LAPORAN MEKANIKA FLUIDA ACARA 3

LAPORAN PRAKTIKUM
MEKANIKA FLUIDA
PENENTUAN KEHILANGAN HEAD ALIRAN DALAM PIPA LURUS (hf)
















Oleh :

Ahmad Shodik
NIM A1H008029









DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS PERTANIAN
PURWOKERTO
2009
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Istilah Head loss muncul sejak diawalinya percobaan-percobaan hidrolika abad ke sembilan belas, yang sama dengan energi persatuan berat fluida. Namun perlu diingat bahwa arti fisik dari Head loss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan Head loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian.
Perhitungan Head loss didasarkan pada hasil percobaan dan analisa dimensi. Penurunan tekanan untuk aliran turbulen adalah fungsi dari angka Reynold, Re, perbandingan panjang dan diameter pipa, L/D serta kekasaran relatif pipa, e/D. Mengingat perhitungan Head loss adalah perhitungan yang cukup panjang dan kenyataan aplikasi program komputer telah digunakan pada perencanaan suatu sistem perpipaan maka dibutuhkan persamaan matematika untuk menentukan koefisien gesek sebagai fungsi dari angka Reynold dan kekasaran relatif. Salah satunya adalah persamaan Blasius yang dapat digunakan pada aliran turbulen.
B. Tujuan
Tujuan dari praktikum ini adalah menghitung kehilangan head aliran pada pipa (Hf).




II. TINJAUAN PUSTAKA
Head loss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan Head loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian.
Berdasarkan lokasi timbulnya kehilangan, secara umum kehilangan tekanan akibat gesekan atau kerugian ini dapat digolongkan menjadi 2 yaitu: kerugian mayor dan kerugian minor. Mempergunakan persamaan keseimbangan energi dan asumsi aliran berkembang penuh (fully developed) sehingga koefisien energi kinetik a1 = a2 dan penampang konstan maka :

di mana : hl : Head loss mayor
Jika pipa horisontal, maka z2 = z1 , maka :
atau Dp /r = hl
Jadi Head loss mayor dapat dinyatakan sebagai kerugian tekanan aliran fluida berkembang penuh melalui pipa penampang konstan.
Penurunan tekanan untuk aliran laminer, berkembang penuh, pada pipa horisontal, dapat dihitung secara analitis, diperoleh :

dimana :
m : kekentalan atau viskositas fluida
sehingga dengan memasukkan konsep angka Reynold maka Head loss menjadi :

Penurunan tekanan Untuk aliran turbulen, tidak dapat dihitung secara analitis karena pengaruh turbulensi yang menimbulkan perubahan keacakan sifat fluida. Perubahan sifat fluida yang acak tersebut belum dapat didekati dengan fungsi matematis yang ada saat ini. Perhitungan Head loss didasarkan pada hasil percobaan dan analisa dimensi. Penurunan tekanan untuk aliran turbulen adalah fungsi dari angka Reynold, Re, perbandingan panjang dan diameter pipa, L/D serta kekasaran relatif pipa, e/D.
Head loss mayor dihitung dari persamaan Darcy-Weisbach :



dimana :
f : koefisien gesek
Nilai kekasaran relatif pipa merupakan fungsi diameter pipa dan bahan pipa dapat ditentukan secara empiris.
Nilai f dipengaruhi bilangan reynold (Re) dan kekasaran relatif dinding pipa (e/d). Untuk menetapkan nilai f, harus diperhatikan kondisi berikut:
1. Re < 2100, aliran tersebut dinamakan aliran laminer dan nilai f ditetapkan dengan persamaan hagen-Poiseulle f = 64/Re.
2. e/d kecil (dinding pipa licin) tetapi Re > 2100, aliran tersebut hidraulicaly smooth atau turbulent smooth.
3. Re > 4000 atau e/d besar, disebut aliran turbulen rought.
4. Aliran berada pada dua kondisi 2 dan 3 disebut aliran transisi.
Berdasarkan kondisi di atas, nilai f ditetapkan dengan rumus yang sesuai dengan jenis aliran seperti pada tabel berikut:





Tabel1. Rumus penetapan f

Jenis Aliran Rumus Penetapan f Kisaran Re
1. Laminer 64/Re Re<2100
2. a. Hydroulically smooth
b. Turbulent smooth F = 0,361/Re0,25

Re > 4000
3. Transisi Re > 4000
4. Hydroulically tough atau wholly rought Re > 4000

Nilai koefisien f juga dapat diperoleh dengan menggunakan diagram Moody atau secara empiris dengan formula Darcy dan Hazen William.
Persamaan Manning

