MS 3202 - PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN

LAPORAN PRAKTIKUM MODUL 11

PERCOBAAN SISTEM ALIRAN FLUIDA
Kelompok

: 12

Aggota Kelompok

: Almas Hardiantoro

13112026

F X Arnold Giovanni Heryanto

13112029

Kevin Angga Gunawan

13112036

Eko Budi Satriyo

13112041

Irvin Shandy

13112044

Dionisius Denny Bramantyo

13112046

Singgih Candra Prayoga

13112048

Tanggal Praktikum

: 18 Maret 2015

Tanggal Pengumpulan Laporan

: 23 Maret 2015

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015

1. Tujuan Praktikum
Berikut tujuan dari dilaksanakannya praktikum ini:
a. Mengetahui sifat-sifat aliran fluida inkompresibel dalam pipa,
b. Mengetahui bilangan Reynolds pada sistem aliran fluida yang diuji dan mencari friction factor
pada grafik,
c. Mengetahui head loss pada sistem aliran fluida yang diuji dan membandingkan dengan grafik
yang telah ada.

2. Landasan Teori
2.1. Penjelasan Umum
Pada dasarnya, sifat aliran suatu fluida dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu
aliran laminar dan aliran turbulen. Parameter yang digunakan untuk membedakan kedua
sifat aliran ini adalah bilangan Reynolds dari aliran fluida tersebut. Bilangan Reynolds adalah
suatu bilangan tak berdimensi dimana bilangan tersebut menyatakan perbandingan antara
gaya inersia dan gaya viskos. Suatu aliran fluida dikatakan laminar apabila bilangan Reynoldsnya di bawah bilangan kritiknya (2300 untuk aliran fuida dalam pipa). Sedangkan apabila
bilangan Reynolds-nya di atas bilangan kritik tersebut, aliran disebut sebagai aliran turbulen.
Pada daerah di antara aliran laminar dan aliran turbulen terdapat daerah transisi. Gambar
berikut menjelaskan perbedaan antara ketiga jenis aliran tersebut.

Rumus dari bilangan Reynolds dinyatakan dengan rumus di bawah ini :

Dimana,

adalah massa jenis dari fluida yang mengalir (

adalah kecepatan aliran fluida saat masuk ke dalam pipa / saluran (

adalah diameter pipa / saluran ( m )
adalah viskositas kinematik (

Secara kasat mata, aliran laminar tampak teratur berupa lapisan-lapisan. Hal ini
disebabkan oleh gaya viskos yang besar. Sedangkan aliran turbulen tampak tidak teratur. Hal
ini disebabkan oleh ada pusaran-pusaran yang tidak beraturan pada aliran turbulen.
Penyebab utama terjadinya aliran turbulen adalah fluida masuk ke dalam saluran / pipa
dengan kecepatan tinggi. Maka dari itu lapisan batas dari suatu aliran hanya dapat
ditentukan apabila aliran tersebut laminar. Aliran turbulen sangat tidak beraturan sehingga
kita tidak dapat mengetahui besar lapisan batasnya. Gambar berikut menjelaskan perbedaan
lapisan batas pada kedua aliran.

2.2. Head Loss

Head Loss adalah energi yang hilang akibat adanya Minor Loss dan Major Loss. Head
Loss sering disebut juga sebagai energi yang hilang per satuan berat jenis karena satuan dari
Head Loss adalah meter (m). Head Loss ada 2 jenis yaitu Minor Loss dan Major Loss. Minor
Loss adalah energi yang hilang akibat adanya komponen-komponen pendukung dari suatu
saluran seperti katup, belokan, sambungan, dsb. Sedangkan Major Loss adalah energi yang
hilang akibat adanya gesekan antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa / saluran.

