Fenomena Dasar2011

download Fenomena Dasar2011

of 18

Transcript of Fenomena Dasar2011

Praktikum Fenomena Dasar 2011 RUGI-RUGI ALIRAN 1.Tujuan Percobaan 1.Mengetahuinilaikoefisienminorlossespadaelbow900,elbow450,Tjunction,Yjunction, suddenly contraction, expansion, ball valve dan gate valve. 2.Untukmengetahuipengaruhvariasikecepatanaliranrata-rataterhadapkoefisienminor losses. 2.Teori Dasar Aliranfluidainternaltakmampumampatadalahalirandidalamsuatulaluanyang penampangnyaberupakurvatertutupdanmassajenisfluidasepanjangmedanaliranadalah tetap, tidak berubah. Hukumkekekalanenergimenyatakanenergitidakdapatdiciptakandantidakdapat dimusnahkan namun dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain. Energi yang ditunjukkan dari persamaanenergitotal,ataudikenalsebagaiheadpadasuatutitikdalamaliransteadyadalah samadengantotalenergipadatitiklainsepanjangaliranfluidatersebut.Haliniberlakuselama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida. Konsepinidinyatakankedalambentukpersamaanyangdisebutdenganpersamaan Bernoulli, yaitu222 2121 12 2zgv pzgv p+ + = + + (1) Persamaan1digunakanjikadiasumsikantidakadakehilanganenergiantaraduatitik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi diantara dua titik. Jikaheadlossestidakdiperhitungkanmakaakanmenjadimasalahdalampenerapannyadi lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan hl maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru yang dirumuskan pada persamaan 2. lh zgv pzgv p+ + + = + +222 2121 12 2 (2) Kerugianminoradalah kehilangan tekananakibat gesekanyang terjadi pada katup-katup,T junction, sambungan dan pada penampang yang tidak konstan. Kerugian minor meliputi sebagian kecil penampang sistem aliran, sehingga dipergunakan istilah minor.Praktikum Fenomena Dasar 2011 Head losses minor dapat dihitung dengan persamaan 3 gVk hm. 22= (3)3.Metodologi 3.1. Peralatan (Gambar Peralatan) Gambar 1. Alat Uji Rugi-rugi Aliran Keterangan Gambar 1.Suddenly contraction 1- . 2.Expantion -1 . 3.Ball valve 1. 4.Elbow 900 1. 5.Suddenly contraction 1- . 6.Expantion -1. 7.Ball valve 2. 8.Ball valve 3. 9.Y Junction. 10.T Junction. 11.Ball valve 5. 12.Elbow 45o. 13.Gate valve. 14.Ball valve 4. 15.Ball valve 6. 16.Ball valve 7. 17.Flow meter. 18.Pompa. Praktikum Fenomena Dasar 2011 3.2. Alat Ukur 1. Manometer U 2. Flow meter 3.4. Prosedur Percobaan 1.Tutup ball valve 7 dan buka penuh ball valve 6. 2.Hidupkan pompa. 3.Buka ball valve 1 dan tutup ball valve 2, ball valve 3, ball valve 4 dan gate valve. 4.Buka/tutup sebagian ball valve 7 dan tutup/buka sebagian ball valve6 hingga mencapai debit yang diinginkan (lihat tabel data untuk aliran 1) 5.Lakukan pencatatan pada tabel data untuk aliran 1 6.Buka ball valve 2 dan tutup ball valve 1, ball valve 3, ball valve 4 dan gate valve. 7.Buka/tutup sebagian ball valve 7 dan tutup/buka sebagian ball valve6 hingga mencapai debit yang diinginkan (lihat tabel data untuk aliran 2) 8.Lakukan pencatatan pada tabel data untuk aliran 2 9.Buka ball valve 3 dan tutup ball valve 1, ball valve 2, ball valve 4 dan gate valve. 10.Buka/tutup sebagian ball valve 7 dan tutup/buka sebagian ball valve6 hingga mencapai debit yang diinginkan (lihat tabel data untuk aliran 3) 11.Lakukan pencatatan pada tabel data untuk aliran 3 12.Buka ball valve 4 dan tutup ball valve 1, ball valve 2, ball valve 4 dan gate valve. 13.Buka/tutup sebagian ball valve 7 dan tutup/buka sebagian ball valve6 hingga mencapai debit yang diinginkan (lihat tabel data untuk aliran 4) 14.Lakukan pencatatan pada tabel data untuk aliran 4 15.Buka gate valve dan tutup ball valve 1, ball valve 2, ball valve 3 dan ball valve 4. 