Penuntun Praktikum Hidrolika PENUNTUN PRAKTIKUM HIDRAULIKA

Penuntun Praktikum Hidrolika

PENUNTUN PRAKTIKUM HIDRAULIKA

JURUSAN SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SILIWANGI TASIKMALAYA

2012


Percobaan-1 OSBORNE REYNOLDS

1.1. Pendahuluan Percobaan Osborne Reynolds merupakan suatu eksperimen untuk menentukan sifat aliran, yakni aliran laminer, transisi dan turbulen Penentuan sifat aliran dapat dilakukan melalui pengamatan pada Osborne Reynolds apparatus berdasarkan pada pola gerakan dari zat warna dalam aliran. Zat warna yang dipakai adalah tinta. Jika tinta tersebut bergerak secara teratur dan mempunyai garis alur yang sejajar dan bergerak secara berlapis-lapis maka aliran tersebut adalah aliran laminer. Kemudian jika tinta tersebut bergerak

menyebar atau bergalau, maka aliran tersebut adalah aliran transisi

atau aliran turbulen. Kemudian dari percobaan ini dihitung debit dan kecepatan luida, yang selanjutnya akan digunakan dalam penghitungan bilangan Reynolds (Re). Berdasarkan bilangan Reynolds (Re) tersebut dapat diklasifikasikan sifat-sifat aliran yang telah diamati, baik secara teoritis maupun secara pengamatan (visualisasi).

I.2. Tujuan Percobaan 

Mengamati dan mengklasifikasi sifat aliran secara visualisasi berdasarkan pola gerak

zat warna tinta dalam aliran .  Menghitung dan mengklasifikasikan sifat aliran secara teoritis Berdasarkan bilangan Reynolds ( Re). Membandingkan

apakah sifat aliran fluida terdapat kecocokkan I kesesuaian

antara pengamatan secara visual dengan pengklasifikasian secara perhitungan (teoritis).

I.3. Peralatan a. Osborne Reynolds aparatus. b. Stop watch. c. Gelas Ukur.

Laboratorium Teknik Sipil

1


DYE Reservoir Capacity 20 Cu DYS INJECTOR

WITH TUBE VERTICAL THIS SURFACE MUST BE HORIZONTAL WITH IN

COVER PLATE

STILLING TANK ------1 I 1

BELL MOUIH' DYE INJECTOR IU3E 0·7 mm 1/D

Serial no.on Underside of this flange above opening

12 mm 1/D Sight Tube Td Water Supply 12 mm 1/D Hose x 2 m Long Supplied

TankStand

10 mm 1/D Hose x 2 m Long Supplied 4 Feet 57 mm DIA

Gambaran Umum Peralatan Osborn Reynolds

Laboratorium Teknik Sipil

2

0·


d. Thermometer. e. Tinta

1.4. Teori Dasar dan Rumus 1.4.1 Debit Air Perhitungan

besarnya

debit

yang

mengalir

adalah

dengan

menggunakan gelas ukur, dalam selang waktu tertertu: Q = v.t Q = debit aliran (m3/s)

Dimana

V = Volume Air (m 3 ) t = waktu pengukuran (s)

1.4.2 Bilangan Reynolds Bilangan

reynolds

(Re) adalab

suatu

bilangan

tak

berdimensi

yang

menunjukan sifat suatu aliran, dimana bilangan tersebut merupakan kelompok tak berdimensi dari karakteristik

parameter

- parameter

fluida

yaitu

kecepatan

, panjang karakteristik , dan viskositas kinematik. Hubungan dari

parameter tersebut adalah

v.L Re=v Dimana: v = kecepatan (mm/s) v = viskositas kinematik (mm 2/s) L = panjang karakteristik (mm)

Untuk aliran dalam pipa diambil kecepatan rata-rata, sebagai kecepatan karakteristik

Reynolds dan garis tengah pipa D sebagai panjang karakteristik

pipa, sehingga didapat hubungan :


3


v.D Re=v Dimana: Re = Bilangan reynods V = Kecepatan aliran mm/s) D = Diameter pipa (mm) v = Viskositas kinematik (mm2/s) Bilangan reynolds mempunyai untuk membedakan larniner didefinisikan

sifat

aliran

makna antara lain sebagai perangkat

laminer,

transisi

atau turbulen.

