UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
ANALISIS PERUBAHAN KELENGKUNGAN PARABOLOID PADA FLUIDA YANG DIPUTAR http://www.gunadarma.ac.id/ Disusun Oleh: Yatiman (21401472) Jurusan Teknik Mesin
Pembimbing: 1. Ridwan,ST.,MT 2. Dita Satyadarma,ST.,MT.
ABSTRAKSI Perputaran gerak fluida pasti terjadi pada saat mengalir. salah satu contoh perputaran fluida yaitu pada rotary machine. Dari fenomena yang terjadi pada rotary machine tersebut, terjadi perubahan tekanan (positifnegatif). Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efek kelengkungan paraboloid akibat tekanan negafit yang terjadi pada sistem. Gelas ukur ϕ 100 mm dan tinggi 350 mm diputar dengan variasi 180 rpm, 230 rpm dan 270 rpm. Perubahan properties fluida dipakai : air, minyak tanah, dan air dicampur minyak tanah. Hasil pengujian dapat terlihat jelas pada foto, dimana (terdapat perbedaan kelengkungan. Kemungkinan perbedaan kelengkungan tersebut dipengaruhi oleh kandungan partikel didalam fluida tersebut selain density.
PENDAHULUAN Batasan masalah Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium Mengetahui penyebab dari berbedanya bentuk kelengkungan paraboloid dari fluidafluida, apabila diputar dengan kecepatan (ω) 180 rpm, 230 rpm dan 270 rpm. Alat yang digunakan untuk memutar fluida adalah Bejana fluida berbentuk tabung Acrilyc, Dudukan tabung, Motor mesin cuci, Pully 2 inch, 3 inch, 7 inch, 9 inch, Vanbelt A28, Vanbelt A34, Capasitor dan Rangka profil L. yang disesuaikan dengan kebutuhan dalam proses pengambilan data. Perhitungan yang dibahas adalah perhitungan Densitas dan perhitungan tekanan pada suatu titik didalam fluida.
LANDASAN TEORI •
Densitas Densitas adalah jumlah suatu zat pada suatu unit volume. Densitas dapat dinyatakan dalam tiga bentuk yaitu: 1. Densitas massa: Perbandingan jumlah massa dengan jumlah volume, dapat dirumuskan dalam persamaan
ρ=
m v
(persamaan 1)
dengan m adalah massa dan v adalah volume, unit densitas massa adalah kg dan dimensinya adalah ML3
m
3
2. Berat spesifik: densitas massa dikalikan dengan gravitasi, dapat dirumuskan dengan persamaan (persamaan 2) γ=ρ . g
N dan dimensi = ML3T2, untuk udara dengan unit berat spesifik adalah 3 m γ = 12.07 N/m3 dan air γ = 9.81 x 103N/m3. 3. Densitas relatif: disebut Juga specific grqfity (s.g) yaitu perbandingan antara densitas massa atau berat spesifik suatu zat terhadap densitas massa atau berat spesifik suatu standard zat, yang pada umumnya standard zat tersebut adalah air pada temperatur 4°C. Densitas relatif tidak memiliki satuan.
• Viskositas Viskositas (kekentalan) suatu fluida adalah sifat yang menentukan besar daya tahannya terhadap gaya geser. Kekentalan terutama disebabkan oleh saling pengaruh antar molekulmolekul fluida. Viskositas cairan sangat dipengruhi oleh perubahan temperatur yaitu viskositas cairan akan menurun dengan bertambahnya temperatur. Viskositas dinyatakan dalam dua bentuk yaitu:
1.
2.
Viskositas dinamik (µ): merupakan perbandingan tegangan geser dengan laju perubahannya, besarnya viskositas dinamik untuk air bervarisai sesuai dengan temperaturnya, untuk temperatur kamar (26.5°C) besarnya viskositas dinamik adalah 8.6 x 104 kg/m.s. Viskositas kinematik (ν): merupakan perbandingan viskositas dinamik (µ) terhadap kerapatan (densitas) massa (ρ): (persamaan 3) μ ν= ρ
Fluida yang Diputar Apa yang terjadi jika sebuah objek atau benda yang diikat dengan tali diayunkan?. Benda tersebut pastilah tidak bergerak dalam bentuk garis lurus melainkan bergerak dalam Iintasan berbentuk lingkaran. Jadi apakah yang telah menyebabkan berda tersebut tidak bergerak dalam bentuk garis lurus seperti yang telah diprediksi oleh Newton?. Jawabannya adalah dikarenakan gaya yang terjadi searah dengan tegangan pada tali sehingga menimbulkan percepatan pada benda tersebut. Tekanan dimana besarnya P = Po dititik (r,z) = (0,0) maka C = Po, sehingga persamaannya menjadi
1 (persamaan 4) P=P 0 −ρ gz ρω 2 R 2 2 Pada gambar 1 dapat diketahui bahwa volume paraboloid yang terbentuk dari fluida yang diputar adalah : VolumeParaboloid=
π 2 R h 2
(persamaan 5)
Dimana persamaan tinggi paraboloid (h) adalah: 2
ω R h= 2g
2
(persamaan 6)
Gambar 1. Bejana tabung dan karakteristik yang mempengaruhinya
PERALATAN DAN PROSEDUR PENGUJIAN Peralatan yang digunakan dalam percobaan yaitu: 1. Satu buah penampang fluida berbentuk tabung dan tutupnya dengan ukuran dimensi: diameter = 100mm, tinggi = 350 mm, dan tebal = 3 mm. 2. Dudukan tabung, yang terdiri dari Plat plastik berukuran 290 x 110 mm. Bearing dengan rumah bearingnya yang berdiameter 2 inch dan lubangnya berdiameter 14 mm serta sebuah poros berdiameter 14 mm dengan panjang 150 mm. 3. Motor dengan penyangga yang diletakkan diatas sebuah papan kayu berukuran 282 x 160 mm. Dan motor tersebut menghasilkan kecepatan putar sebesar 810 rpm 4. Pulley, dalam hal ini ada empat jenis ukuran pulley. Ukurannya adalah. 2 inch, dan 3 inch, 7 inch dan 9 inch. yang kesemuanya dikombinasikan sehingga menghasilkan tiga kecepatan putar 1. Untuk menggerakkan pulley di butuhkan vanbelt, dalam hal ini vanbelt yang dipakai bermerk Mitsuisumi dengan seri A28dan A34 2. Capasitor dengan tabung pembungkusnya, Capasitor tersebut mempunyai kapasitas sebesar 10F. Dan Tabung pembungkusnya berdiameter 60 mm dengan tebal 2 mm dan tinggi 150 mm