Persamaan Hazen William

Keterangan: n = koefisien Manning
CHW = koefisien Hazen Wiliam
Aliran laminer nilai koefisien gesek hanya fungsi angka Reynold, tidak dipengaruhi oleh kekasaran permukaan pipa. Namun dengan semakin tingginya angka Reynold koefisien gesekan hanya merupakan fungsi dari kekasaran relatif saja. Pada kondisi ini medan aliran dikatakan mencapai kekasaran penuh.
Mengingat perhitungan Head loss adalah perhitungan yang cukup panjang dan kenyataan aplikasi program komputer telah digunakan pada perencanaan suatu sistem perpipaan maka dibutuhkan persamaan matematika untuk menentukan koefisien gesek sebagai fungsi dari angka Reynold dan kekasaran relatif. Salah satunya adalah persamaan Blasius yang dapat digunakan pada aliran turbulen, pipa halus dengan angka Reynold, Re < 105 yaitu :

Head loss minor dapat dihitung secara empiris dari persamaan

Keterangan :
K: koefisien Head loss minor
Nilai K tergantung pada jenis komponen sistem aliran. Untuk sambungan penampang berubah nilai K merupakan fungsi aspek rasio. Aspek rasio adalah perbandingan penampang yang lebih kecil dengan penampang yang lebih besar. Sedangkan untuk kondisi masukan yang berbeda.
Head loss minor dapat pula dihitung dengan persamaan :

Keterangan :
Le /D : panjang ekuivalen dari komponen.
Persamaan ini umumnya dipergunakan untuk perhitungan Head loss pada belokan dan katup. Aliran fluida pada belokan menimbulkan Head loss yang lebih dari pada aliran pada pipa lurus. Hal ini terutama karena timbulnya aliran sekunder akibat perubahan orientasi penampang pada belokan. Koefisien lossesnya dipengaruhi oleh radius kelengkungan kurva belokan. Untuk sambungan yang kelengkungannya halus, koefisien lossenya akan lebih kecil namun pembuatannya akan lebih sulit sehingga harganya akan lebih mahal. Sedangkan belokan yang kelengkungannya dibentuk dari penyambungan pipa lurus, koefisien lossesnya akan lebih tinggi. Namun proses pembuatan yang lebih mudah membuat harganya jauh lebih murah.







III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
a. Alat
1. selang
2. Pengaris
3. Stopwatch
4. alat penguji
5. Tempat penampung air
b. Bahan
1. air
2. Tinta
B. Cara Kerja
1. Faktor gesekan pada masing-masing aliran dihitung.
2. Mengacu pada hasil praktikum acara II, kerugian head aliran pada pipa lurus dihitung.












IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Ukuran Pipa
Panjang = 1 m
Diameter = 2 cm = 0,02 m
Head loss


B. Pembahasan
Head loss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan Head loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian.
Penetuan kehilangan head aliran dalam pipa lurus (hf) merupakan tujuan dari praktikum ini. Rumus Darcy-Weishbach merupakan rumus dasar menghitung head turun untuk aliran fluida dalam pipa-pipa dan saluran-saluran. Persamaannya adalah

Faktor gesekan f dapat diturunkan secara matematis untuk aliran laminer, tetapi tidak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi f dengan bilangan Reynold yang tersedia untuk aliran turbulen. Dalam hal ini kekasaran relatif pipa (perbandingan ukuran ketidaksempurnaan permukaan terhadap garis tengah sebelah dalam pipa) mempengaruhi harga f. Untuk penentuan harga f pada tiap jenis aliran dapat dilihat pada tabel 1. Rumus penetapan f.
Hasil praktikum acara 2 tentang bilangan Reynold, menunjukkan bahwa Re = 40,76, dengan kata lain Re<2100, artinya aliran tersebut adalah aliran laminer. Sehingga faktor gesekan yang digunakan adalah f = 64/Re. Selanjutnya, setelah mendapatkan nilai faktor gesekan, untuk menentukan Head turun kita menggunakan rumus Darcy-Weishbach yang merupakan rumus dasar menghitung head turun untuk aliran fluida dalam pipa-pipa dan saluran-saluran. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa head turun yang terjadi pada percobaan dua adalah sebesar 24,004 m.























V. KESIMPULAN
1. Aliran yang terjadi pada praktikum ini adalah aliran laminer dengan bilangan Reynold Re = 40,76.
2. Penentuan faktor gesekan untuk aliran laminer menggunakan rumus f = 64/Re, yaitu sebesar 1,57.
3. Rumus Darcy-Weishbach merupakan rumus dasar menghitung head turun untuk aliran fluida dalam pipa-pipa dan saluran-saluran. Persamaannya adalah

4. Head turun yang dihasilkan berdasarkan rumus Darcy-Weishbach adalah sebesar 24,004 m.







DAFTAR PUSTAKA
Haliday, D. 1996. Fisika 2. Erlangga. Jakarta.
Tim penyusun. 2008. Modul Praktikum Mekanika Fluida. Universitas Jenderal Soedirman. Purwokerto.
Soedradjat, S. 1983. Mekanika Fluida dan Hidrolika.Nova. Bandung.
Welty, dkk. 2000. Dasar- Dasar Fenomena Transport Volume 1 Transfer Momentum Edisi ke-4. Erlangga: Jakarta.
Wihantoro. 2006. Fisika Dasar Universitas. Universitas Jenderal soedirman, Purwokerto.