Gambar di samping adalah penjelasan Major

Loss
dengan
membandingkan
saluran
permukaan kasar dengan saluran permukaan
halus

Head Loss dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini.

dE cv
V2
V2
= Q cv W cv + M uin + Pinv in + in + g z in + M uout + Pout v out + out + g z out

2
2
dt

Dengan menggunakan asumsi :

dE cv
=0
dt
2. Fluida yang mengalir adalah fluida inkompresibel
3. Tidak ada perpindahan panas Q cv = 0

1. Aliran dalam kondisi tunak

4. Tidak ada kerja yang dihasilkan maupun kerja yang diberikan W cv = 0

Maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi

u in +
pin

pin

pin

2
p
v2
v in
+ z in = uout + out + out + z out

2g
2g

2
2
pout
v out
v in
+
+ z in =
+
+ z out + (u out u in )

2g
2g

2
p
v2
v in
+ z in = out + out + z out + H L

2g
2g

Pada persamaan terakhir kita dapat melihat bahwa dalam menghitung Head Loss kita dapat
menggunakan persamaan Bernoulli. Selain itu kita juga dapat menggunakan rumus DarcyWeisbach untuk mencari besar dari Head Loss. Perhatikan rumus Darcy-Weisbach di bawah
ini.
L V2
HL = f
D 2g

Dimana,
f adalah koefisien gesek pipa / saluran yang diperoleh dari diagram Moody
V adalah kecepatan aliran fluida saat masuk ke dalam pipa / saluran (
L adalah panjang pipa ( m )
D adalah diameter dalam pipa ( m )
g adalah percepatan gravitasi (m/s2)

Untuk menghubungkan antara bilangan Reynolds, koefisien gesek pipa, dan persamaan
Darcy-Weisbach pada halaman sebelumnya, digunakanlah diagram Moody. Berikut
diagramnya:

Rumus Darcy-Weisbach hanya dapat digunakan untuk mencari besar Head Loss yang
disebabkan oleh Major Loss. Sedangkan untuk mencari besar Head Loss yang disebabkan
oleh Minor Loss kita membutuhkan rumus yang ada di bawah ini.
HL = K L

V2
2g

Dimana, KL adalah konstanta yang bergantung pada geometri dan bentuk dari pipa / saluran
fluida. Rumus dari KL adalah
KL = f

l eq.
D

Dimana, Ieq adalah panjang ekivalen dari bentuk geometri yang menyebabkan kehilangan
energi.

2.3. Pengukuran Laju Aliran

Dalam melakukan pengukuran laju aliran dalam pipa / saluran kita dapat menggunakan alat
bantu sebagai berikut :
1. Sharp edge orifice plate
2. Ventury meter
3. Pipa penduga.
Namun, pada percobaan ini kami menggunakan ventury meter untuk mengukur laju aliran
dari aliran fluida di dalam pipa. Ventury meter adalah alat pengukur yang menggunakan
prinsip pengecilan luas penampang pipa / saluran, sehingga hal ini akan menyebabkan aliran
fluida akan mengalami peningkatan kecepatan serta mengalami penurunan tekanan. Selain
itu, untuk menentukan kecepatan aliran fluida kita juga membutuhkan persamaan Bernoulli
dan persamaan kontinuitas. Untuk dua persamaan tersebut kita dapat lihat persamaan di
bawah ini :
1
+ 2 + = (1)
2
= = (2)

Persamaan (1) adalah persamaan Bernoulli, persamaan tersebut dapat kita gunakan apabila
kita gunakan asumsi sebagai berikut :
1.
2.
3.
4.

Aliran fluida dalam kondisi tunak

Fluida yang mengalir adalah fluida inkompresibel
Aliran tanpa gesekan (inviscous)
Aliran di sepanjang garis lurus.

Dengan menggabungkan kedua persamaan di atas maka kita bisa sederhanakan dan
mendapatkan rumus sebagai berikut yang menyatakan debit dari aliran tersebut.

