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran

tersebut. Contohnya: air, minyak, emulsi, dll.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

6/27



Asal mula Bernoulli:

v2

P1 P2 v1

h2

h1

Gambar 2.7 Prinsip Bernoulli

Sumber: Suharto (2015)

Besarnya tekanan akibat gerakan fluida dapat dihitung dengan

menggunakan konsep kekelan energi atau prinsip usaha-energi.

Keterangan:

v = Kecepatan fluida (m/s)

V = Volume fluida (m3 )

g = Percepatan gravitasi bumi (m/s2 )

h = Ketinggian relatif terhadap suatu referensi (m)

P = Tekanan fluida (Pa)

ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)

γ = Berat jenis fluida (N/m3)

b. Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan

berubahnya besaran kerapatan masa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran

tersebut.Contohnya udara, gas alam, dll.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

7/27

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

8/27



2.1.5 Head

Head adalah energi per satuan berat, yang disediakan untuk mengalirkan

sejumlah zat cair untuk dikonversikan menjadi bentuk lain. Head mempunyai satuan

meter (m).Menurut Bernoulli ada 3 macam head fluida yaitu :

1.

Head Tekanan

Head tekanan adalah perbedaan head tekanan yang bekerja pada

permukaan zat cair pada sisi tekan dengan head tekanan yang bekerja pada

permukaan zat cair pada sisi isap.

Keterangan:

= Head tekanan(m)

= Head tekanan pada permukaan zat cair pada sisi tekan(m)

= Head tekanan pada permukaan zat cair pada sisi isap(m)

2.

Head Kinetik

Head kinetik adalah head yang diperlukan untuk menggerakkan suatu zat

darikeadaan diam sampai tempat dan kecepatan tertentu.

Keterangan: = Head kecepatan atau head kinetik (m)

= Kecepatan zat cair pada saluran tekan (m)

= Kecepatan zat cair pada saluran isap (m)

3.

Head Potensial

Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum

plane).Jadi suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

9/27



disebabkan oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom

air.

Z = Zd – Zs

Keterangan

Z = Head statis total atau head potensial (m)

Zd = Head statis pada sisi tekan (m)

Zs = Head statis pada sisi isap (m)

2.1.6 Losses

Kerugian energi atau istilah umumnya dalam mekanika fluida kerugian head

(headlosses) tergantung pada :

1. Bentuk, ukuran dan kekasaran saluran.

2. Kecepatan fluida.

3. Kekentalan.

Losses umumnya digolongkan sebagai berikut:

a. Minor Losses

Minor losses disebabkan oleh alat-alat pelengkap lokal atau yang diberi

istilah tahanan hidrolis seperti misalnya, perubahan bentuk saluran atau perubahan

ukurannya. Contoh dari beberapa alat-alat pelengkap-lokal adalah sebagai berikut:

Gambar 2.8 Minor losses (a) gate, (b) orifice, (c) elbow dan (d) valve

Sumber: Suharto (2015)

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

10/27



Keterangan:

h = Kerugian aliran akibat valve, elbow, orifice, dan perubahan penampang (m)

k = Koefisien hambatan valve, elbow, orifice, dan perubahan penampang

v = Kecepatan aliran (m/s)

g = Gravitasi (m/s2)

b. Major Losses

Major losses adalah suatu kerugian yang dialami oleh aliran fluida dalam

pipa yang disebabkan oleh koefisien gesekan pipa yang besarnya tergantung

kekasaran pipa,diameter pipa dan bilangan Reynold. Koefisien gesek dipengaruhi

juga oleh kecepatan,karena distribusi kecepatan pada aliran laminar dan aliran

turbulen berbeda. Secara matematik dapat ditunjukkan sebagai berikut:

Keterangan:

hf = Major losses (m)

f = Koefisien gesekan

L = Panjang pipa (m)

D = Diameter pipa (m)

V = Kecepatan aliran (m/s)

g = Gravitasi (m/s2)

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

11/27



Gambar 2.9 Moody Diagram

Sumber : Fluid Mechanics, Frank M. White, 2002:349

Untuk mendapatkan harga f dapat digunakan Grafik Moody (Moody

Diagram). Misalnya akan mencari koefisien gesekan dari suatu pipa, harga bilangan

Reynold dapat dicari terlebih dahulu dengan menggunakan:

Keterangan:

Re = Angka Reynold (tanpa satuan)

= Massa Jenis fluida (kg/m

3

)V = Kecepatan rata-rata (m/s)

D = Diameter pipa (m)

= Viskositas absolute dinamis (kg/m.s)

Kemudian angka kekasaran (ε) dibagi dengan diameter pipa didapat suatu

harga ε/d. Dari bilangan Reynold ditarik garis keatas sampai pada garis ε/d.

Kemudian ditarik ke kiri sejajar garis bilangan Reynold , maka akan didapat harga f.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

12/27



2.1.7 Viskositas

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar

kecilnya gesekan di dalam fluida.Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin

sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida

tersebut.Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang

disebut koefisien viskositas.Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau

pascal sekon (Pa.s).Alat yang digunakanuntuk mengukur viskositas yaitu viskometer.

