MEKANIKA FLUIDA

“WIND TUNNEL”

Kelompok 4 :

Risky 25

RR. Alvina 26

Saadilah 27

Tria Satria 28

Ujang W 29

Ulfi 30

Yusuf A 31

Zaskia 32

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

I. LATAR BELAKANG

Latar Belakang Percobaan I ( Venturimeter)

Kebutuhan untuk mengetahui besarnya kelajuan suatu fluida dalam hal ini adalah gas, maka dari itu dibutuhkan alat pengukur yang mampu mengukur besarnya kelajuan fluida yang akurat dan mudah. Yang selanjutnya kelajuan itu dapat digunakan untuk mendapatkan tekanan fluida tersebut, sehingga kita dapat mengukur debit aliran fluida. Alat-alat yang digunakan untuk mengukur kelajuan suatu fluida adalah Venturimeter dan Pitot Tube. Maka dari itu dilakukan percobaan venturemeter dan pitot tube.

Latar Belakang percobaan II (Orifice Plate)

Kebutuhan untuk mengetahui besarnya kelajuan suatu fluida dalam hal ini adalah gas, maka dari itu dibutuhkan alat pengukur yang mampu mengukur besarnya kelajuan fluida yang akurat dan mudah di operasikan. Yang selanjutnya kelajuan itu dapat digunakan untuk mendapatkan tekanan fluida tersebut, sehingga kita dapat mengukur debit aliran fluida. Alat-alat yang digunakan untuk mengukur kelajuan suatu fluida adalah Orifice plate dan Pitot Tube. Maka dari itu dilakukan percobaan Orifice plate dan pitot tube.

Latar Belakang percobaan III (Distribusi Kecepatan)

Kebutuhan untuk mengetahui besarnya distribusi kecepatan berdasarkan pada suatu fluida, gas di gunakan sebagai fluida kerja standar untuk mengetahui ragam distribusi kecepatan berdasarkan pada posisi pitot tube di dalam pipa. maka dari itu di butuhkan alat pengukur yang mampu mengukur besarnya distribusi kecepatan fluida yang akurat dan mudah di operasikan.Yang selanjutnya hasil proyeksi dari pengukuran distribusi kecepatan fluida, dapat menggambarkan distribusi kecepatan dari pipa tersebut.

II. DASAR TEORI

Venturi meter dan tabung pitot

Venturi meter

Venturimeter adalah alat yang berdasarkan pada tabung venture yaitu alat yang dipasang dalam suatu pipa aliran untuk mengukur kelajuan cairan. Alat ini bekerja berdasarkan Efek Venturi.

Alat ini dapat dipakai untuk mengukur laju aliran fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Venturimeter digunakan sebagai pengukur volume fluida misalkan minyak yang mengalir tiap detik.
Venturimeter adalah sebuah alat yang bernama pipa venturi. Pipa venturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan. Dalam pipa venturi ini luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar daripada bagian tengahnya. Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebi sempit, dengan demikian, maka akan terjadi perubahan kecepatan.

Tabung pitot

Tabung pitot digunakan untuk mengukur laju aliran gas pada suatu pipa. Tabung pitot digunakan untuk mengukur kecepatan fluida di suatu titik pada fluida itu

Cara Kerja

Venturi meter

Fluida yang mengalir dalam pipa mempunyai massa jenis ρ. Kecepatan fluida mengalir pada pipa sebelah kanan, maka tekanan pada pipa sebelah kiri lebih besar. Perbedaan tekanan fluida di dua tempat tersebut diukur oleh manometer yang diisi dengan fluida dengan massa jenis ρ’ dan manometer menunjukkan bahwa perbedaan ketinggian permukaan fluida di kedua sisi adalah H. Dengan menggunakan persamaan kontinuitas dan Persamaan Bernouli, diperoleh :

Keterangan :

v1      = kecepatan pipa yang besar, satuannya m/s
h        = beda tinggi cairan pada kedua tabung, satuannya m
A       = Luas penampang pipa yang besar, satuannya m2
A2     = Luas penampang pipa yang kecil, satuannya m2

Tabung Pitot

Lubang yang menuju ke kaki kanan manometer, tegak lurus dengan aliran udara. Karenanya, laju aliran udara yang lewat di lubang ini (bagian tengah) berkurang dan udara berhenti ketika tiba di titik 2. Dalam hal ini, v2 = 0. Tekanan pada kaki kanan manometer sama dengan tekanan udara di titik 2 (P2).
Ketinggian titik 1 dan titik 2 hampir sama (perbedaannya tidak terlalu besar) sehingga bisa diabaikan. Ingat ya, tabung pitot juga dirancang menggunakan prinsip efek venturi. Mirip seperti si venturi meter, bedanya si tabung pitot ini dipakai untuk mengukur laju gas alias udara. Karenanya, kita tetap menggunakan persamaan efek venturi. Di bawah ini adalah turunan persamaannya :

