PROYEK PEMBUATAN ALAT SEDERHANA BAB FLUIDA
I.
Tema Alat
Fluida Dinamis.
II.
Nama Alat
Pipa Venturi.
III.
Tujuan :
1. Untuk memenuhi nilai ujian praktik fisika.
2. Untuk memahami konsep fisika “venturi meter”.
3. Untuk mempelajari konsep dasar pembuatan venturimeter.
4. Untuk menguji daya keterampilan.
5. Untuk mengetahui cara pembuatan dan cara kerja miniatur
pipa venturi.
6. Untuk menjelaskan konsep hukum pascal dengan miniatur pipa
venturi.
7. Untuk menyebutkan aplikasi atau penerapan pipa venturi
dalam kehidupan sehari-hari.
VI.
Alat dan Bahan yang
Digunakan :
1. Alat-alat yang digunakan :
a.
Gergaji.
b.
Solder.
c.
Gunting.
d.
Mistar.
e.
Meteran.
2.
Bahan-bahan yang digunakan :
a.
Lem PVC.
b.
Pipa Paralon berdiameter 5 cm
dengan panjang 30 cm.
c.
Pipa Paralon berdiameter 2,5
cm dengan panjang 30 cm.
d.
Pipa L.
e.
Plastisin.
f.
Selang Transparan dengan
panjang 30cm.
g.
fluida( air pada pipa, minyak pada selang).
h.
Kayu berukuran 40 x 20 cm.
i.
Pipa Penetup.
j.
Pipa Shock.
k.
Lem Kayu.
V. Teori yang
Digunakan ( Kajian Teori)
Penemu Hukum
Bernoulli
Asas
Bernoulli dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli (1700±1782).
DanielBernoulli lahir di Groningen, Belanda pada tangga l8 Februari 1700 dalam
sebuah keluarga yang hebat dalam bidang matematika. Dia dikatakan memiliki
hubungan buruk dengan ayahnya yaitu Johann Bernoulli, setelah keduanya bersaing
untuk juara pertama dalam kontes ilmiah di Universitas Paris. Johann, tidak
mampu menanggung malu harus bersaing dengan anaknya sendiri. Johann Bernoulli
juga menjiplak beberapa idekunci dari buku Daniel, Hydrodynamica dalam bukunya
yang berjudul Hydraulica yang diterbitkan lebih dahulu dari buku Hydrodynamica.
Dalam kertas kerjanya yang berjudul Hydrodynamica, Bernoulli menunjukkan bahwa
begitu kecepatan aliran fluida meningkat maka tekanannya justru menurun. Pada
saat usia sekolah, ayahnya, Johann Bernoulli, mendorong dia untuk belajar
bisnis. Namun, Daniel menolak, karena dia ingin belajar matematika. Ia kemudian
menyerah pada keinginan ayahnya dan bisnis dipelajarinya. Ayahnya kemudian
memintanya untuk belajar dikedokteran, dan Daniel setuju dengan syarat bahwa ayahnya
akan mengajarinya matematika secara pribadi.
Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.
Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).
Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida
Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:
• Aliran bersifat tunak (steady state)
• Tidak terdapat gesekan
Aliran Termampatkan
Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( p ), energi kinetik per satuan volum (1/2 PV^2 ), dan energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.
Dalam bagian ini kita hanya akan mendiskusikan bagaimana cara berfikir Bernoulli sampai menemukan persamaannya, kemudian menuliskan persamaan ini. Akan tetapi kita tidak akan menurunkan persamaan Bernoulli secara matematis.
Kita disini dapat melihat sebuah pipa yang pada kedua ujungnya berbeda dimanaujung pipa 1 lebih besar dari pada ujung pipa 2.
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.
Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).
Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida
Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:
• Aliran bersifat tunak (steady state)
• Tidak terdapat gesekan
Aliran Termampatkan
Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( p ), energi kinetik per satuan volum (1/2 PV^2 ), dan energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.
Dalam bagian ini kita hanya akan mendiskusikan bagaimana cara berfikir Bernoulli sampai menemukan persamaannya, kemudian menuliskan persamaan ini. Akan tetapi kita tidak akan menurunkan persamaan Bernoulli secara matematis.
Kita disini dapat melihat sebuah pipa yang pada kedua ujungnya berbeda dimanaujung pipa 1 lebih besar dari pada ujung pipa 2.
Penerapan
asas bernouli:
.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. Fluida 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.
Alat ini dapat dipakai untuk
mengukur laju aliran fluida. Venturimeter digunakan sebagai pengukur volume
fluida misalkan udara yang mengalir tiap detik.
Venturimeter dapat dibagi 4
bagian utama yaitu :
a. Bagian Inlet : Bagian yang berbentuk lurus
dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau cerobong aliran. Lubang
tekanan awal ditempatkan pada bagian ini.
b. Inlet Cone : Bagian yang berbentuk seperti
kerucut, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida.
c. Throat (leher) : Bagian tempat pengambilan
beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar. Hal ini dimaksudkan agar
tidak mengurangi atau menambah kecepatan dari aliran yang keluar dari inlet
cone.