Rumus viskositas adalah sebagai berikut :

Keterangan:

= Tegangan geser (N/m)

= Viskositas dinamik (Ns.m-2)

= Perubahan sudut atau kecepatan sudut dari garis (m/s)

Keterangan:

v = Viskositas kinematik (m2/s)

= Viskositas dinamik (Ns.m-2 atau kg m/s)

= Densitas atau massa jenis (kg/m)

Macam-Macam Viskositas:

1. Viskositas Dinamik, yaitu rasio antara shear, stress, dan shear rate.Viskositas

dinamik disebut juga koefisien viskositas.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

13/27



Gambar 2.10 Viskositas Dinamik

Sumber : Frank M.White (1991)

2. Viskositas Kinematik, yaitu viskositas dinamik dibagi dengan densitasnya.

Viskositas ini dinyatakan dalam satuan Stoke (St) pada cgs dan m²/s pada SI.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

14/27



Gambar 2.11 Viskositas KinematikSumber: Frank M White (1991)

Viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:

a. Suhu

Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka

viskositas akan turun, dan begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena

adanya gerakan partikel-partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu

ditingkatkan dan menurun kekentalannya.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

15/27



Tabel 2.1 Kerapatan dan Kekentalan Udara Pada 1 atm

Sumber: Frank M White (1991)

Tabel 2.2 Kerapatan dan Kekentalan Air Pada 1 atm

Sumber: Frank M White (1991)

b. Konsentrasi Larutan

Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan

dengan konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena

konsentrasi larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan

volume.Semakin banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel semakin

tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula.

c. Tekanan

Viskositas berbanding lurus dengan tekanan, karena semakin besar

tekanannya, cairan akan semakin sulit mengalir akibat dari beban yang

dikenakannya.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

16/27



2.1.8 Macam-Macam Katup

Katup adalah sebuah alat untuk mengatur aliran suatu fluida dengan

menutup,membuka atau menghambat sebagian dari jalannya aliran. Beberapa macam

katup yang sering digunakan, yaitu:

a.Gate Valve

Bentuk penyekat adalah piringan, atau sering disebut wedge, yang

digerakkan ke atas bawah untuk membuka dan menutup.Biasanya digunakan

untuk posisi buka atau tutup sempurna dan tidak disarankan untuk posisi sebagian

terbuka.

Gambar 2.12 Gate Valve

Sumber: Frank M. White (1991)

b. Globe Valve

Digunakan untuk mengatur banyaknya aliran fluida.

Gambar 2.13 Globe Valve

Sumber: Frank M. White, (1991)

c. Butterfly Valve

Bentuk penyekatnya adalah piringan yang mempunyai sumbu putar di

tengahnya. Menurut desainnya, dapat dibagi menjadi concentric dan eccentric.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

17/27



Eccentric memliki desain yang lebih sulit tetapi memiliki fungsi yang lebih baik

dari concentric. Bentuknya yang sederhana membuat lebih ringan dibandingkan

valve lainnya.

Gambar 2.14 Butterfly Valve


d. Ball Valve

Bentuk penyekatnya berbentuk bola yang mempunyai lubang menerobos

ditengahnya.

Gambar 2.15 Ball Valve


e. Plug Valve

Seperti ball valve, tetapi bagian dalamnya bukan berbentuk bola,

melainkan silinder.Karena tidak ada ruangan kosong di dalam badan valve, maka

cocok untuk fluida yang berat atau mengandung unsur padat seperti lumpur.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

18/27



Gambar 2.16 Plug Valve

Sumber: Frank M White, (1991)

Tabel 2.3 Fungsi Valve

Sumber : Diktat PLN Corporate University

2.1.9 Jenis-Jenis Flowmeter

Flowmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur debit fluida. Ada

4 jenis flowmeter , yaitu:

a. Rotameter

Alat ini digunakan untuk mengukur tingkat aliran fluida dalam tabungtertutup. Tersusun dari tabung dengan pelampung di dalamnya yang kemudian

didorong oleh aliran lalu ditarik ke bawah oleh gravitasi.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

19/27



Gambar 2.17 Rotameter

Sumber: R.K. Rajput (2008)

b.

Venturi

Alat ini digunakan untuk mengetahui beda tekanan.Efek venturi terjadi

ketika fluida tersebut bergerak melalui pipa yang menyempit.

Gambar 2.18 Venturi

Sumber:R.K. Rajput (2008)

c. Nozzle

Alat ini digunakan untuk mengetahui laju aliran, kecepatan suatu fluida.

Gambar 2.19 Nozzle

Sumber: Faith A. Morrison (2012)

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

20/27



d. Orifice

Alat ini digunakan untuk mengukur besar arus aliran. Terdapat 3 jenis

orifice, yaitu :

1.

