Rabu, 30 Januari 2013

LAPORAN PRAK. OTK I



PBAB I
PENDAHULUAN



1.1  Tujuan Percobaan
Menentukan  type aliran  laminer,  transisi dan turbulen pada sistem dari aliran fluida (air), dengan mengamati dan mengukur Nre.

1.2  Teori Dasar
Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya  inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Namanya diambil dari Osborne Reynolds (1842–1912) yang mengusulkannya pada tahun 1883.
Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak berdimensi lain, untuk memberikan kriteria untuk menentukan  dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris, mungkin pada fluida yang berbeda dan laju alir yang berbeda pula, memiliki nilai bilangan tak berdimensi yang relevan, keduanya disebut memiliki kemiripan dinamis.
Misalnya pada aliran dalam pipa, panjang karakteristik adalah diameter pipa, jika penampang pipa bulat, atau diameter hidraulik, untuk penampang tak bulat.
Perbandingan gaya-gaya yang disebabkan oleh gaya inersia, gravitasi, dan kekentalan (viskositas) dikenal sebagai bilangan reynold (NRe).
Aliran fluida dalam  pipa, berdasarkan besarnya bilangan reynold dibedakan menjadi aliran laminar, aliran transisi, dan aliran turbulen. Dalam hal ini jika nilai NRe kecil aliran akan meluncur diatas lapisan  lain yang dikenal dengan aliran laminar sedangkan jika aliran-aliran tadi terdapat garis edar tertentu yang dapat dilihat, aliran ini disebut aliran turbulen.
Pada pipa:
Aliran laminar terjadi jika NRe <2100
Untuk kondisi 2100 < NRe >4000 Disebut turbulen
Untuk kondisi 2100 < NRe < 4000 aliran ini diklasifikasikan sebagai aliran transisi. Dimana NRe = V R / v Guna menentukan makna kelompok tanpa dimensi. Reynold melakukan eksperimennya mengenai aliran air melalui lubang kaca. Sebuah tabung kaca dipasang horizontal dengan satu ujungnya didalam tangki dan sebuah katup pada ujung lainnya. Pada ujung hulu terpasang lubang masuk corong lonceng yang licin, dengan jet warna yang diatur demikian sehingga arus zat waktu yang halus dapat disemprotkan di titik setiap didepan corong lonceng tersebut. Sebagai kecepatan karakteristik Reynold memakai kecepatan rata-rata V dan sebagai panjang karakteristik dipakainya garis tengah tabung (D) sehingga NRe = V D r /m Untuk debit yang kecil arus zat warna bergerak melalui tabung membentuk lamina-lamina (benang-benang) yang menujukkan bahwa aliran tersebut merupakan aliran laminar. Dengan meningkatnya laju aliran tersebut maka bilangan reynold akan bertambah besar, karena parameter V berbanding lurus dengan laju aliran, sedangkan parameter D ,r ,m adalah konstan. Zat warna paada kondisi tersebut akan bercampur dengan air. Aliran telah berubah menjadi aliran turbulen dengan pertukaran momentumnya yang besar yang telah sepenuhnya menggangu gerakan teratur aliran laminar.
Bilangan Reynold merupakan besaran fisis yang tidak berdimensi. Bilangan ini dipergunakan sebagai acuan dalam membedakan aliran laminier dan turbulen di satu pihak, dan di lain pihak dapat dimanfaatkan sebagai acuan untuk mengetahui jenis-jenis aliran yang berlangsung dalam air. Hal ini didasarkan pada suatu keadaan bahwa dalam satu tabung/pipa atau dalam satu tempat mengalirnya air, sering terjadi perubahan bentuk aliran yang satu menjadi aliran yang lain. Perubahan bentuk aliran ini pada umumnya tidaklah terjadi secara tiba-tiba tetapi memerlukan waktu, yakni suatu waktu yang relatif pendek dengan diketahuinya kecepatan kristis dari suatu aliran. Kecepatan kritis ini pada umumnya akan dipengaruhi oleh usayaran pipa, jenis zat cair yang lewat dalam pipa tersebut.
Terdapat empat besaran yang menentukan apakah aliran tersebut digolongkan aliran laminier ataukah aliran turbulen. Keempat besaran tersebut adalah besaran massa jenis air, kecepatan aliran, kekentalan, dan diameter pipa. Kombinasi dari keempatnya akan menentukan besarnya bilangan Reynold. Oleh sebab itu, bilangan Reynold dapat dituliskan dalam keempat besaran tersebut sebagai bersyarat.
NRe = (ρ v D)/ μ
Keterangan:
             NRe : biLangan Reynold
                  ρ : massa jenis
                  μ : Viscositas/Kekentalan
                 v : Kecepatan Aliran
                D : Diameter Pipa
Hasil perhitungan berdasarkan eksperimen didapatkan ketentuan bahwa untuk bilangan Reynold bersyarat ini:
0<2100, aliran disebut laminier
2100 >NRe > 4000, aliran disebut transisi antara laminier dan aliran turbulen
NRe > 4000, aliran turbulen

Viskositas  
Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi
atau perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju
perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan
seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada
zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya
temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut.