Q = A2

2(p1 p2 )

D
1 2

D1

3. Prosedur Praktikum
Berikut prosedur praktikum yang telah kami lakukan:
1. Mengisi tangki air pada sistem aliran fluida hingga penuh.
2. Menjalankan motor pompa hingga ada aliran air untuk sirkuit tertutup.
3. Mengatur katup-katup sedemikian hingga seluruh bagian sirkuit dapat mengalirkan air
dengan sempurna.
4. Mengatur katup agar debit yang mengalir sesuai dengan yang diinginkan, lalu mengalirkan
fluida ke pipa yang pertama.
5. Selanjutnya mengamati tinggi air pada manometer untuk mengetahui debit yang mengalir.
6. Memastikan selang berada pada saluran 1 dan 3 lalu mengamati tinggi air pada manometer
untuk mengetahui head loss pada pipa pertama saluran 1-3.
7. Mengganti selang pada saluran 1 dan 3 menjadi saluran 1 dan 2, lalu mengamati ketinggian
air pada manometer.
8. Pada saluran 1 dan 2 diganti menjadi saluran 2 dan 3, lalu amati kembali ketinggian air pada
manometer.
9. Melakukan percobaa f h untuk pipa 2 dan 3 dengan debit yang sama.
10. Setelah selesai hingga pipa ketiga, maka ulangi percobaan d h dengan debit ke-2 dan debit
ke-3.
11. Jika pada manometer terdapat gelembung udara pada waktu operasi, prosedur
pengeluaran gelembung harus dilakukan.

4. DATA PENGAMATAN
4.1. Data Instalasi
Pengamatan dilakukan pada instalasi Fluid Circuit System dengan data instalasi sebagai
berikut :

Instalasi terdiri dari 4 pipa (no 1 s/d 4), set pompa motor , tangki , katub dan fitting,
pengukur aliran , tap manometer serta manometer
Dimensi ketiga pipa uji sebagai berikut : (material pipa adalah kuningan (Brass))
o Pipa no.1 : Diameter = 3/4 in, sepanjang (L= 60 in)
o Pipa no.2 : Diameter = 1/2 in, sepanjang (L= 60 in)
o Pipa no.3 : Diameter = 3/8 in, sepanjang (L= 60 in)
Jarak titik pengamatan :
o Jarak dari titik 1 ke titik 2 adalah ( L = 36 in)
o Jarak dari titik 2 ke titik 3 adalah ( L = 24 in)
Sifat fisik air terhadap perubahan temperatur adalah sebagai berikut :
32
40
60
80
Temperatur ( F)
Massa Jenis (lbm/ft3)

62,4

62,4

62,4

62,2

Viskositas (lbf s/ft2)

3,75 E-5

3,23 E-5

2,36 E-5

1,8 E-5

Sumber : Gerhart Fluid Mechanics

Berdasarkan interpolasi tabel di atas untuk temperatur ruangan T = 27C(80F), maka:
Massa jenis = 62,2 lbm/ft3 (1,93 slug/ft3) dan Viskositas = 0,000018 lbf/ft .s

4.2. Data Hasil Pengamatan

Temperatur Air

80

Masa Jenis Air ()

1,93

Slug/ft3

Percepatan Gravitasi (g)

32,2

ft/s2

Diameter (Entrance) Venturimeter

1,025

In

Diameter (Throat) Venturimeter

0,625

In

Luas Penampang (Entrance) Venturimeter

0,825

In2

Luas Penampang (Throat) Venturimeter

0,307

In2

Dengan menggunakan rumus :

p1 p2 = g H dan Q = A2

2(p1 p2 )

D
1 2

D1

Maka dapat dihitung debit air melalui pipa.

80 cm

Titik 1

60 cm

Titik 2

Titik 3

Head Loss Pipa 1 (3/4 in)

(in 20)
(in)
Q

GPH

1-2

2-3

1-3

Venturimeter

316.109

0.875

0.375

1.25

4.875

II

175.346

0.5

0.25

0.875

1.5

III

226.371

0.5

0.25

0.5

2.5

Head Loss Pipa 2 (1/2 in)

(in 20)
(in)
Q

GPH

1-2

2-3

1-3

Venturimeter

316.109

1.5

3.5

4.875

II

175.346

1.25

2.25

1.5

III

226.371

0.75

1.75

2.5

Head Loss Pipa 3 (3/8 in)

