BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengukuran Kecepatan Fluida dengan Tabung Pitot

Gambar 4.1 Grafik Kecepatan Lokal (u) vs Ketinggian Bed (z)

Gambar 4.1 adalah grafik kecepatan lokal (u) vs ketinggian bed (z) yang

menunjukkan hubungan antara kecepatan lokal (u) dengan tinggi bed (z). Pada laju

alir 16 L/menit dengan ketinggian bed (z) 7, 10, 18, 22, 29, 35, 43 dan 49 mm

diperoleh kecepatan lokal (u) masing-masing sebesar 0,700; 0,754; 0,779; 0,727;

0,767; 0,741; 0,754 dan 0,779 m/s. Pada laju alir 23 L/menit dengan ketinggian bed

(z) 7, 10, 18, 22, 29, 35, 43 dan 49 mm kecepatan lokal masing-masing sebesar

0,918; 0,852; 0,896; 0,907; 0,918; 0,907; 0,885 dan 0,874 m/s. Pada laju alir 33

L/menit dengan ketinggian bed (z) 7, 10, 18, 22, 29, 35, 43 dan 49 mm kecepatan

lokalnya masing-masing sebesar 1,084; 1,066; 1,048; 1,038; 1,010; 0,970; 1,038 dan

1,010 m/s. Pada laju alir 40 L/menit dengan ketinggian bed (z) 7, 10, 18, 22, 29, 35,

43 dan 49 mm kecepatan lokalnya masing-masing sebesar 1,188; 1,212; 1,196;

1,252; 1,171; 1,146; 1,163 dan 1,171 m/s. Dari grafik diatas terlihat bahwa grafik

membentuk fluktuasi pada setiap debit aliran dimana semakin bertambahnya

ketinggian bed (z), kecepatan lokal (u) juga bertambah atau berkurang

Tabung pitot (pitot tube) adalah alat ukur kecepatan fluida yang berupa pipa

yang berbentuk L. Aliran yang masuk kemulut tabung L menghasilkan tekanan yang

disebut ps (tekanan parsial), tekanan ini terhubung ke selang pembacan. Beda tekanan

Δh antara tekanan air dengan tekanan udara adalah dengan mengurangi ketinggia h1

dan h2 pada pembacaan tabung pitot (Jamiah, 2013).

Momentum didefinisikan sebagai perkalian massa dengan kecepatan. Massa

didefinisikan sebagai jumlah zat cair yang melalui penampung tertentu tiap satuan

waktu atau aliran massa. Arus zat cair yang mempunyai luas penampang A dan

kecepatan U (Umar, 2012)

Dengan hal tersebut, didapat persamaan umum terhadap debit aliran fluida

sebagai berikut:

Q = V.A (Sangkertadi, 2001)

Dimana:

Q = Debit aliran (m3/s)

V = kecepatan aliran (m/s)

A = luas penampang (m2)

Dari persamaan diatas dimana debit aliran (Q) sebanding dengan kecepatan

aliran (V) dan luas penampang (A). Luas penampang sangat dipengaruhi oleh

ketinggian bed (z). Apabila ketinggian bed (z) semakin tinggi maka luas penampang

akan semakin kecil sehingga kecepatan aliran (V) akan semakin meningkat. Nilai

kecepatan rata-rata (v) berbanding terbalik dengan luas penampang (A).

Dari hasil percobaan diperoleh data hasil yeng tidak seuai dengan teori pada

setiap laju alir, dimana pada grafik menunjukkan fluktuasi. Hal ini disebabkan oleh:

1. Laju alir inlet yang tidak konstan

2. Terjadi pressure drop pada pompa sehingga aliran fluida yang mengalir

tidak maksimal.

4.2 Pengukuran Profil Kecepatan Fluida

Gambar 4.2 Grafik vs

Gambar 4.2 menunjukkan hubungan antara vs untuk aliran transisi

pada laju alir 16 L/menit dengan NRe = 3866,623 pada = 0 maka nilai =

20,557. Untuk aliran turbulen pada laju alir 23 L/menit dengan NRe = 5558,270 pada

= 0 maka nilai = 13,017. Untuk aliran turbulen pada laju alir 33 L/menit

dengan NRe = 7974,910 pada = 0 maka nilai = 14,295. Untuk aliran

turbulen pada laju alir 40 L/menit dengan NRe = 9666,557 pada = 0 maka nilai

= 9,061.

Bilangan Reynold merupakan rasio fluks momentum yang dibawa oleh cairan

secara aksial sepanjang tabung kekental momentum fluks diangkut normal dalam

aliran arus arah radial (Albright, 2009). Diperoleh untuk bilangan Reynold adalah:

Re = (ρ V L) / µ (Klara, 2011)

Dimana : Re = Bilangan Reynold

L = Panjang Benda (m)

v = Kecepatan rata-rata (m/s)

ρ = Densitas (kg/m3)

µ = Viskositas (Pa.s)

Tiap partikel fluida bergerak sepanjang suatu jalur tertentu yang disebut

sebagai garis alur. Jenis aliran ini disebut sebagai aliran steramline atau aliran

laminar. Jika kecepatan aliran bertambah, gaya inersia setahap demi setahap

melampaui gaya kekentalan. Suatu kecepatan kritis dicapai jika gaya inersia menjadi

sangat besar dibanding gaya kekentalan, sedemikian hingga gaya kekentalana

menjadi tidak efektif dalam mengendalikan pola aliran. Pola teratur yang khas pada

aliran laminar dalam hal ini akan menghilang dan partikel-partikel fluida

menyimpang dari garis arusnya semula, serta mulai bergerak dengan cara yang

sepenuhnya acak. Aliran ini disebut sebagai turbulen (Umar, 2012).