Rapat jenis (density )
Density atau rapat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan
dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung
nisbah ( ratio ) massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume
bagian tersebut.
Nilai density dapat dipengaruhi oleh temperatur semakin tinggi temperatur maka
kerapatan suatu fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul –
molekul fluida semakin berkurang.

Debit Aliran
Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran  pada masing masing pipa experimen diaman rumus debit aliran 
Q = /t

Dimana : Q  = Adalah debit aliran ( m3/s )
                 V  = Adalah kecepatan aliran ( m/s )
                 A  =  Adalah luas penampang ( m2 )
                   =  Adalah volume fluida ( m3 )



BAB II
PERCOBAAN



2.1  Variable Percobaan

v  Bukaan valve sistem: 360o (1 putaran) dan 720o (2 putaran)
v  Bukaan valve utama:
v  DARI kondisi tertutup sampai terbuka penuh):
§    10o,  20o, 30o, 40o, 50o, 60o, 70o, 80o, dan 90o
v  Bukaan valve utama ( dari kondisi terbuka tertutup ):
90o dan serata, 80o, 70o, 60o, 50o, 40o, 30o, 20o dan 10o

2.2  Alat Dan Bahan

a.       Alat yang digunakan
-          Instrumentasi penetuan bilangan Reynold
-          Gelas ukur
-          Temometer air raksa
-          Penggaris busur
b.      Bahan yang digunakan
-          Air
-           zat pewarna makanan.
3.3  Prosedur Percobaan

1.      Isi penuh tangki penyuplai dengan air.
2.      Nyalakan pompa untuk mengisi bak (tangki pengkonstan) dan biarkan hingga air overflow.
3.     
5
Buka valve dari tangki pengkonstan ke sistem dengan bukaan penuh dan periksa kebocoran-kebocoran (kalau ada laporan pada asisten)
4.      Keluarkan udara yang terjebak dengan cara membuka dan menutup valve utama serta valve buangan udara secara bergantian.
5.      Tutup valver utama, tutup valve buangan udara dan tetap buka valve suplai air (pompa tetap dinyalakan) karena overflow harus tetap terjadi, tetapi sekecil mungkin.
6.      Buka perlahan-lahan valve utama serta buka perlahan-lahan pula valve untuk zat warna ( sebelumnya checking zat warna harus penuh).
7.      Pergunakan aliran zat warna yang sesui dan mudah diamati.
8.      Tentukan bukaan valve utama pada posisi tertentu, lalu amati aliran dari zat warna serta ukuran aliran pada akhir sistem dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch, pengukuran minimal lakukan 2 kali.
        Percobaan  di ulang 4 sampai 7 kali dengan bukaan valve besar, lalu bukaan valve akhir dari sistem mulai ditutup sedikit demi sedikit dan dilakukan  juga pengukuran serta pengamatan terhadap aliran zat warna yang terjadi sampai valve tertutup penuh.















Diisi penuh tangki disuplai dengan air.

2.4  Diagram Alir
Dinyalakan pompa untuk mengisi bak (tangki pengkonstan) dan biarkan hingga air overflow.

Dikeluarkan udara yang terjebak dengan cara membuka dan menutup valve utama serta valve buangan udara secara bergantian.

Ditentukan bukaan valve utama pada posisi tertentu, lalu amati aliran dari zat warna serta ukuran aliran pada akhir sistem dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch, pengukuran minimal lakukan 2 kali.

Ditutup valver utama, tutup valve buangan udara dan tetap buka valve suplai air (pompa tetap dinyalakan) karena overflow harus tetap terjadi, tetapi sekecil mungkin
Pergunakan aliran zat warna yang sesui dan mudah diamati
Dibuka perlahan-lahan valve utama serta buka perlahan-lahan pula valve untuk zat warna ( sebelumnya checking zat warna harus penuh).