Aliran

sebagai aliran dengan fluida yang bergerak dalam

lapisan-lapisan atau lamina-lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar pada lapisan yang bersebelahan dimana pertukaran momentum terjadi akibat difusi molekular saja. Kecendrungan diredam habis oleh ga.ya-gaya geser

ke arah ketakstabilan viskos

yang

dan turbulensi

memberikan

tahanan

terhadap gerakan relatif lapisan-lapisan fluida yang bersebelahan. Namun , aliran turbulen mempunyai gerakan partikel- pertikel fluida yang sangat tak menentu, dimana pertukaran momentum dalam arah melintang menjadi besar sebagai

akibat difusi turbulen. Sifat

Turbulen secara

pokok aliran yakni

sifat Laminer,

serta posisi relatifnya pada skala yang menunjukkan pentingnya relatif

kecendrungan

turbulens

ditunjukkan oleh bilangan Reynolds.

terhadap kecendnmgan

laminar

Dengan klafikasi

nilai sebagai berikut: R

> 4.000

2 000 < R < 4.000 R

< 2.000

---------------------------------------------------

Sifat aliran turbulen

--------------------------

Si fat ali ran I ami ner

Sifat aliran transisi

1.4.3 Faktor Gesekan Akibat adanya gesekan antara fluida dan dinding fluida akibat aliran fluida maka akan terjadi kehilangan

energi, yang disebut sebagai kehilangan

tinggi tekan yang besamya dinyatakan dalam persamaan Darcy-Weisbanch:


4


Dimana: hf = kehilangan tinggi tekan (m) f = faktor gesekan L = panjang pipa (m) D = diameter pipa (m) v = kecepatan aliran (m/s) g = percepatan grafitasi (m/s2 ) Harga faktor gesekan (f) berbeda-beda untuk setiap jenis aliran yaitu: a. Untuk aliran laminer menurut Hagen-poiseulle dan Darcy-wcisbach: f = 64 Re b. Uatuk aliran turbulen menurut Blassius : f= 0,316 Re-0,25 Kehilangan energi akibat friksi pada aliran laminer adalah linier terhadap kecepatan, sedangkan pada aliran turbulen kehilangan energi s-:banding dengan eksponcnsial keccpatan.

Viskositas

1.4.4

Di antara semua sifat-sifat fluida , viskositas memerlukan perhatian yang terbesar

dalam

telaahan

tentang

aliran

fluida

.

Sifat

serta

ciri-ciri

viskositas dibahas dalam pasal ini, juga dimensi dan faktor konversi bagi viskositas mutlak. maupun viskositas kinernatik. Viskositas adalah sifat fluida yang menda...'2.ri diberikannya

tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida

tersebUL Hukum

viskositas

Newton

menyatakan

bahwa

untuk

laju

perubahan bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan gesek berbanding lurus dngan viskositas. Gu\a tetes dan ter merupakan contoh cairan yang sangat viskos , air dan udara mempunyai viskositas yang kecil. Penuntun Praktikum Hidrolika

5


Viskositas kinematik Viskositas ( Jl) seringkali disebut dengan viskositas mutlak atau viskositas dinamik agar

tidak

rancu

pengertiannya dengan viskositas kinematik ( v ), yang

merupakan perbandingan viskositas terhadap kerapatan massa.

Untuk menaksir kerapatan massa dan viskositas terhadap temperatur dapat dilihat pada tabel-1. 1 dan tabel-1.2 berikut ini.

Tabel- 1.1 : Kerapatan Massa

I

T ρ

‐10 998,15

0 999,87

4 1000

10 999,73

20 998,23

40 992,25

50 998,07

25 0,897

30 0,804

40 0,659

o

100 C 958,4 kg/m3

Tabel 1.2 : Viskositas Kinematik T ρ

0 1,794

5 1,519

10 1,31

20 1,01

o

100 C 0,2 0,3 x10 mm

1.5ProsedurPercobaan I. Air dialirkan dengan debit tertetu = Q 2. Amati profil pada pipa kaca alat Osborne Reynolds, dengan cara mengamati bentuk gerakan sehingga

dari zat warna

diperoleh jenis aliran

(tinta). Atur bukaan kran

laminer , aliran

transisi

dan aliran

turbulen. 3. Menghitung debit air yang mengalir dari alat Osborne Reynolds , dengan cara mengukur volume

air di dalam

gelas

ukur pada selang

waktu

tertentu. 4. Percobaaan diulang

minimal

15 kali dengan

mengambil data untuk

masing-masing sifat aliran :


6


• Aliran Laminer 5 kali • Aliran Transisi 5 kali • Aliran Turbulen 5 kali 5. Membaca suhu air dalam alat Osborne Reynolds.