Perhatikan persamaan 1 dan persamaan 2. Ruas kiri-nya sama (P2 – P1). Karenanya persamaan 1 dan 2 bisa dirubah menjadi seperti ini :

Keterangan :

V       = kelajuan gas, satuannya m/s
h        = beda tinggi air raksa, satuannya m
A1     = Luas penampang pipa yang besar, satuannya m2
A2     = Luas penampang pipa yang kecil (pipa manometer), satuannya m2
ρ        = massa jenis gas, satuannya kg/m3
ρ’      = massa jenis cairan pada manometer, satuannya kg/m3

Penerapan Alat

Venturimeter
Venturimeter biasa digunakan untuk pengaturan aliran bensin dalam system pengapian pada kendaraan bermotor.

Tabung pitot
Tabung pitot atau pipa pitot ini merupakan suatu peralatan yang dapat dikembangkan sebagaipengukur kecepatan gerak pesawat terbang.

Pengukuran Aliran

Pengukuran aliran adalah pengukuran kapasitas aliran atau laju aliran massa atau laju aliran volume. Pada bab ini akan dibahas alat-alat dan perhitungan aliran. Ditinjau dari jenis aliran fluida, yaitu aliran saluran tertutup dan saluran aliran terbuka, maka alat pengukuran aliran secara umum juga akan diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu pengukuran aliran terbuka dan mengukuran aliran tertutup. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur tersebut. Adapun persamaan dasar yang dipergunakan dalam menganalisa pengukuran aliran adalah persamaan kontinuitas, persamaan Bernoulli dan perhitungan head loss aliran.

Pengukuran Aliran Interal

Pengukuran aliran internal dapat dilakukan dengan 4 metode yaitu :1. metode langsung2. metode pembatasannosel, venturi, orifice, elemen aliran laminer,3. metode linier;float meter, rotameter, turbin flowmeter, vortex flow meter,electromagnetik flow meter, magnetik flow meter, ultrasonic4. metode pembagian ( pitot tube, anemometer).

Metode Langsung

Metode langsung pengukuran aliran dapat dilakukan dengan menggunakan volume atau massa fluida dalam selang waktu tertentu. Pada selang waktu yang lama dan diukur secara tepat, serta pengukuran volume atau massa diukur secara tepat, maka pengukuran ini tidak memerlukan kalibrasi. Pengukurab laju aliran volume atau massa dengan metode langsung ini cukup teliti. Akan tetapi apabila fluida yang diukur adalah gas, maka efek kompresibilitasnya harus diperhitungkan.

Metode pembatasan

Metode pembatasan ini mengukur perbedaan tekanan antara dua penampang aliran yang sebanding dengan laju aliran. Perhitungan laju aliran teoritis dapat dilakukan berdasarkan hokum kontinuitas dan persamaan Bernoull. Kapasitas aliran sebenarnya dapat ditentukan dengan memperhitungkan faktor koreksi dari masing-masing alat ukur yang ditentukan secara empiris.

ORIFICE PLATE

Orifice Plate adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk mengukur laju aliran fluida. Menggunakan prinsip yang sama sebagai Venturi nozzle, yaitu prinsip Bernoulli yang menyatakan bahwa ada hubungan antara tekanan fluida dan kecepatan fluida. Ketika meningkatkan kecepatan, tekanan berkurang dan sebaliknya.

Deskripsi

Orifice Plate(Sebuah plat lubang) adalah pelat tipis dengan lubang di tengah. Hal ini biasanya ditempatkan dalam pipa aliran fluida di mana. Ketika cairan mencapai pelat orifice, dengan lubang di tengah, cairan dipaksa untuk berkumpul untuk pergi melalui lubang kecil, titik konvergensi maksimum sebenarnya terjadi tak lama hilir orifice fisik, pada titik kava disebut contracta (lihat gambar sebelah kanan). Seperti tidak demikian, kecepatan dan perubahan tekanan. Di luar contracta vena, cairan mengembang dan kecepatan dan tekanan perubahan sekali lagi. Dengan mengukur perbedaan tekanan fluida antara bagian pipa normal dan di vena contracta, tingkat aliran volumetrik dan massa dapat diperoleh dari persamaan Bernoulli.

