Bab I - Impact Of Jet 12

BAB I PENGUJIAN IMPACT OF JET 1.1 PENDAHULUAN Pengujian impact of jet merupakan suatu percobaan yang menyelidiki tentang pengaruh momentum tumbukan suatu fluida terhadap suatu permukaan (vane). Fluida yang mengalir melalui nozzle akan mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan sebelum melalui nozzle. Perubahan kecepatan ini akan menimbulkan perubahan momentum karena kecepatan berbanding lurus dengan momentum. Pada eksperimen ini gaya dibandingkan dengan semburan nozzle yang dikenakan pada plat diukur dan dibandingkan dengan momentum dalam nozzle. Pancaran (jet) dari suatu fluida selalu mempunyai kecepatan, oleh karena itu jet juga memiliki energi kinetik. Jika ada penghalang yang berada pada lintasan gerak dari pancaran maka akan menerima gaya dinamik yang disebut sebagai impact of jet Perubahan tekanan menjadi kecepatan sering dimanfaatkan untuk kerja mesin yang menggunakan fluida sebagai fluida kerjanya, salah satunya adalah prinsip nozzle yang memanfaatkan kecepatan fluida..Aliran mengenai sudut-sudut turbin yang mana turbin dikopel dengan generator, pada sudut turbin menggunakan prinsip momentum dan impuls (Faisal, 2015) Praktikum kali ini menggunakan dua jenis vane, yaitu vane cekung dan datar. Vane ini akan menahan tumbukan dari air yang disemburkan oleh nozzle. Dari sini kita dapat mengukur momentum yang terjadi akibat tumbukan air dengan vane. Dapat dilihat dengan pengaturan jockey weight dan weight beam (Jobsheet Praktikum Fenomena Dasar Thermal, 2017)

.

1

2

1.1.1 Tujuan Praktikum Dalam praktikum ini para praktikan diharapkan mampu: 1.

Mengetahui prinsip kerja nozzle yaitu mengubah tekanan menjadi kecepatan.

2.

Mengukur besarnya gaya tolak yang diakibatkan oleh semburan air yang keluar dari nozzle .

3.

Mengetahui pengaruh bentuk permukaan vane terhadap besarnya gaya yang ditimbulkan oleh semburan air melalui nozzle. (Jobsheet Praktikum Fenomena Dasar Thermal, 2017)

1.2 DASAR TEORI 1.2.1 Pengetahuan Umum Impact of Jet Pancaran (jet) dari suatu fluida selalu mempunyai kecepatan, oleh karena itu jet juga memiliki energi kinetik. Jika ada penghalang yang berada pada lintasan gerak dari pancaran maka akan menerima gaya dinamik (dynamic force) yang disebut sebagai impact of jet. (Ainun, 2016) Prinsip kerja impact of jet dapat dilihat pada skema gambar berikut:

Gambar 1.1 Skema dari fasilitas percobaan (Elric, 2011)

Eksperimen ini didasarkan pada momentum yang terjadi akibat tumbukan pancaran air dengan plat.

3

Gambar 1.2 Skema tumbukan air pada plat (Memorial University, 2016) Air yang ditampung pada hidraulic bench, dipompa naik dengan menggunakan pompa sentrifugal yang akhirnya terhubung dengan perlengkapan jet impact melalui supply house. Air yang terpompa dirubah tekanannya menjadi lebih tinggi dengan menggunakan sebuah nozzle pada ujung selang air. Air yang keluar dengan tekanan yang lebih tinggi akan menjadi sebuah gaya yang menumbuk plat yang berada di atasnya. Dari sini kita dapat mengukur momentum yang terjadi akibat tumbukan air dengan plat. Dapat dilihat dengan pengaturan jockey weight dan weight beam.