(in 20)
(in)
Q

GPH

1-2

2-3

1-3

Venturimeter

316.109

13

4.875

II

175.346

1.5

III

226.371

3.5

2.75

2.5

5. PERHITUNGAN DAN ANALISIS

5.1. Perhitungan
Perhitungan kami lakukan dengan beberapa tahapan yaitu :
1. Menghitung Head Loss diantara dua titik pengamatan berdasarkan perbedaan
ketinggian air pada manometer.
2. Mencari nilai koefisien gesek (f) tiap pipa pada setiap panjang acuan.
3. Dari 3 nilai (f) untuk (Q) dibuat kurva f vs. panjang pipa untuk setiap Q.
4. Untuk debit tertentu hitung bilangan Reynold dan tentukan kekasaran pipa dengan
menggunakan diagram Moody.
5.

Membandingkan kekasaran pipa hasil percobaan dengan kekasaran pipa standar.

5.1.1.

Menghitung Head Loss (HL)

Berdasarkan persamaan energi diantara 2 titik yang diamati pada 1 buah pipa :
p1

v12
p
v2
+ z1 = 2 + 2 + z2 + HL
2g

2g

dengan : z1 = z2 ; v1 = v 2 dan p1 - p2 = g H
maka :

HL = H

Head loss dari tiap titik pengamatan adalah sama dengan (H) pada tabel data
pengamatan.
5.1.2.

Menentukan koefisien gesek pipa (f)

f =

HL

L V2

D 2g

Contoh perhitungan :
Untuk pipa 1 (d=3/8 in) untuk titik pengamatan (22 - 26), koefisien geseknya adalah :
f =

(1,083 ft )
36 in (5,852 ft / s)2

2
0,375 in 2(32,2 ft / s )

= 0,0212

Berikut ditampilkan tabel hasil perhitungan f, Q, serta kurva f vs. L pipa

Pipa 1 (d = 3/4 inch)
Head Loss (ft)

Koefisien
Gesek [ f ]

GPH

1-2

2-3

1-3

(ft/s)

1-2

2-3

1-3

316.109

0.073

0.031

0.104

3.826

0.0067

0.0043

0.0057

175.346

0.042

0.021

0.073

2.122

0.0124

0.0093

0.0130

226.371

0.042

0.021

0.042

2.740

0.0074

0.0056

0.0045

Pipa 2 (d = 1/2 inch)

Head Loss (ft)

Koefisien
Gesek [ f ]

GPH

1-2

2-3

1-3

(ft/s)

1-2

2-3

1-3

316.109

0.167

0.125

0.292

8.609

0.0020

0.0015

0.0035

175.346

0.104

0.083

0.188

4.776

0.0041

0.0033

0.0074

226.371

0.083

0.063

0.146

6.165

0.0020

0.0015

0.0034

Pipa 3 (d = 3/8 inch)

Head Loss
(ft)

Koefisien
Gesek [ f ]

GPH

1-2

2-3

1-3

(ft/s)

1-2

2-3

1-3

316.109

0.583

0.500

1.083

15.313

0.0014

0.0021

0.0019

II

175.346

0.417

0.333

0.750

8.494

0.0039

0.0046

0.0042

III

226.371

0.292

0.229

0.500

10.966

0.0016

0.0019

0.0017

Kurva gesekan rata-rata terhadap panjang pipa 3

f vs L (feet)
0.0035
0.0030
0.0025
0.0020
f rata

0.0015
0.0010
0.0005
0.0000
0

Kurva gesekan rata-rata terhadap panjang pipa 2

f vs L (feet)
0.0060
0.0050
0.0040
0.0030

f rata

0.0020
0.0010
0.0000
0

Kurva gesekan rata-rata terhadap panjang pipa 1

f vs L (feet)
0.0100
0.0090
0.0080
0.0070
0.0060
0.0050
0.0040
0.0030
0.0020
0.0010
0.0000

f rata

5.1.3. Menentukan Kekasaran Pipa ()

Dilakukan perhitungan bilangan Re terlebih dahulu, untuk kemudian dengan menggunakan

data f dan Re yang telah diperoleh, kekasaran pipa
, dapat dicari den
Diameter Pipa