Penggunaan

Orifice Plate yang paling sering digunakan untuk pengukuran kontinyu cairan di dalam pipa. Mereka juga digunakan dalam beberapa sistem sungai kecil untuk mengukur aliran di lokasi di mana sungai melewati gorong-gorong atau saluran. Hanya sebagian kecil sungai sesuai untuk penggunaan teknologi sejak piring harus tetap sepenuhnya terendam yaitu pendekatan pipa harus penuh, dan sungai harus secara substansial bebas dari puing-puing.

Dalam lingkungan alam pelat orifice besar digunakan untuk mengontrol aliran bantuan selanjutnya dalam bendungan banjir. dalam struktur sebuah bendungan rendah ditempatkan di seberang sungai dan dalam operasi normal air mengalir melalui pelat orifice leluasa sebagai lubang secara substansial lebih besar dari bagian aliran normal cross. Namun, dalam banjir, naik laju alir dan banjir keluar pelat orifice yang dapat kemudian hanya melewati aliran ditentukan oleh dimensi fisik lubang tersebut. Arus ini kemudian diadakan kembali di belakang bendungan yang rendah dalam reservoir sementara yang perlahan dibuang melalui mulut ketika banjir reda.

Aliran mampat melalui suatu lubang

Dengan asumsi steady-state, mampat (densitas fluida konstan), inviscid, aliran laminar dalam pipa horizontal (tidak ada perubahan elevasi) dengan kerugian gesekan dapat diabaikan, persamaan Bernoulli tereduksi menjadi persamaan yang berkaitan dengan konservasi energi antara dua titik pada sama arus :

Atau

Dengan persamaan kontinuitas:

$Q = A_1 \ cdots V_1 V_2 = A_2 \ cdots$ atau V ₁ = Q / A ₁ dan V ₂ = Q / A _2:

Penyelesaian untuk Q:

dan:

Ungkapan di atas untuk Q memberikan laju aliran volume teoritis. Memperkenalkan beta faktor β = d2 / d1 serta koefisien debit Cd:

Dan akhirnya memperkenalkan C meter koefisien yang didefinisikan sebagai

untuk mendapatkan persamaan akhir untuk aliran volumetrik cairan melalui mulut:

Mengalikan dengan kepadatan fluida untuk mendapatkan persamaan untuk tingkat aliran massa pada setiap bagian dalam pipa:

dimana:
Q = laju aliran volumetrik (pada setiap bagian-silang), m³ / s

= laju aliran massa (pada setiap bagian-silang), kg / s
Cd = koefisien debit, berdimensi
C = koefisien aliran orifice, berdimensi
A1 = luas penampang pipa, m²
Penampang A2 = luas lubang orifice, m²
d1 = diameter pipa, m
d2 = diameter lubang orifice, m
β = rasio diameter lubang orifice diameter pipa, berdimensi
V1 = hulu kecepatan m, cairan / s
V2 = kecepatan fluida melalui lubang orifice m, / s
P1 = tekanan fluida hulu, Pa dengan dimensi kg / (• m s ²)
P2 = tekanan hilir fluida, Pa dengan dimensi kg / (• m s ²)
ρ = densitas fluida, kg / m³
Menderivasi persamaan di atas digunakan penampang dari lubang orifice dan tidak realistis menggunakan minimum cross-section di contracta vena. Selain itu, kerugian gesek tidak mungkin dapat diabaikan dan viskositas dan efek turbulensi dapat hadir. Untuk alasan itu, koefisien debit Cd diperkenalkan. Metode ada untuk menentukan koefisien debit sebagai fungsi dari bilangan Reynolds.
Parameter

sering disebut sebagai kecepatan faktor pendekatan dan membagi koefisien debit dengan parameter yang (seperti yang telah dilakukan di atas) menghasilkan koefisien aliran C. Metode juga ada untuk menentukan koefisien aliran sebagai fungsi dari fungsi β beta dan lokasi tekanan hilir penginderaan sentuh. Untuk perkiraan kasar, koefisien aliran mungkin dianggap antara 0,60 dan 0,75. Untuk pendekatan pertama, aliran koefisien 0,62 dapat digunakan karena hal ini mendekati mengalir sepenuhnya dikembangkan.
Sebuah lubang hanya bekerja dengan baik bila diaktifkan dengan profil aliran sepenuhnya dikembangkan. Hal ini dicapai dengan panjang hulu panjang (diameter pipa 20 hingga 40, tergantung pada bilangan Reynolds) atau penggunaan kondisioner aliran. Orifice piring kecil dan murah tetapi tidak memulihkan penurunan tekanan serta nosel venturi tidak. Jika memungkinkan ruang, meter venturi lebih efisien daripada sebuah flowmeter.