Dibuka valve dari tangki pengkonstan ke sistem dengan bukaan penuh dan periksa kebocoran-kebocoran (kalau ada laporan pada asisten)

 

























3
2.5  Peralatan Percobaan
6
8
1
4
7
4
5
6
2
5











Gambar 2.5 : Peralatan Percobaan NRe Bilangan Reynold

Keterangan  Nama Alat:
1.      Tandon Air Atas
2.      Pipa ½ (Pengontrol  Luberan  Dari Tandon  Atas)
3.      Pipa ½ (Untuk Menaikkan Air)
4.      Tandon  Air Bawah
5.      Pigmen
6.      Valve Bukaan 90
7.      Motor Listrik
8.      Pipa Kaca





BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengamatan
3.1.1  Bukaan valve dari keadaan tertutup penuh ke terbuka
Tabel 1. Data pengamatan
bukaan (%)
Volume

t (waktu)

Aliran

V1
V2
t1
t2
5
38,5
41
2,02
2
laminer
10
63,5
70,75
2,04
2,12
laminer
15
140
140
2
2
Laminer
20
297,5
266,25
2,1
2,03
Laminer
25
385
385
1,96
2,02
Transisi
30
487,5
481,25
2,01
2,06
Transisi
35
570
550
1,94
1,99
Transisi
40
607,5
630
1,99
2,11
Turbulen
45
640
620
2,11
2,02
Turbulen
50
672,5
677,5
1,92
2
Turbulen
55
680
720
1,84
2,05
Turbulen
60
742,5
697,5
2,09
2,13
Turbulen
65
760
755
2,35
2,01
Turbulen
70
773,75
790
2,05
2,03
Turbulen
75
780
790
2,02
1,96
Turbulen
80
820
827,5
2,01
2,04
Turbulen
85
825
845
1,95
2,01
Turbulen
90
852,5
855
1,97
2
Turbulen
95
880
880
1,96
2,01
Turbulen
100
900
890
2,02
1,99
Turbulen







9
 
3.1.2 Bukaan Valve dari Keadaan Terbuka Penuh ke Tertutup
Tabel. 2 Data pengamatan
Bukaan (%)
Volume
t (waktu)
Aliran
V1
V2
t1
t2
100
900,00
890,00
2,02
1,99
Turbulen
95
857,50
862,00
1,98
2,00
Turbulen
90
830,00
850,00
1,97
2,02
Turbulen
85
817,50
825,00
1,91
1,97
Turbulen
80
790,00
787,50
1,99
2,00
Turbulen
75
776,25
771,25
1,98
1,99
Turbulen
70
765,00
760,00
2,00
1,93
Turbulen
65
747,50
728,75
2,01
2,03
Turbulen
60
710,00
685,00
2,08
2,11
Turbulen
55
672,50
633,00
2,01
2,01
Turbulen
50
600,00
600,00
1,99
2,00
Turbulen
45
57750,00
588,25
1,98
1,99
Transisi
40
510,00
515,00
1,99
1,99
Transisi
35
420,00
451,25
2,00
1,98
Transisi
30
295,00
295,00
2,00
2,01
Laminer
25
241,25
243,75
2,04
2,00
Laminer
20
165,00
162,50
2,18
2,01
Laminer
15
115,00
10,75
2,01
2,00
Laminer
10
68,00
65,00
2,03
2,02
Laminer
5
36,00
37,00
1,98
2,00
Laminer











3.2  Hasil dan Pembahasan
3.2.1 Bukaan valve dari keadaan tertutup penuh ke terbuka

Ket: X= bukaan (%), Y= Nre
Grafik 3.1 Hubungan antara bukaan dengan NRe pada Bukaan valve dari keadaan  tertutup penuh ke terbuka
Dari grafik 3.1 hubungan antara bukaan dengan NRe pada bukaan valve dari keadaan tertutup penuh ke terbuka  menunjukkan hasil perhitungan diatas dapat diketahui bahwa pada bukaan valve utama dari kondisi tertutup sampai terbuka penuh pada bukaan 15% adalah bentuk aliran transisi karena  NRe-nya di antara 2100 - 4000, yaitu 2870.  Sedangkan pada bukaan 20% sampai 35%  adalah bentuk alirannya turbulen karena NRe nya > 4000, dari hasil grafik dapat diketahui bahwa NRenya semakin tinggi karena NRe tersebut dipengaruhi oleh massa jenis, viskositas, kecepatan aliran, dan diameter pipa.
NRe = ρ. v .D/µ
Dari hasil perhitungan pada kondisi valve tertutup keterbuka penuh pada bukaan 15% adalah transisi, bukaan 20% adalah turbulen, bukaan 25% sampai dengan 35% adalah turbulen, sedangkan pada hasil pengamatan percobaan untuk bukaan 15% sampai dengan 20% adalah laminer dan bukaan 25% sampai dengan 35% adalah transisi. Hal ini terjadi perbedaan dikarenakan oleh :
1.      Density
Density atau rapat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan
dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung
nisbah ( ratio ) massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume
bagian tersebut
2.      Viskositas karena kekentalan
Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut.