Concentric Orifice

Digunakan untuk semua jenis fluida yang tidak mengandung partikel

padat.

Gambar 2.20 Concentric Orifice

Sumber : R.K. Rajput (2008)

2. Eccentric Orifice

Digunakan untuk fluida yang mengandung partikel padat

Gambar 2.21 Eccentric Orifice


3. Segmental Orifice

Digunakan untuk fluida khusus.

Gambar 2.22 Segmental Orifice


8/19/2019 BAB 2 DT FIX

21/27



2.2 Tujuan Pengujian

1. Mengetahui pengaruh faktor gesekan aliran dalam berbagai bagian pipa pada

bilangan reynold tertentu.

2.

Mengetahui pengaruh koefisien head dalam belokan 90

0

, reducer used pipe, sudden enlargement & contraction pipe, glove valve, gate valve, cock pada

bilangan reynold tertentu.

3. Mengetahui koefisien aliran untuk orifice, nozzle dan pipa venturi.

2.3 Spesifikasi Alat

Gambar 2.23 Fluid Circuit Friction Apparatus

Sumber : Laboratorium Fenomena Dasar Mesin

Model : FLEA-2000AL

Pompa air

Laju aliran x head : 73 liter/menit x 15 m

Motor penggerak

Daya : 0,75 kW

Tangki penyimpanan air

Kapasitas : 50 – 100 liter

Pengaturan kerugian gesek

Jaringan pipa, nominal (in) : ½ B, ¾ B, 1 B, 1 ¼ B

Perubahan penampang : Pembesaran dan pengecilan langsung,

pembesaran dan pengecilan secara berangsur-

angsur.

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

22/27



Peralatan pipa : Katup pintu air (gerbang), katup bola dan

kran.

Belokan : 90o – radius kecil dengan penghubung ulir

(sekrup) dan radius besar yang disambung

dengan las.

Peralatan

Flow meter :Orifice meter, nozzle, venturimeter, rotameter

Manometer pipa U (air raksa) : 550 (air raksa tidak disuplai

Manometer pipa U terbalik (air) : 550 mm

Penunjuk tekanan : 32 point

Kebutuhan Pendukung

1. Listrik 3 fase 220 / 380 V, 50 / 60 Hz

2.

Suplai air dingin pada tekanan utama ( mains ) dan kering

Dimensi dan Berat

Panjang : 3200 mm

Lebar : 700 mm

Tinggi : 1700 mm

Volume : 8 m3

Berat : 800 kg

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

23/27



Water pipe line detail

Gambar 2.24 Water Pipe Line Detail

Sumber : Modul Laboratorium Fenomena Dasar Mesin (2015)

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

24/27



Panel and Pressure Lead Tubes Connection Detail

Gambar 2.25 Panel and Pressure Lead Tubes Connection Detail


8/19/2019 BAB 2 DT FIX

25/27



Kinematic Viscosity of Water

Gambar 2.26 Kinematic Viscosity of Water


8/19/2019 BAB 2 DT FIX

26/27



2.4 Cara Pengambilan Data

A. Eksperimen Untuk Mengukur Kerugian Gesek Pada Pipa

Persiapan

1. Tutup semua katup ventilasi udara, katup pressure tapping selection dan katup

pembuangan (kontrol aliran).

2. Buka semua katup pengatur aliran, katup bola, katup gerbang ( gate valve),

drank ram (cock ) agar air dapat mengalir.

3. Tekan switch motor penggerak pada posisi ON agar pompa dapat bekerja

mensirkulasi air.

4. Buka katup ventilasi udara (katup VA-1 dan VA-2) untuk mengeluarkan udara

dari jaringan pipa.

Pengukuran

1. Putar katup kontrol aliran (VF-1) untuk mengubah debit aliran yang diinginkan,

debit aliran dapat dilihat pada rotameter.

2. Buka katup water inverse U-TUBE manometer (L dan R).

3. Buka katup ventilasi manometer air.

4. Buka katup pada pressure tapping selection untuk mengetahui perbedaan

tekanan antara dua titik (hanya dua katup yang terbuka); apabila ingin

mengetahui perbedaan tekanan dititik yang lain, tutup katup dan buka pada

katup yang diinginkan dan seterusnya.

5. Amati perbedaan tekanan yang terjadi pada manometer air.

6. Akhir dari pengujian, tutup semua katup dan matikan power switch (OFF).

B. Eksperimen Untuk Mengukur Kerugian Head Pada Peralatan Pipa

Persiapan






mensirkulasi air.


dari jaringan pipa.

Pengukuran

8/19/2019 BAB 2 DT FIX

27/27




2. Buka katup ( gate valve, globe valve, dan cock ) dalam keadaan bukaan penuh









C. Eksperimen Untuk Pengukuran dengan Orifice, Nozzle, dan Tabung Venturi

Persiapan






mensirkulasi air.


dari jaringan pipa.

Pengukuran











bab 2 dt fix

Documents