Aliran gas melalui suatu lubang

Secara umum, persamaan (2) berlaku hanya untuk arus mampat. Hal ini dapat dimodifikasi dengan memperkenalkan faktor ekspansi Y untuk menjelaskan kompresibilitas gas.

Y adalah 1,0 untuk cairan mampat dan dapat dihitung untuk gas kompresif.
Perhitungan faktor ekspansi
Faktor ekspansi Y, yang memungkinkan untuk perubahan dalam kepadatan gas ideal seperti memperluas isentropically, diberikan oleh:

Untuk nilai β kurang dari 0,25, pendekatan β4 0 dan istilah tanda kurung terakhir pada persamaan di atas pendekatan 1. Dengan demikian, untuk sebagian besar instalasi pelat orifice:

dimana:
Y = Ekspansi faktor, berdimensi
r = P2 / P1
k = rasio panas spesifik (cp / cv), berdimensi
Mensubstitusikan persamaan (4) ke dalam persamaan laju aliran massa (3):

Dan :

dan dengan demikian, persamaan akhir untuk non-tersedak (yaitu, sub-sonik) aliran gas ideal melalui lubang bagi nilai β kurang dari 0,25:

Menggunakan hukum gas ideal dan faktor kompresibilitas (yang mengoreksi untuk gas non-ideal), persamaan praktis diperoleh untuk aliran non-tercekik gas riil melalui lubang bagi nilai β kurang dari 0,25:

Mengingat bahwa

Dan (hukum gas ideal dan faktor kompresibilitas)

dimana:
k = rasio panas spesifik (cp / cv), berdimensi
\ Dot {m} = laju aliran massa pada setiap kg, bagian / s
Q1 = laju alir gas hulu riil, m³ / s
C = koefisien aliran orifice, berdimensi
Penampang A2 = luas lubang orifice, m²
ρ1 = hulu kepadatan gas nyata, kg / m³
P1 = tekanan gas hulu, Pa dengan dimensi kg / (• m s ²)
P2 = tekanan hilir, Pa dengan dimensi kg / (• m s ²)
M = gas molekul massa, kg / mol (juga dikenal sebagai berat molekul)
R = UU Gas Universal Konstanta = 8,3145 J / (mol K •)
T1 = suhu mutlak gas hulu, K
Z = kompresibilitas gas faktor pada P1 dan T1,berdimensi

III. DATA PENGAMATAN

PERCOBAAN I (VENTURIMETER)

1. Pada rpm 1300

a. Micromanometer (tabung pitot)

H₁= 13.5 mm H₂– H₁= 1 mm

H₂= 14.5 mm

b. Micrometer (venturimeter)

H₁= 16 mm H₂– H₁= 17.5 mm

H₂= 33.5 mm

2. Pada rpm 1400

a. Micromanometer (tabung pitot)

H₁= 13.5 mm H₂– H₁= 1.5 mm

H₂= 15 mm

b. Micrometer (venturimeter)

H₁= 16 mm H₂– H₁= 16.5 mm

H₂= 32.5 mm

PERCOBAAN II (ORIFICE PLATE)

1. Pada rpm 1300

a. Micromanometer (tabung pitot)

H₁= 16.25 mm H₂– H₁= 6.75 mm

H₂= 23 mm

b. Micrometer (orifice plate)

H₁= 15.6 mm H₂– H₁= 16.9 mm

H₂= 32.5 mm

2. Pada rpm 1400

a. Micromanometer (tabung pitot)

H₁= 16.25 mm H₂– H₁= 6.5 mm

H₂= 22.75 mm

b. Micrometer (orifice plate)

H₁= 15.6 mm H₂– H₁= 16.4 mm

H₂= 32 mm

PERCOBAAN III (DISTRIBUSI KECEPATAN)

1. Pada rpm 1300

Micromanometer (tabung pitot)

H_{1 =}14.4 mm

Ketinggian	1300 rpm		1400 rpm
Ketinggian	H₂(mm)	H₂– H₁(mm)	H₂(mm)	H₂– H₁(mm)
1	15.5	1.1	15.4	1.0
2	15.5	1.1	15.5	1.1
3	15.7	1.3	15.7	1.3
4	15.7	1.3	15.7	1.3
5	15.6	1.2	15.8	1.4
6	15.5	1.1	15.8	1.4
7	15.5	1.1	15.9	1.5
8	15.5	1.1	15.8	1.4
9	15.4	1.0	15.7	1.3
10	15.6	1.2	15.7	1.3
11	15.6	1.2	15.7	1.3
12	15.6	1.2	15.6	1.2
13	15.4	1.0	15.5	1.1
14	15.3	0.9	15.4	1.0
15	15	0.6	15	0.6