3.    Viskositas
Viskositas  mempengaruhi nilai NRe karena viskositas merupakan tingkat kekentalan suatu fluida (zat cair), di mana viskositas ini akan sangat berpengaruh terhadap massa jenis suatu fluida. Jika tingkat kekentalan (viskositas) fluida tinggi, maka massa jenisnya juga semakin tinggi, demikian juga sebaliknya.

4.    Diameter Pipa
Demikian juga dengan diameter pipa, jika diameter pipa kecil dengan tingkat viskositas dan massa jenis yang besar maka kecepatan alirannya juga kecil, jadi massa jenis, kecepatan, viskositas dan diameter pipa sangat berpengaruh terhadap besarnya niai NRe karena besaran-besaran tersebut sangat berhungan satu dengan yang lain dan saling mempengaruhi, hal ini berdasarkan rumus:
 NRe = ρ.v.d/µ                           
untuk hubungan antara bukaan valve dan NRe yaitu nilai NRe semakin besar bukaan valvenya  maka semakin besar pula nilai Nrenya  maka kecenderungan transisi aliran suatu fluida dari laminer menjadi turbulen juga semakin besar.
5.      Kecepatan Aliran
Kecepatan aliran sangat berpengaruh dalam debit aliran. Semakin cepat aliran mengalir, maka semakin besar debit aliran yang dihasilkan. Semakin lambat aliran mengalir, maka semakin sedikit debit aliran yang dihasilkan.



3.2.2  Bukaan valve dari keadaan terbuka penuh ke tertutup      
.






Ket: X= bukaan (%), Y= Nre
Grafik 3.2 Hubungan antara bukaan dengan NRe pada Bukaan valve dari keadaan terbuka penuh ke tertutup
Pada grafik 3.2 dengan bukaan NRe pada bukaan valve dari keadaan terbukapenuh ke tertutup menunjukkkan bahwa  keadaan 45% sampai dengan 35% disebut turbulen karena NRenya diatas 4.000 sedangkan pada bukaan 30% dan 25% disebut transisi karena NRenya diantara 2.100 sampai 4.000. Di lihat pada hasil grafik pada bukaan valve dari keadaan terbuka penuh ke tertutup karena NRe tersebut dipengaruhi oleh massa jenis, viskositas, kecepatan aliran, dan diameter  pipa.
    NRe = ρ.v.d/µ
Dari hasil perhitungan pada kondisi valve tertutup keterbuka penuh pada bukaan 15% adalah transisi, bukaan 20% adalah turbulen, bukaan 25% sampai dengan 35% adalah turbulen, sedangkan pada hasil pengamatan percobaan untuk bukaan 15% sampai dengan 20% adalah laminer dan bukaan 25% sampai dengan 35% adalah transisi.
Perbedaaan antara hasil pengamatan dan hasil perhitungan dikarenakan antara lain:
1.      Viskositas dari zat warna, jika zat perwarna terlalu besar  viskositasnya maka zat tersebut akan sulit keluar melalui pipa saluran zat perwarna, jika zat pewarna terlalu kecil viskositasnya maka aliran yang keluar akan semakin kecil pula, hal ini dipengaruhi juga oleh adanya tekanan yang diberikan pada saat zat tersebut keluar.
Jika viskositasnya terlalu besar, maka tekananya juga semakin besar, dimana akibatnya aliran yang terjadi kecil, sehingga tidak terbentuk aliran fluida maka kerapatanya kecil, dan molekul yang terjadi besar aliranya juga sulit keluar, jika viskositasnya terlalu kecil, maka tekananya juga akan kecil, karena kerapatanya besar, sehingga molekul yang terjadi sangat kecil dan aliran tidak terbentuk atau terlalu bias (menyebar kesegala arah).
2.      Dimeter pipa akan mempengaruhi kecepatan aliran, sehingga bentuk aliran sulit dilewati bentuknya karena berhubungan dengan tekanan yang ditimbulkan dari atas tangki penampung air, jadi ketinggian tangki penampung air juga mempengaruhi kecepatan aliran yang akan terbentuk fluida.
3.    Panjang pipa kaca akan mempengaruhi  terbentuknya aliran,  yang berhubungan juga    dengan tekanan yang ditimbulkan dari atas tangki penampung air.
























BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN

4.1  Kesimpulan
Setelah melakukan percobaan, serta perhitungan biangan Reynolds maka dapat kami simpulankan sebagai berikut:
Bukaan  valve  dari  keadaan tertutup ke  terbuka  penuh
NRe untuk aliran Laminer rata-ratanya yaitu : 810,840,965 (NRe < 2100 )
NRe untuk aliran Transisi rata-ratanya yaitu  : 2,096,813  ( 2100 < NRe < 4000 )
NRe untuk aliran Turbulen rata-ratanya yaitu : 118,555,7   ( NRe > 4000 )

Bukaan valve dari keadaan terbuka ke tertutup
NRe untuk aliran Laminer rata-ratanya yaitu : 2,072,67    (NRe < 2100  )   
NRe untuk aliran Transisi rata-ratanya yaitu  :  3,443,372  ( 2100 < NRe < 4000 )
NRe untuk aliran Turbulen rata-ratanya yaitu : 64,302,57  ( NRe > 4000 )
Sedangkan untuk hubungan antara bukaan valve dan NRe yaitu nilai NRe semakin besar bukaan valvenya  maka semakin besar pula nilai Nrenya  maka kecenderungan transisi aliran suatu fluida dari laminer menjadi turbulen juga semakin besar.
4.2  Saran
Sebaiknya  alat yang digunkan  untuk praktikum ini hendaknya dilakukan pengecekan terhadap alatnya terutama ketinggian harus disesuaikan dengan panjang dari pipa kaca sehingga perhitungan Nrenya sesuai dengan data.

15

 


Daftar Pustaka
Halliday, D & Resnick, R. 1990. Fisikajilid1. Erlangga. Jakarta.
Suharto. 1991. Dinamika dan Mekanika untuk Perguruan Tinggi. Rineka Cipta. Jakarta.
Streeter,  VL & Wylie,  EB.  1985.  Mekanika Fluida jilid 1.  Erlangga.  Jakarta.
 http://amaliandini.wordpress.com/2011/03/02/bilangan-reynolds



















APPENDIKS
1.      Data Pengamatan
Ø  Suhu Air = 31
Ø  Suhu Udara = 30
Ø  Tekanan Udara = 760mmHg
Ø  Tebal Pipa Kaca = 0,4 cm
Ø  Keliling pipa kaca = 21 cm
2.      Rumus Perhitungan
Ø  Perhitungan Diameter dalam pipa
Ø  D = (k/П)-d
    =(21/3,14)-0,4
    =6,3 cm
Ø  Perhitungan luas penampang pipa
L= ½ П D2
 =1/4(3,14)(6,3)
 =4,9 cm2
Ø Perhitungan viskositas fluida air pada suhu 30 C dan 31 C
µ suhu 300 C = 0,8007 cp
µ suhu 320 C = 0,7679 cp
µ suhu 310 C = 0,8007 –( (0,8007-0,7679*30-31)/(30-32))
                    = 0,7843 cp
                    =0,7843 cp X 10^-2/1
                    =0,007843 g/cm.s
Ø Perhitungan densitas fluida air pada suhu 310 C
Data densitas air untuk suhu 300 C dan 400 C
Ρ suhu 300 C = 0,99568
P suhu 400 C = 0,99225
P suhu 310 C = 0,99225 – (0,99568-0,99225)(30-31)/(30-40)
                    = 0,995 g/cm3
Ø  Perhitungan volume rat-rata (V)
V=V1+V2/2
Contoh pada bukaan 5%:
V1 = 46 x 1/1
      = 46 cm3
V2 = 51x 1/1
      =51 cm3
V   = 46+51/2
      =48,5 cm^3
Ø Perhitungan Laju Alir fluida (q)
Contoh pada bukaan 5%
V = 48,5 cm3
T1 = 2,07 s
Q1 = V/t1
     = 48,5/2,07
     = 23,43 cm3/s
T2 = 2,04 s
Q2 = 48,5/2,04
     23,7 cm3/s
Ø  Perhitunga velocity fluida (v)
V =q/L
Contoh pada bukaan valve 5%
Q = 23,6cm3/s
L = 31,02 cm2
V = 23,6 / 31,02
    =0,8 cm/s
Ø  Perhitungan bilangan Reynold (Nre)
Nre = D. ρ.v/µ
Contoh pada bukaan valve 5 %
D = 6,3 cm
µ = 0,007843 gr/cm.s
ρ = 0,995337 gr/cm^3
v = 0,76 cm/s
Nre =6,3x0,995337x0,76/0,007843
      =  607,6
Catatan : untuk perhitungan yang lain sama caranya dengan menggunakan pada bukaan valve 5%.