16.Buka/tutup sebagian ball valve 7 dan tutup/buka sebagian ball valve6 hingga mencapai debit yang diinginkan (lihat tabel data untuk aliran 5) 17.Lakukan pencatatan pada tabel data untuk aliran 5 Praktikum Fenomena Dasar 2011 3.5. Pengambilan data Hasil pengujian alat uji koefisien minor losses pada perpipaan aliran 1 Debit (Q) LPM Suddenly Contraction 1"-1/2" Expantion 1/2"-1"Elbow 90Y Junction (Lurus) h1h2hh1h2hh1h2hh1h2h 8 10 Hasil pengujian alat uji koefisien minor losses pada perpipaan aliran 2 Debit (Q) LPM Suddenly Contraction 1"-3/4"Expantion 3/4"-1" h1h2hh1h2h 8 10 12 14 ........ 26 Hasil pengujian alat uji koefisien minor losses pada perpipaan aliran 3. Debit (Q) LPM Ball valve h1h2h 8 10 12 ....... 40 Praktikum Fenomena Dasar 2011 Hasil pengujian alat uji koefisien minor losses pada perpipaan aliran 4. Debit (Q)LPM Elbow 45Y Junction (Cabang) h1h2hh1h2h 8 10 12 14 ..... 40 Hasil pengujian alat uji koefisien minor losses pada perpipaan aliran 5. Debit (Q) LPM Gate ValveT junction h1h2hh1h2h 8 10 12 14 ..... 40 Praktikum Fenomena Dasar 2011 KONDUKTIVITAS TERMAL MATERIAL1.Tujuan Percobaan 1. Mengetahui nilai konduktivitas dari beberapa jenis material berbeda 2. Mengetahui pengaruh temperatur terhadap konduktivitas2.Teori Dasar Konduktivitas thermal adalah kemampuan benda dalam mengantarkan panas yang dipengaruhi olehstrukturbendatersebut.Lajualirankalorpadaperpindahanpanaskonduksidipengaruhioleh nilaikonduktivitasdarimaterial.Energipanasdalamzatpadatdihantarkandengancaragetaran (lattice vibration) melalui elektron yang saling berhubungan, apabila semakin tinggi nilai konduktivitas dari suatu material, maka energi yang dihantarkan akan semakin cepat. Suatumaterialyangmempunyaijarak,makakalorakanmengalirtanpadisertaiolehsuatu gerakanzat.Alirankalorsepertiinidisebutkonduksiatauhantaran.Konduksithermalpadalogam-logam padat terjadi akibat gerakan elektron yang terikat dan konduksi thermal mempunyai hubungan dengan konduktivitas listrik. Pemanasan pada logam berarti pengaktifan gerakan molekul, sedangkan pendinginan berarti pengurangan gerakan molekul (Gambar 1). Gambar 1. Pergerakan molekul yang sama dengan temperatur beda (Winterton, 1997). Contoh perpindahan kalor secara konduksi yaitu perpindahan kalor pada logam cerek pemasak airataubatanglogampadadindingtungku.Lajuperpindahankalorsecarakonduksisebanding dengan gradient suhu AqxTcc(1) dan dengan konstanta kesetimbangan (konduksi) maka menjadi persamaan Fourier q = - k A . xTcc(2) Tanda (-) digunakan untuk memenuhi hukum II Thermodinamika yaitu Kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala temperatur (Holman, 1997). Perpindahan Panas Secara Konduksi Pada Tahanan Seri Praktikum Fenomena Dasar 2011 Lajuperpindahanpanassecarakonduksipadatahananseridenganketebalanmaterial, konduktivitas thermal yang berbeda, sehingga penurunan temperatur juga berbeda. Jika dalam sistem ituterdapatlebihdarisatumacambahan,sepertidalamhaldindinglapisrangkappadagambar2, analisanya akan menjadi sebagai berikut: (a) (b) Gambar 2 Perpindahan Kalor Satu Dimensi Melalui Dinding Komposit dan Analog Listriknya (Holman, 1997). Suhu(temperaturegradient)padaketigabahanialahsepertitergambar,alirankalordapat dituliskan sebagai berikut. q = c AAxT TA kxT TA kxT TA k cBBA =A =A 3 4 2 3 1 2(3) perlu diingat bawah aliran kalor pada setiap bagian itu mesti sama. Jika ketiga persamaan ini dipecahkan serentak, maka aliran kalor itu dapat dituliskan sebagai berikut : q = A k xc A k xB A k xAT Tc B A / / /4 1A + A + A.