Kecepatan

Bilangan

faktor gesekan

Kekasaran

(in)

(GPH)

Aliran

Reynolds

rata-rata

Pipa

(ft/s)
0.375

0.5

0.75

(f)

316.106

15.313

1422332

0.0023

175.346

8.494

788968

0.0029

226.371

10.966

1018553

0.0026

316.106

8.609

799656

0.0027

175.346

4.776

443569

0.0021

226.371

6.165

572646

0.0048

316.106

3.826

355403

0.0064

175.346

2.122

197142

0.0088

226.371

2.740

254509

0.0077

( )

0.0026

0.0032

0.0077

5.2. Grafik-grafik dari Hasil Perhitungan

Tabel Pengamatan Pipa 1:
Head Loss Pipa 1 (3/8 in)
Q (GPH)
L (ft)
133.923
1.967
2.623
4.590
375.393
1.967
2.623
4.590
303.708
1.967
2.623
4.590

f
0.0065
0.0164
0.0120
0.0006
0.0016
0.0012
0.0013
0.0031
0.0022

Grafik Koefisien Gesek Pipa 1:

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 1 (d=3/8 in)

Q = 133.923 GPH
0.0200
0.0150
0.0100
0.0050
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 1 (d=3/8 in)

Q = 375.393 GPH
0.0018
0.0016
0.0014
0.0012
0.0010
0.0008
0.0006
0.0004
0.0002
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

4.000

5.000

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 1 (d=3/8 in)

Q = 303.708 GPH
0.0040
0.0030
0.0020
0.0010
0.0000
0.000

1.000

2.000
3.000
Panjang Pipa ( L [ ft ] )

4.000

5.000

Tabel Pengamatan Pipa 2:

Head Loss Pipa 2 (1/2 in)
Q (GPH)
L (ft)
182.506
1.967
2.623
4.590
438.365
1.967
2.623
4.590
577.134
1.967
2.623
4.590

f
0.0176
0.0384
0.0601
0.0012
0.0027
0.0041
0.0031
0.0034
0.0050

Grafik Koefisien Gesek Pipa 2:

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 2 (d=1/2 in)

Q = 182.506 GPH
0.0700
0.0600
0.0500
0.0400
0.0300
0.0200
0.0100
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

4.000

5.000

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 2 (d=1/2 in)

Q = 438.365 GPH
0.0045
0.0040
0.0035
0.0030
0.0025
0.0020
0.0015
0.0010
0.0005
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 2 (d=1/2 in)

Q = 577.134 GPH
0.0060
0.0050
0.0040
0.0030
0.0020
0.0010
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

Tabel Pengamatan Pipa 3:

Head Loss Pipa 3 (3/4 in)
Q (GPH)
L (ft)
f
335.762
1.967
0.0324
2.623
0.0304
4.590
0.0417
435.432
1.967
0.0062
2.623
0.0015
4.590
0.0040
503.643
1.967
0.0063
2.623
0.0012
4.590
0.0034

4.000

5.000

Grafik Koefisien Gesek Pipa 3:

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 3 (d=3/4 in)

Q = 335.762 GPH
0.0450
0.0400
0.0350
0.0300
0.0250
0.0200
0.0150
0.0100
0.0050
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 3 (d=3/4 in)

Q = 435.432 GPH
0.0070
0.0060
0.0050
0.0040
0.0030
0.0020
0.0010
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

Koefisien Gesek (f)

Grafik Koefisien Gesek Pipa 3 (d= 3/4 in)

Q = 503.643 GPH
0.0070
0.0060
0.0050
0.0040
0.0030
0.0020
0.0010
0.0000
0.000

1.000

2.000

3.000

Panjang Pipa ( L [ ft ] )