L6. Prosedur Perhitungan 1. Hitung debit (Q) yang mengalir. 2. Hitung kecepatan aliran (v). 3. Hitung besamya bilangan Reynolds (Re). 4. Hitung faktor gesekan untukje11is aliran tersebut 5. Bandingkan hasil klasifikasi berdasarkan pengamatan dan teori.

I.7. Lembar Pengamatan Data dan Perhitungan Perhitungan selmuh tahapan percobaan dilakukan dengan memberikan 1 contoh tersebut

untuk

tiap

perhitungan dan jenis

penggunaan

rumus

aliran, kemudian perhitungan

dilakukan secara tabelaris sesuai tabeL

I.8. Grafik dan Kesimpulan I.8.1 Buat Grafik Hubungan Antara l. f Vs Re 2. log f Vs log Re L8.2 Analisa Grafik dan Kesimpulan Buatlah analisa tentang hasil dari analisa grafik pada sub bab 1.8.1

diatas dan berdasarkan gambar

grafik dan hasil

analisa grafik tersebur buatlah suatu kesimpulan secara singkat dan terperinci.


7


Percobaan - II ALIRAN PADA TATA PIPA KECIL

2.1 Pendahuluan Fluida

yang

mengalir dalam

mengalir memiliki energi,

pipa, energi

cenderung berkurang dan energi

(energy

total

dapat

dan

saat

fluida

tersebut

yang dimilikinya selama pengaliran

hilang.

Gejala ini disebut

kehilangan

losse.,) atau kehilangan tinggi tekan. Ada da macam dari

kehilangan energi, yaitu: a. Mayor losses, yaitu kehilangantinggi tekan akibat

gesekan antara

aliran air dengan dinding pipa. b.Minor

Losses,

yaitu

kehilangan tinggi

tekan

akibat

perubahan

bentuk geometri pipa, misalnya :  Penyempitan penampang pipa  Pembesaran penampang pipa  Tikungan pipa  Sambungan pipa.

2.2. Tujuan Percobaan Tujuan percobaan adalah tckan akibat:

untuk mengetahui besamya kehilangan tinggi

a. Gesekan pada pipa (lurus) b. Perubahan p1pa katup.

bentuk

geometriekspansi, dan

kontraksi,

tikungan

2.3. Peralatan Percobaan Peralatan pcrcobaan yang digunakan pada tata pipa berlobang kecil ini terdiri dari susunan

pipa dengan

berbagai

tipe dan

bentuk sebagai berikut:

V1

:Katup sa luran pembuang tanki air.

V2

: Katup pengatur aliran masuk


8


V 3: Katup pembuangan udara V: Katup isolasi V 5: Katup kontrol aliran keluar (fine) V 6: Katup kontrol aliran keluar (coarse) V 7: Katup manometer 1. Pipa hcin 0 6 mm 2. Pipa licin 0 10 mm 3. Pipa kasar 4. Pipa licin 0 17.5 mm 5. Pengecilan penampang tiba-tiba 6. Pembesaran penampang tiba-tiba 7. Katub bola 8. Elbow 45° 9. Sambungan "Y" 45° 1 0. Katub gerbang 11. Katub bulat 12. In-line Strainer 13. Elbow 90° 14. Bend 90° !5. Sambungan T 90° 16. Tabung pitot static 17. Venturimeter 18. Orifismeter 19. Sampe1 pipa uji 20. Manometer air raksa 1 meter 21. Manometer air 1 meter 22. Tanki pengukur volume 23. Tanki penampung 24. Pompa service 25. Tabung lndikator 26. Switch Power 27. Skrup pengukur volume tanki Penuntun Praktikum Hidrolika

9



10


28. Silinder pengukur 29. Katup pembuang 2.4. Teori Dasar dan Formula 2.4.1. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Gesekan pada Pipa Lurus

Gambar: Gradien hidraulik pada pipa Iurus

Pada

hakekatnya

energi

dalam

saluran terbuka

adalah

tetap

dengan anggapan, bahwa tidak ada energi yang hilang sepanjang saluran. Akan tetapi pada keadaan karena

sebenarnya sulit diperoleh, hal ini disebabkan

adanya gesekan antara air dengan dinding pipa yang menimbulkan

gaya gesek dan energi tahanan. Untuk pipa lurus dengan

diameter D yang tetap,

kehilangan tinggi

tekan akibat gesekan antara aliran dan dinding pipa sepanjang L adalah:

D 2g Dimana: hL = kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (m) f

= koefisien gesekan

L

= panjang pipa (m)

D

=diameter pipa (m)

V

= kecepatan aliran (m/s)


11


g

= pcrcepatan grafitasi (m/s2 ) Persamaan

di

atas

dikenal

dengan

nama

persamaan

Darcy-

Weisbach, dimana f adalah konstanta yang tidak berdimensi yang merupakan fungsi dari bilangan Reynolds (Re) dari aliran dan kekasaran permukaan dalam pipa. 2.4.2.Perbedaan Tinggi Tekan Akibat Ekspansi Tiba-tiba Pada bagian ini tinggi tekan akan dianalisa saluran secara tiba-tiba.