Pada venturimeter,
fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke bagian outlet cone. Pada
bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan awal. Pada bagian inlet
cone fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet
cone yang berbentuk kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. Kemudian
fluida masuk kebagian throat inilah tempat-tempat pengambilan tekanan akhir
dimana throat ini berbentuk bulat datar. Lalu fluida akan melewati bagian akhir
dari venturi meter yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut dimana
bagian kecil berada pada throat, dan pada Outlet cone ini tekanan kembali
normal.
Jika aliran melalui venturi
meter itu benar-benar tanpa gesekan, maka tekanan fluida yang meninggalkan
meter tentulah sama persis dengan fluida yang memasuki meteran dan keberadaan
meteran dalam jalur tersebut tidak akan menyebabkan kehilangan tekanan yang
bersifat permanen dalam tekanan.
Penurunan tekanan pada inlet
cone akan dipulihkan dengan sempurna pada outlet cone. Gesekan tidak dapat
ditiadakan dan juga kehilangan tekanan yang permanen dalam sebuah meteran yang
dirancangan dengan tepat
Ada dua jenis venturimeter
yaitu venturimeter tanpa manometer dan venturimeter menggunakan manometer yang
berisi zat cair lain. Yang akan digunakan disini adalah venturimeter
menggunakan manometer yang berisi zat cair lain.
Untuk menentukan kelajuan
aliran v1 dinyatakan dalam besaran-besaran luas penampang A1 dan A2 serta
perbedaan ketinggian zat cair pada tabung U yang berisi raksa (h).
Untuk
memahami penjelasan ini, amati gambar di bawah.
Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka persamaan Bernoulli berubah menjadi:
Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), maka laju fluida bertambah (ingat persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih besar.
Ini dikenal dengan julukan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, jika laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar.
VI. Desain Alat
/ Gambar Alat Peraga
VII.Cara Pembuatan Alat
1.
Menyiapkan alat dan bahan.
2. Buatlah alat
dengan menggunakan dua jenis paralon dengan diameter yang berbeda dan selang
kecil transparan, serta lem untuk perekat.
3. Ukur
diameter pipa yang besar kemudian hitung luas permukaannya.
4. Diameter
pipa = 2,5 cm.
5.
Luas permukaan
= 19,625 cm2.
6.
Diameter pipa = 5 cm.
7.
Luas permukaan
= 78, 5 cm2.
8.
Buatlah penyangga untuk pipa venturi.
9.
Kayu yang berukuran 40 x 20 cm.
10. Kayu ke-1
untuk alas.
11. Kayu ke-2
untuk penyangga yang berdiameter 5 cm dan membuat lengkungan/ setengah
lingkaran diujungnya.
12. Kayu ke-3
untuk penyangga yang berdiameter 2,5 cm dan membuat lengkungan/ setengah lingkaran
diujungnya.
13. Direkatkan
kayu ke-1 pada bidang kayu ke-2 dan ke-3 dengan lem kayu.
VIII. Prinsip
Kerja Alat
1.
Alirkan air melalui pipa L.
2. Lihat
perbedaan ketinggian minyak pada selang.
3.
Hitung ujung kiri venturi dengan selang menuju kran air yang dapat mensuplai
air dengan kecepatan tinggi. Ujung
kanan dihubungkan dengan selang menuju
penampung air.
4. Buka
kran air perlahan, biarkan air melewati venturi sehingga terlihat perbedaan
tinggi permukaan air yang berada pada kedua pipa vertikal.
5. Catat
perbedaan tinggi permukaan air dan biarkan kran terbuka dalam keadaan konstan.
Setelah dicatat perbedaan tingginya, tampunglah air yang keluar selama 10
detik.
7. Debit
air dapat dihitung dengan rumus.
6.
Hitung debit air yang keluar dan kecepatannya
IX.
Analisis Proyek
Percobaan
|
PerbedaanTinggi (∆h)
(10-2 m)
|
DebitAir (Q)
(10-3 m3)
|
Kecepatan (v)
(m/s)
|
(∆h)2
|
||
1
|
5
|
0,82
|
0,325
|
25
|
||
2
|
4
|
0,8
|
0,29
|
16
|
||
3
|
5
|
0,325
|
25
|
|||
4
|
4
|
0,8
|
0,29
|
16
|
||
5
|
5,5
|
0,85
|
0,34
|
30,25
|
||
Berdasarkan percobaan & rumus , semakin tinggi semakin besar (∆h) kecepatan
aliran fluida. Pada percobaan 1 dan 3, 2 dan 4 dengan tinggi air yang sama
didapat kecepatan yang sama
X.
Kesimpulan
Berdasarkan persamaan Bernoulli, dapat
diuraikan implikasinya sebagai berikut, yaitu :
1. Prinsip hukum Bernoulli diterapkan pada pipa
mendatar, teori Torricelli, Venturimeter, Tabung Pitot, Gaya angkat pesawat dan
alat penyemprot.
2. Hubungan antara kecepatan aliran dengan
perbedaan ketinggian adalah :
Berdasarkan
hukum Bernoulli, jadi semakin besar tinggi permukaan semakin besar kecepatan
aliran fluida.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan
aliran fluida pada pipa venturI adalah :
· Luas permukaan pipa
(A) m2.
· Tekanan (P) N/m2.
· Percepatan gravitasi
(g) m/s2.
· Selish tinggi
permukan (h) m.
XI.Daftar Pustaka
Tidak ada komentar:
Posting Komentar