4.000

5.000

Grafik ( f VS D)

y = 0.0508x + 0.0009

Koefisien Gesek ( f )

0.0450
0.0400
0.0350
0.0300
0.0250
y = 0.007x - 0.0012
0.0200
0.0150
y = 0.0032x + 0.0015
0.0100
0.0050
0.0000
0.000
0.200
0.400
0.600
Diameter Pipa [in]
Q = 335,762 GPH

0.800

Q = 365,012 GPH

Tabel harga f untuk setiap pipa

Diameter Pipa
(in)

Q
(GPH)

0.375

133.923
375.393
303.708

Kecepatan
Aliran
(ft/s)
6.522
18.185
14.712

0.5

182.506
438.365
577.134

0.75

335.762
432.432
503.643

Bilangan
Reynolds
605812
1689079
1366532

faktor gesekan
rata-rata
(f)
0.0116
0.0011
0.0022

f rata-rata
tiap pipa
(f)

3.647
10.224
8.272

338782
949625
768285

0.0387
0.0027
0.0038

0.0151

1.621
4.544
3.676

150570
422056
341460

0.0348
0.0039
0.0036

0.0141

0.0050

5.3. Analisis:
Beberapa hal yang kami temukan dari percobaan ini:
1. Bilangan Reynolds yang didapat untuk setiap pipa pada 3 debit yang berbeda nilainya di
atas 4000 (Re >> 4000). Ini menunjukkan bahwa aliran yang terjadi merupakan aliran
turbulen.
2. Pengukuran koefisien gesek pipa pada setiap pipa, jika dipetakan terhadap L,
menunjukkan tren kurva yang relatif sama untuk setiap pipa dengan tiga debit yang
berbeda. Hal ini berarti faktor gesekan rata-rata yang didapat menunjukkan nilai yang
mewakili faktor gesekan dari pipa itu.
3. Faktor gesekan rata rata untuk pipa berdiameter 0.375 in. lebih kecil dibandingkan
pipa berdiameter 0.75 in. , dan pipa berdiameter 0.5 in. memiliki faktor gesekan ratarata terbesar.
4. Pada diagram Moody, hanya debit terkecil yang bisa dicari harga f untuk tiap pipa
melalui diagram tersebut, sedangkan untuk debit yang lebih besar angkanya tidak
tertulis di diagram karena sangat kecil.
5. Dari diagram Moody, harga untuk pipa 1 adalah lebih kecil dari 10-6 , untuk pipa 2 dan 3
adalah 0.007.

6. Simpulan dan Saran

6.1. Simpulan
1. Karena aliran yang terjadi pada sistem merupakan aliran turbulen, maka sifat-sifat aliran
tersebut menjadi sulit diprediksi.
2. Melalui berbagai perhitungan, nilai dari bilangan Reynolds untuk semua aliran berada di
atas 4000. Sedangkan nilai friction factornya berkisar antara 0.001 hingga 0.06,
bergantung pada debit aliran, panjang pipa, dan diameter pipa.
3. Head loss sistem aliran fluida dapat ditentukan dengan menggunakan diagram Moody
sebagai acuan. Namun, diagram tersebut memiliki beberapa keterbatasan sehingga head
loss dalam beberapa kasus (misal untuk debit yang cukup besar) tidak dapat diketahui
atau sulit didapatkan.

6.2. Saran
1. Sebaiknya perawatan mesin dilakukan dengan lebih sering dan lebih baik sehingga
mengurangi kemungkinan kerusakan mesin dan kesalahan pengambilan data.
2. Sebaiknya praktikum juga dilakukan untuk aliran laminar sehingga karakteristik kedua
jenis aliran dapat dibandingkan.

Daftar Pustaka
Munson, Bruce R. & Young, Donald F. 2009. Fundamentals of Fluid Mechanics. 6th ed. USA: John
Wiley & Sons, Inc.
Nurprasetio, Ignatius Pulung, dan Tandian, Nathanael Panagung. Panduan Praktikum Fenomena
Dasar Mesin. 2008. Bandung: ITB.