Dimana

kondisinya

akibat

pelebaran dari

ada dua kemungkinan yakni;

dengan kehilangan tinggi tekan dan tanpa kehilangan tinggi tekan. a.Dengan kehilangan tinggi tekan ( he :t: 0 )


12


dimana: Pt P2 Yt D1 D2 g Y

= tekanan pada piezometer l = tekanan pada piezometer 2 = kecepatan pada titik tinjau 1 = diameter pipa pada titik tinjau 1 = diameter pipa pada titik tinjau 2 = percepatan gravitasi = specific gravity

2.4.3. Perbedaan Tinggi Tekan Akibat Kontraksi Tiba-tiba


13


b. Tanpa kehilangan tinggi tekan (He= 0)

-2, :.

Gambar : Garis energi pada pipa kontraksi tiba-tiba dengan he= 0 2

1



1 2

1

1 2

dimana: P 1 = tekanan pada piezometer 1 P 2 = tekanan pada piezometer 2 V 1 = kecepatan pada titik tinjau 1 D 1 = diameter pipa pada titik tinjau 1 02

= diameter

pipa pada titik

tinjau 2 g = percepatan gravitasi Cc =koefisien kontraksi y

= specific gravity


14


2.4.4. Kehilangan Tinggi Tekan

Akibat Tikungan pada Pipa

Kehilangan tinggi tekan yang timbul pada aliran dalam pipa akibat tikungan dibedakan atas dua macam : a.

Kehilangan tinggi tekan akibat perubahan geometri pipa (htB )

dengan koefisien kehilangan tinggi tekan K8. b.

Kehilangan tinggi tekan akibat perubahan geometri pipa dan

gesekan pacta tikungan lingkaran (hLL) dengan koefisien kehilangan tinggi tekan K1.. Secara umum rumus kehilangan energi :

dimana: ht = kehilangan energi akibat tikungan K = koefisien kehilangan tinggi tekan g = percepatan gravitasi V = k.ecepatan aliran Kehilangan tinggi tekan total akibat gsekan dalam pipa ditikungan dan sepanjang pipa yang diamati : h,. = hul + hr dimana: ht 8= kehilangan tinggi tekan akibat perubahan

geometris

ptpa

yang diamati (sama dengan hr pacta pipa lurus) hr = kehilangan tinggi tekan akibat gesekan pacta pipa yang diamati.

Koefisien Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Tikungan Dari rumus umum diatas maka dapat diperoleh hubungan: a. Koefisien kehilangan tinggi tekan akibat perubahan geometri pipa (tikungan) (K B) dapat dinyatakan dalam bentuk:


15


2.4.4. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Tikungan pada Pipa Kehilangan tinggi tekan

yang

timbul

pacta aliran

dalam

pipa

akibat

tikungan dibedakan atas dua macam : a. Kehilangan tinggi tekan akibat perubahan geometri pipa (hLs ) dengan koefisien kehilangan tinggi tekan K8

.

b. Kehilangan tinggi tekan akibat perubahan geometri pipa dan gesekan pacta tikungan lingkaran (hLd dengan koefisien kehilangan tinggi tekan KL. Secara umum rumus kehilangan energi :

dimana: h

= kehilangan energi akibat tikungan

K

= koefisien kehilangan tinggi tekan

g

= percepatan gravitasi

V

= kecepatan ali ran

Kehilangan tinggi tekan total akibat gsekan dalam pipa ditikungan sepanjang pipa yang diamati :

dan

hT = hLB +hi" dimana: ht 8

= kehilangan

tinggi tekan akibat perubahan

geometris

ptpa yang

diamati (sama dengan hr pada pipa lurus) hr

= kehilangan tinggi tekan akibat gesekan pacta pipa yang diamati.