7. Rangka profil L, memiliki dimensi 460 x 730 x 290 mm dengan tebal profil 2 mm.
Gambar 2. Skema alat
Gambar 3. Rangkaian Alat Uji.
PENGOLAHAN DATA •
Data Penelitian
Data yang didapat dari percobaan adalah perbandingan tinggi dari pelampung yang dicelupkan kedalam fluidafluida yang akan dihitung densitasnya. Data tersebut berpatokan pada tinggi pelampung pada air, sehingga yang dihitung adalah perbedaan tinggi antara air dengan fluida yang akan dihitung. Data tinggi fluida tersebut adalah : • Air = 0 mm. • Minyak tanah = + 25 mm dari air. • Minyak tanah + air dengan perbandingan 1:3 = +16 mm dari air. • Minyak goreng = +9 mm dari air. • Air +bubuk fotocopy = +5 mm dari air.
Density=ρ air −
{
t x ρ air −ρ min yak tan ah T
}
(persamaan 7)
Keterangan : ρair = 1000 kg/mm3. ρminyak tanah = 810 kg/m3 t = Perbedaan tinggi fluida yang diukur dari tinggi air. T = Perbedaan tinggi minyak tanah yang diukur dari tinggi air. Perhitungan densitas ketiga fluida tersebut adalah : a)
Minyak tanah + air (dengan perbandingan 1:3) Density =
b)
1000−
Minyak goreng. Density = 1000−
c)
[
[
]
16 × 1000−810 =878 . 4 25
]
9 × 1000−810 =931 . 6 25
Air + bubuk fotocopy. Density =
1000−
[
]
5 × 1000−810 =962 25
kg/m3
kg/m3
kg/m3
Tabel 1. Tinggi kelengkungan fluida (h) Tinggi kelengkungan fluida (meter) ω (rpm)
hair
hair + bubuk fotocopy
hminyak goreng
hminyak tanah+air
hminyak tanah
180
0.117
0.111
0.106
0.103
0.097
230
0.258
0.237
0.228
0.216
0.211
270
0.363
0.349
0.332
0.321
0.298
1.
2. 1. Air 2. Air diberi bubuk fotokopy 3. Minyak goreng 4. Air dicampur minyak tanah 5. Minyak tanah
3. 4.
5. Gambar 4. Fluidafluida yang dipakai
Kesalahan hasil pengukuran kesalahan relatifnya yaitu: Tinggi kelengkungan paraboloid = 5.56 % Densitas fluida = 3.03% GRAFIK PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS
0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00
Grafik ω vs z (untuk z=BC) 0.40 Air Air+Bbk.fotocopy Minyak Goreng Myk.Tanah+Air
18.85
24.09 ω (rad/s)
28.27
Minyak Tanah
z (meter)
z (meter)
Grafik ω vs z (untuk z=AD)
0.35
Air
0.30
Air+Bbk.Fotocopy
0.25
Minyak goreng
0.20
myk.Tanah+Air 18.85
24.09 ω (rad/s)
Grafik 5. ρ Vs P (untuk z =AD dan z =BC)
28.27
Minyak tanah
Dari grafikgrafik diatas dapat diketahui bahwa untuk (z=AD) seiring dengan bertambahnya nilai ω maka nilai z semakin kecil sehingga nilai ω dan nilai z berbanding terbalik. Sedangkan untuk (z=BC), seiring bertambahnya nilai ω maka nilai z juga semakin besar sehingga nilai ω dan nilai z berbanding lurus. Untuk (z=AD), nilai z pada kecepatan 270 rpm adalah nol, hal ini disebabkan karena puncak paraboloid dari fluida yang diputar tersebut telah menyentuh dasar bejana tabung.
KESIMPULAN Dari pengujian dan analisis yang lelah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut Dengan motor menghasilkan kecepatan putar sebesar 810 rpm, dibagi menjadi 3 (tiga) kecepatan secara manual 180 rpm, 230 rpm dan 270 rpm. dengan menggunakan 4 (empat) kombinasi pulley dan 2 (dua) Vanbelt. Bentuk dari paraboloid tersebut tergantung pada kecepatan sudut (ω). Semakin besar kecepatan putar dan massa jenis yang berbeda maka titik kelengkungan (Paraboloid) akan berubah. 1. Air menghasilkan densitas = 1000 (kg/m3) 2. Air + Bubuk Fotocopy menghasilkan densitas = 962 (kg/m3) 3. Minyak Goreng menghasilkan densitas = 931.6 (kg/m3) 4. Minyak tanah + Air (1:3) menghasilkan densitas = 878.4 (kg/m3) 5. Minyak tanah menghasilkan densitas = 810 (kg/m3)