Gambar 1.3 Sketsa pengukuran peralatan impact of jet (Janna, 2012)

4

Putaran pompa dapat diatur untuk mengetahui perbedaan aliran air yang akan timbul untuk menghasilkan momentum. Flowmeter diintegrasi dan telah dipilih untuk suatu metoda pengukuran arus yang sangat berguna. Tangki nozzle meter dipasang untuk mengakomodasi laju alir tinggi atau rendah. Suatu katup peredam di dalam dasar tangki volumetric dioperasikan oleh suatu pengontrol actuator. Bukaan katup peredam mengembalikan volume air yang terukur kepada air bah di dalam dasar bangku untuk pendaurulangan. Suatu overflow di dalam tangki volumetric menghindari terjadinya genangan. Gambar 1.4 merupakan permodelan dari semburan nozzle yang berupa fluida, dimana memiliki spesifikasi dan perhitungan yang terpadu dalam impact of a jet, sebagai berikut :

Gambar 1.4 Susunan impact of jet dan vane (Memorial University, 2016)

Tabel 1.1 Pengaruh bentuk vane terhadap gaya vane Bentuk



F



900

m u0



1200

1,5 m u0



1800

2 m u0

\

300

0,87 m u0

5

a.

Momentum Momentum adalah besaran vektor yang merupakan perkalian dari massa dan

kecepatan dari suatu benda. Dalam konsep fisika, momentum dapat diartikan sebagai “ukuran kesukaran suatu benda yang bergerak untuk berhenti”. Momentum suatu benda (P) yang bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v diartikan sebagai (Wikipedia, 2017): P = m.v

(1.1)

Di bawah ini persamaan momentum antara nozzle dan plat dimana titik referensinya adalah sumbu x. 𝐹 = 𝑚̇(𝑢0− 𝑢1 ) cos 𝛽 (N)

(1.2)

Dalam keadaan ideal, nozzle diasumsikan isotachatic atau kecepatan konstan u0 = ui 𝐹 = 𝑚̇𝑢0 (1 − cos 𝛽) (N)

(1.3)

dimana : F : Gaya fluida yang keluar dari nozzle (N)  : Sudut defleksi ( 0 ) u0 : Kecepatan fluida sebelum terdefleksi (m/s) u1 : Kecepatan fluida setelah terdefleksi (m/s) 𝑘𝑔

𝑚̇ : mass flow rate ( 𝑠 ) b.

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. (Wikipedia, 2017). Persamaan Bernoulli dalam aliran zat cair diturunkan berdasarkan persamaan

6

Euler. Persamaan ini menggunakan pendekatan hukum kedua dari Newton tentang gerakan dalam bentuk gaya yang sama dengan massa kali percepatan (F = ma). Syarat menurunkan persamaan Bernoulli dari persamaan Euler adalah sebagai berikut: 1. Aliran inviscid 2. Incompressible 3. Steady 4. Aliran sepanjang streamline Di bawah ini persamaan Bernoulli antara nozzle dan plat dimana titik referensinya adalah sumbu x.

Pn

 dimana :

Pn





Pp v 2 u2  Zn    Zp 2g  2g



Pp



 0 dan Z n  Z p  s v 2  u 2  2 gs

maka, dimana: P

: tekanan (Pa)

Pn

: tekanan masuk (Pa)

Pp

: tekanan keluar (Pa)

g

: gravitasi bumi (m/s2)

h, s

: ketinggian (m)

Zn

: ketinggian masuk (m)

Zp

: ketinggian keluar (m)

u

: kecepatan masuk (m/s)

v

: kecepatan keluar (m/s)



: massa jenis (kg/m3)



: berat jenis (N/m3)

(1.4)

7

c.

Kontinuitas Persamaan kontinuitas adalah persamaan yang menghubungkan kecepatan

fluida dalam dari satu tempat ke tempat lain. Persamaan kontinuitas berlaku untuk semua fluida, semua jenis aliran, semua keadaan (steady dan unsteady) dengan atau tanpa adanya reaksi kimia di dalam aliran tersebut. Berikut bentuk umum persamaan kontinuitas (Rianda, 2015) : _

_

 m1   m 2

1 A1v1  2 A2v2

(1.5)

  cv dV  0 t

Aliran steady, jadi:

 out   m  in  cs v.ndA   m

m  Q  AV Qin  Qout V1 A1  V2 A2 dimana: _

_

 m1 ,  m 2

: massa alir 1, 2 (kg/s)