Koefisien Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Tikungan Dari rumus umum diatas maka dapat diperoleh hubungan : a. Koefisien kehilangan tinggi tekan akibat perubahan geometri pipa (tikungan) (K n) dapat dinyatakan dalam bentuk:


16


b. Koefisien kehilangan tinggi tekan akibat perubahan geometri pipa (tikungan) dan gesekan (KL) pada tikungan pipa dapat dinyatakan dalam bentuk :

2

1

 2

dimana: R =jari-jari tikungan L = panjang lintasan 2.5.Prosedur Percobaan a. Pada saat tidak ada aliran ketinggian catran dalam piezometer dikalibrasi agar sama tinggi. b. Mengalirkan air ke sirkuit dengan bukaan maksimum. c. Baca dan ukur ketinggian zat cair pada manometer. d. Atur bukaan sirkuit, setiap pemantauan.

minimal

5

kali

percobaan

untuk

2.6. Prosedur Perhitungan a. Hitungan besar debit b. Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan pada pipa lurus 1. Hitung h 1(selisih bacaan piezometer), yaitu kehilangan tinggi tekan akibat gesekan pada pipa lurus. 2. Hitung besamya bilangan Reynolds (Re) 3. Hitung besarnya koefisien gesek menurut Balssius 4. Hitung besarnya koefisien gesek menurut Darcy-Weiscbach c. Kehilangan tinggi tekan akibat ekspansi tiba-tiba I. Hitung kecepatan pada titik tinjau 2. Hitung perbedaan tinggi hasil pengukuran 3. Hitung perbedaan tinggi tekan hasil perhitungan dengan adanya kehilangan tinggi tekan (hl 10)


17


4. Hitung perbedaan tinggi tekan hasil perhitungan tanpa adanya kehilangan tinggi tekan (hl=O). d. Kehilangan tinggi tekan akibat kontraksi tiba-tiba l.Hitung kecepatan pada titik tinjau 2.Hitung perbedaan tinggi tekan hasil pengukuran 3.Cari harga koefisien kontraksi (Cc) 4.Hitung perbedaan tinggi tekan hasil perhitungan dengan adanya kehilangan tinggi tekan 5.Hitung perbedaan tinggi tekan hasil perhitungan tanpa adanya kehilangan tinggi tekan (hl=O).

e. Kehilangan tinggi tekan akibat tikungan: 1. Hitung kecepatan aliran (V) pada tikungan 2. Hitung bilangan Reynolds (Re) 3. Hitung koefisien gesek (f) rnenurut Balssius 4. Hitung kehilangan tinggi tekan total h T selisih bacaan manometer)

(dari

5. Hitung kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (hf) 6.

Hitung kehilangan geometri yaitu hLB

tinggi

tekan

akibat

perubahan

7. Hitung K 13 8. Hitung KL

2.7

Lembar Pengamatan Data Pcrhitungan

seluruh

tahapan

percobaan

dilakukan

dengan

rnemberikan satu ccntoh perhitungan dan penggunaan urnus tersebut dari setiap objek percobaan , kemudian perhitungan dilakukan secara tabelaris sesuai dengan data pengamatan .

2.8

Grafik dan Kesimpulan


18


2 .8.1 Gambar dan Grafik Buat Grafik : 1.

Log hfvs log Q (untuk percobaan pipa lurus)

2.

f vs Re (buat untuk f blassius dan fDarcy-Weisbach (untuk percobaan

pipa lurus). 3. Dengan menggunakan diagram mody cari harga kekasaran relatif dari pipa tersebut (t::/D). (untuk percobaan pipa lurus). 4. Perbedaan tinggi tekan: Perhitungan vs pengukuran akibat ekspansi tiba- tiba dan akibat kontraksi tiba-tiba (dengan adanya kehilangan tinggi tekan . dan tanpa kehilangan tinggi tekan, cantumkanlah kondisi ideal) 5. Untuk tikungan: k vs RID (cantumkan kurva untuk KB dan KL dalam satu grafik).

2.8.2 Analisa Graf!k dan Kesimpulan Buatlah uraian tentang hasil dari analisa grafik pada sub Bab 3.8.1 diatas dan b rdasarkan gambar grafik serta analisa grafik tersebut buatlah suatu kesimpulan secara singkat dan terperinci.


19


DATA PERCOBAAN OSBORNE REYNOLDS No

t1 (dt)

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5


t2 (dt)

13 (dt)

1 ratarata (d )

Volum e ( l

Temperatu r (o

Jenis Aliran

20



21



22



23



24



25

Penuntun Praktikum Hidrolika PENUNTUN PRAKTIKUM HIDRAULIKA

Recommend Documents