(4) Laju perpindahan kalor dapat dipandang sebagai aliran; sedang gabungan dari konduktivitas thermal, tebal bahan, dan luas merupakan tahanan terhadap aliran ini. Praktikum Fenomena Dasar 2011 3.Metodologi 3.1. Peralatan (Gambar Peralatan) Gambar 2. Alat uji konduktivitas termal rangkaian seri Keterangan gambar 1.Adaptor 2.Kabel 3.Pelat dudukan 4.Landasan pemegan 5.Clamp 6.Heater 7.Batang penghantar 8.Spesimen uji 9.Isolasi 10.Sensor T1 11.Sensor T2 12.Sensor Ta1 13.Sensor Ta2 14.Sirkulasi air pendingin 15.Selang air 16.Pompa air 17.Ball valve 18.Busur derajat 19.Box air pendingin 2. Alat Ukur 1. Thermocouple 2. Gelas ukur Praktikum Fenomena Dasar 2011 3.3. Asumsi-asumsi 1. Spesimen homogen 3.4. Prosedur Percobaan Adapun prosedur dalam pengujian alat ukur ini adalah sebagai berikut: 1.Spesimen yang akan di uji dijepit (diclamp) pada dua batang penghantar kalor. 2.Heater dipasang pada batang penghantar 3.Sirkulasi air pendingin dipasang batang penghantar 4.Thermo proof dipasang pada system pendingin. 5.Thermo proof dipasang pada thermocouple dan disambungkan dengan computer 6.Software TC08diinstalkan pada computer. 7.Program TC08 dijalankan dan keempat terminal thermo proof diaktifkan. 8.Setting range waktu dan batas maksimum temperatur yang akan diukur pada software. 9.Heater diaktifkan dan switch diputar pada posisi 3 volt. 10.Sirkulasi air pendingin diaktifkan dengan pembukaan katup 16 derajat. 11.Lakukan record dengan software TC08 hingga temperatur pada spesimen konstan. 12.Kenaikan temperatur dimonitoring melalui computer. 13.Jika kenaikan temperaturnya selama selang waktu 10 menit lebih dari 1C maka kran dibuka 1 derajat dan diamati selama 10 menit sehingga temperatur pada T1, T2, konstan. 14.Temperatur dikatakan konstan apabila kenaikan atau penurunannya maksimal 0,05OC selama 5 menit. 15.Apabila temperaturnya telah konstan maka record dihentikan. 16.Setelahrecordselesaimakadapatlangsungdiplotgrafikdaripengujiandandapatdilihat distribusi temperatur tiap titik pada spesimen. 17.Heater dinonaktifkan 18.Volume air ditampung dengan menggunakan gelas ukur selama selang waktu tertentu. 19.Volume air yang ditampung dan besarnya pembukaan katup dicatat. 20.Data yang didapat diolah dengan menggunakan rumus pada perhitungan perencanaan diatas untuk mencari nilai konduktivitas seperti yang dibahas pada Bab IV. Praktikum Fenomena Dasar 2011 3.4 Pengambilan data Data yang direkam dengan menggunakan software TC-08 recorder dimasukkan pada Tabel. TimeChannel 1Channel 2Channel 3Channel 4Channel 5 MinutesT1 (C)T2 (C)T3 (C)Ta2 (C)Ta1 (C) 62 63 64 65 66...dst Praktikum Fenomena Dasar 2011 BILANGAN REYNOLD 1.Tujuan Percobaan 1.Mengamati jenis aliran laminar, aliran transisi, dan aliran turbulen. 2.Mencari nilai batas jenis aliran laminar, aliran transisi, dan aliran turbulen. 2.Teori Dasar Bilangan Reynold merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan gaya-gayainersiaterhadapkekentalan(viskositas)yangdapatmembedakansuatualiranitupada kondisilaminar,transisi,danturbulen.OsborneReynoldpadatahun1883melakukanbeberapa percobaanuntukmempelajarialirandalampipakaca.OsborneReynoldmenempatkanzat pewarna di garis sumbu pipa kemudian mengamati gerak zat pewarna itu ketika zat cair mengalir disepanjangpipa.Reynoldadalahorangpertamayangberhasilmenggambarkanadanyajenis aliran laminar ketika zat pewarna tetap seperti seutas benang dalam garis sumbu pipa, dan aliran turbulenketikazatpewarnaitumenyebardengancepatkeseluruhfluidayangmengalirdidalam pipa. BilanganReynoldmerupakan bilangan tak berdimensiyang dapat membedakan suatu aliran itu pada kondisi laminar, transisi, dan turbulen.