Gambar 4.3 Profil Kecepatan dalam Suatu Pipa. (a) Laminar dalam Pipa (b)

Aliran Turbulen dalam Pipa.

(Umar, 2012)

Dari hasil percobaan pada laju alir 16 L/menit jenis aliran merupakan aliran

transisi sedangkan pada laju alir 23, 33 dan 40 L/menit jenis aliran merupakan aliran

turbulen. Grafik yang dihasilkan untuk aliran transisi dan turbulen tidak sesuai

dengan teori karena grafik yang terbentuk tidak membentuk garis lurus. Hal ini

disebabkan oleh :

1. Laju alir inlet yang tidak konstan

2. Terjadi pressure drop pada pompa sehingga aliran fluida yang mengalir tidak

maksimal.

4.3 Aplikasi Persamaan Kontinuitas

Gambar 4.5 Grafik vs

Gambar 4.5 menunjukkan perbandingan antara dengan Pada laju

alir 16 L/menit untuk = 1,046; 1,067; 1,127; 1,159; 1,221; 1,280; 1,368 dan

1,441 diperoleh nilai = 0,606; 0,644; 0,670; 0,626; 0,650; 0,628; 0,658 dan

0,675. Pada laju alir 23 L/menit untuk = 1,046; 1,067; 1,127; 1,159; 1,221;

1,280; 1,368 dan 1,44, diperoleh nilai = 0,733; 0,689; 0,749; 0,725; 0,711;

0,711; 0,698 dan 0,698. Pada laju alir 33 L/menit untuk = 1,046; 1,067; 1,127;

1,159; 1,221; 1,280; 1,368 dan 1,44, diperoleh nilai = 0,775; 0,762; 0,752;

0,745; 0,740; 0,686; 0,757 dan 0,728. Pada laju alir 40 L/menit untuk = 1,046;

1,067; 1,127; 1,159; 1,221; 1,280; 1,368 dan 1,44, diperoleh nilai = 0,816;

0,866; 0,854; 0,877; 0,798; 0,799; 0,796 dan 0,828.Secara teori, cairan yang mengalir dengan kecepatan rendah, seperti dalam

contoh ini dapat dianggap tidak mampu mampat. Oleh karena itu, ρ1=ρ2, maka:

Q1=Q2 (Klara, 2011)

Untuk aliran tak mampu mampat, diperoleh:

Q = A1V1 = A2V2 (Klara, 2011)

Atau:

V = √2 . g. h (Griskey, 2002)

A = b.y (Griskey, 2002)

Maka akan diperoleh:

Dimana : v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Q = debit aliran (m3/s)

A = luas penampang (m2)

b = lebar saluran penampang (m)

y = tinggi saluran (m)

y1 = tinggi channel pada section 1 (mm)

y2 = tinggi channel pada section 2 (mm)

H1 = tinggi fluida pada tabung pitot section 1 (mm)

H2 = tinggi fluida pada tabung pitot section 2 (mm)

Dari hasil percobaan terdapat titik-titik yang tidak sesuai dengan teori dimana

untuk titik-titik tersebut hampir mendekati garis diagonal dan menjauhi garis

diagonal. Adapun penyimpangan yang terjadi disebabkan oleh :

1. Laju alir inlet yang tidak konstan

2. Terjadi pressure drop pada pompa sehingga aliran fluida yang mengalir

tidak maksimal.

4.4 Penggunaan Kontraksi Sebagai Alat Ukur Fluida

Gambar 4.6 Grafik Cv vs v2

Gambar 4.6 menunjukkan bahwa hubungan antara koefisien kalibrasi alat ukur

(Cv) dengan kecepatan rata-rata (v). Dari hasil percobaan untuk v2 0,0509; 0,0732;

0,1050 dan 0,1272 m/s masing-masing mempunyai nilai Cv sebesar 0,0010; 0,0014;

0,0022 dan 0,0026.

Secara teori nilai Cv sebanding dengan kecepatan rata-rata (v), apabila

kecepatan rata-rata (v) semakin besar maka nilai Cv semakin meningkat. Hal ini

dapat dilihat dari persamaan berikut ini :

Q = A1V1=A2V2 (Nugroho, 2012)

Cv= Q/√ΔP/Sg (Nugroho, 2012)

Cv=V2A2/√ P2-P1/Sg

Dimana :

Q = Debit aliran (m3/s)

v = kecepatan (m/s)

A = luas penampang saluran (m2)

Sq = rasio densitas fluida

Cv = faktor koefisien kecepatan

ΔP = kerugian tekanan dalam uap

Kecepatan rata-rata (v) berbanding lurus dengan faktor koefisien kecepatan

(Cv), jika kecepatan rata-rata (v) semakin besar maka faktor koefisien kecepatan

(Cv) akan semakin besar.

Hasil percobaan telah sesuai dengan teori dimana kecepatan fluida semakin

besar maka nilai Cv akan semakin besar.