d v = Re ( 1 ) Aliran dikatakan laminar bila aliran tersebut mempunyai bilangan Re kurang dari 2000, untuk alirantransisiberadapada bilangan Re lebih dari2000 danbilangan Re 4000biasa jugadisebut sebagai bilangan Reynold kritis, sedangkan aliran turbulen mempunyai bilangan Re lebih dari 4000 (Wrightdan Olson, 1993). Aliran Laminar Aliranlaminarialahalirandenganfluidayangbergerakdalamlapisan-lapisandengansatu lapisanmeluncursecaralancardanteratur.Viskositasdidalamaliranlaminariniberfungsiuntuk meredamkecenderunganterjadinyagerakanrelatifantaralapisan,sepertidiperlihatkanpada Gambar 1. Gambar 1. Aliran laminar Praktikum Fenomena Dasar 2011 Aliran Transisi Alirantransisimerupakanprosesperubahandarialiranlaminarkealiranturbulen.Aliran transisimerupakanaliranyanggari-garisalirannyalurusberubahmenjadialiranyanggaris-garis alirannya saling berpotongandan partikel-partikel cairannya tercampur, sepertidiperlihatkan pada Gambar 2. Gambar 2. Aliran transisi Aliran Turbulen Merupakan aliran yang pergerakan partikel-partikel fluidanya sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain seperti diperlihatkan pada Gambar 3. Gambar 3. Aliran turbulen 3.Metodologi 3.1. Peralatan (Gambar Peralatan) Praktikum Fenomena Dasar 2011 Keterangan:1.Rangka 2.Reservoir 3.Katup 4.Pompa 5.Pipa PVC 6.Bak 7.Tabung acrylic 8.Tabung tinta 9.Meja 10.Busur. 3.2. Alat Ukur 1. Stopwatch 3.3. Prosedur Percobaan 1.Alat dan bahan disiapkan. 2.Reservoir bawah diisi air hingga penuh. 3.Stopwatch disiapkan. 4.Saklar pompa ditekan pada posisi on. 5.Katup 3 ditutup penuh. 6.Katup 4 dibuka penuh. 7.Katup 5 ditutup penuh. 8.Setelah bak terisi penuh, kemudian katup 3 dibuka penuh hingga tabung acrylic terisi air. 9.Katup udara dibuka untuk membuang udara yang terperangkap di dalam tabung acrylic. 10.Setelah dipastikan tidak ada udara yang terperangkap di dalam tabungacrylic, tuas katup5 diputar 20o. 11.Tabung tinta diisi zat pewarna secukupnya. 12.Ketinggian air pada reservoir atas diamati kemudian catat. 13.Stopwatch diaktifkan. 14.Jenis aliranpada pipa acrylic diamati.15.Setelah melakukan pengamatan, stopwatch dinonaktifkan 16.Catat waktu pada stopwatch. 17.Lihat penambahan tinggi air pada baksamping dan dicatat. 18.Katup 3 ditutup penuh. 19.Saklar pompa ditekan pada posisi off. 20.Katup 6 dibuka penuh hingga air pada pipa acrylic kosong. 21.Hitung volume air pada bak atas. 22.Hitung debit aliran pada bak atas. 23.Hitung kecepatan aliran, setelah mendapatkan debit pada bak atas. 24.Hitung bilangan Reynold sesuai dengan prosedur. Praktikum Fenomena Dasar 2011 3.4. Pengambilan data Diameter pipa :Sudut putar waktuVolumeDebitKecepatanReJenis Aliran Katup ( o )t ( s )V ( l )Q (m3/s )v ( m/s ) Praktikum Fenomena Dasar 2011 VENTURIMETER 1.Tujuan Percobaan 1.Untuk mengetahui debit yang terjadi pada suatu aliran pipa. 2.Untuk mengetahui kecepatan aliran fluida pada suatu aliran pipa. 2.Teori Dasar Venturimeter adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran dalam pipa. Alat ini terdiri dari: 1.Bagian hulu, yang berukuran sama dengan pipa, pada bagian ini dipasang manometer diferensial.2.Bagian kerucut konvergen. 3.Bagian leher yang berbentuk silindris dengan ukuran diameter lebih kecil dari diameter hulu, pada bagian ini juga dipasang manometer diferensial. 4.Bagian kerucut divergen yang secara berangsur-angsur berukuran sama dengan bagian hulu atau sama dengan pipa (Sudarja, 2002). Gambar 1.Gambar Venturimeter dengan Manometer diferensial Efek ketidakhorizontalan aliran dapat disatukan dengan mudah dengan menyertakan perubahan ketinggian(z1z2)kedalampersamaanlajualiran.Kecepatanteoritisdankecepatanaktualdapat diturunkan dengan menggunakan gambar 1 dan persamaan bernoulli sebagai berikut: Praktikum Fenomena Dasar 2011 ||.|

\|||.|

\|=4142airmteoritisdd11 gh 2v(m / s)(1) ||.|

\|||.|

\|=4142airmaktualdd11 gh 2. Cd v(m / s)(2) dengan: vteoritis = Laju aliran (m / s) vaktual = Laju aliran (m / s) d1 = Diameter throat (m) d2 = Diameter Inlet (m) 3.Metodologi 3.1. Peralatan (Gambar Peralatan) Gambar 2.Bagian-Bagian Alat Venturimeter Praktikum Fenomena Dasar 2011 Keterangan:1.Ball Valve 2.Box air 3.Elbow 4.Manometer U 5.Tee 6.Venturimeter 2 in 7.Rangka 8.Papan Grafik 9.Venturimeter 1,5 in 10.Manometer U 11.Gate Valve 12.Pipa 2 in 13.Pipa 1,5 in 14.Pompa 3.2. Alat Ukur 1. Stopwatch 3.3. Prosedur Percobaan Pengujianyangdilakukanpadaalatiniadalahuntukmencarikecepatandengandebityang divariasikan.Adapunlangkahpelaksanaanpengujianuntukventurimeter1,5inchiadalahsebagai berikut:1.Gate valve untuk saluran venturimeter 2 inchi ditutup penuh 2.Gate valve untuk aliran venturimeter 1,5 inchi dibuka 5 putaran 3.gate valve untuk keluaran aliran ke box dua dibuka 1 putaran 4.Gate valve untuk by pass dibuka buka 5.Setelah gate valve untuk by pass dibuka maka pompa diaktifkan 6.Gate valve untuk by pass ditutup 3 putaran 7.Kemudian biarkan air mengalir8.Setelah air mengalir kemudian ukur h1 pada manometer 9.Setelah h1 diukur kemudian ukur h2 pada manometer 10.Kemudian tutup penuh aliran pada box kedua 11.Kemudian ukur waktu air naik dari 210 mm sampai 240 mm pada box keduasehingga debit air yang dapat diketahui 12.Setelah debit diatas diketahui maka ball valve untuk aliran air ke box pertama dibuka. 13.Gatevalveuntukventurimeter1,5inchidibuka6putarandangatevalveuntukkeluaran aliran ke box dua dibuka 2 putaran. 14.Langkah 7 sampai langkah 12 diulang Praktikum Fenomena Dasar 2011 15.Setelahselesaigatevalveuntukventurimeter1,5inchidibuka7putarandangatevalve untuk keluaran aliran ke box dibuka 3 putaran 16.Langkah 7 sampai langkah 12 diulang 17.Lakukanlangkahsepertidiatassampaiputarangatevalveuntukventurimeter1,5inchi dibuka 10 putaran dan gate valve untuk keluaran aliran pada box dibuka sampai 6 putaran. 18.Setelahgatevalveuntukventurimeter1,5inchidibuka10putaranmakalanjutkandengan menutup gate valveuntuk by pass sebanyak 1 putaran dan gate valve untuk keluaran aliran pada box dibuka 7 putaran. 19.Langkah 7 sampai langkah 12 diulang 20.Kemudian gate valveuntuk by pass ditutup 2 putaran dan gate valve untuk keluaran aliran pada box dibuka 8 putaran. 21.Langkah 7 sampai langkah 12 diulang 22.Lakukan langkah sepertidiatas sampai putarangatevalveuntukbypassditutup 4 putaran dan gate valve untuk keluaran aliran pada box dibuka sampai 10 putaran. 23.Kemudian gate valve untuk by pass ditutup 5 putaran 24.Langkah 7 sampai langkah 12 diulang 25.Lakukan langkah seperti diatas sampai putaran gete valve untuk by pass ditutup 7 putaran 26.Setelah selesai pompa dinonaktifkan, dan seluruh gate valve ditutup penuh. 3.4. Pengambilan data Diameter pipa :No Putaran Gate Valve Volume ) (3mt (s) Air Raksa Debit) / ( m lAtasBawah By Pass ) (1mm h ) (2mm h ) (mm h A