ρ1, ρ2

: massa jenis (kg/m3)

A1, A2

: luas penampang (m2)

v1, v2

: kecepatan (m/s)



: massa jenis (kg/m3)

V1, V2

: volume masuk, keluar (m3)

v

: kecepatan (m/s)

Qin,

Qout

: debit masuk, keluar (m3/s)

A1, A2

: luas permukaan (m2)

ṁ

: laju aliran massa (kg/s)

(1.6)

8

1.2.2 Nozzle Nozzle adalah alat yang digunakan untuk mengekspansikan fluida sehingga kecepatannya meningkat dan tekanannya menurun. Fungsi nozzle adalah pressure control untuk mesin dan perangkat percepatan konversi energi gas menjadi energi kinetik. a.

Nozzle Konvergen Nozzle konvergen adalah dimana luas penampang masuk lebih besar daripada

luas penampang keluarnya (A1 > A2) dan pada nozzle

konvergen dapat

menggunakan compressible fluid dan incompressible fluid. Tekanan masuk lebih besar daripada tekanan keluar dan kecepatan masuk lebih rendah daripada kecepatan keluar..

Gambar 1.5 Nozzle konvergen (Murod, 2013)

b.

Nozzle Divergen Nozzle divergen adalah dimana luas penampang masuk lebih kecil daripada

luas penampang keluarnya (A1 < A2) dan pada nozzle divergen hanya dapat menggunakan compressible fluid. Tekanan masuk lebih rendah daripada tekanan keluar dan kecepatan masuk lebih tinggi daripada kecepatan keluar.

Gambar 1.6 Nozzle divergen (Murod, 2013)

9

c.

Nozzle konvergen-divergen (C-D Nozzle ) Nozzle konvergen divergen adalah nozzle gabungan antara nozzle konvergen

dan nozzle divergen. Tujuan dari nozzle ini yaitu menaikkan kecepatan fluida dan menurunkan tekanan pada fluida. Nozzle ini berfungsi untuk mengakselerasi gas panas dengan tekanan tinggi sehingga mencapai kecepatan supersonik. Bentuk nozzle yang sedemikian rupa membuat energi panas yang mendorong aliran udara terkonversi secara maksimal menjadi energi kinetik. Gambar 1.7 (a) merupakan gambar dari sistem nozzle konvergen-divergen dan gambar 1.7 (b) merupakan contoh konvergen-divergen, yaitu turbo jet engine. (Putri, 2015)

(a)

(b)

Gambar 1.7 (a) Nozzle konvergen-divergen (b) turbo jet engine (Putri, 2015)

1.2.3 Rumus Perhitungan Impact of Jet Data standar pengujian adalah sebagai berikut: Massa jenis air ()

= 103 kg/m3

Diameter nozzle (d)

= 10 mm

Luas penampang nozzle (A)

= 78, 5 mm2

Massa dari jockey weight (m)

= 0,6 kg

Jarak antara pusat vane dengan daerah batas = 0,15 m Tinggi vane di atas nozzle (s)

= 35 mm

Rumus perhitungan yang digunakan pada pengujian impact of jet adalah sebagai berikut:

10

1.

Laju aliran massa (𝑚̇) 𝑚̇ =

2.

𝜌xV 𝑡

(𝑚/𝑠)

Kecepatan fluida keluar dari nozzle (u) 𝑚̇

𝑢 = 𝜌𝐴 = (𝑚/𝑠) 3.

dimana: V

: Volume bench (m3)

g

: Percepatan gravitasi (m/s2)

y

: Posisi jockey weight dari titik 0 (m)

𝑚̇ : Laju aliran massa (kg/s) : Sudut defleksi (0)

u0 : Kecepatan fluida sebelum terdefleksi (m/s) u1 : Kecepatan fluida setelah terdefleksi (m/s) 

(1.12)

Gaya pada vane (F) 𝐹 = 4. 𝑔. 𝑦 (N)



(1.11)

Perubahan laju momentum (∆J) ∆J = J – J’

7.

(1.10)

Laju momentum meninggalkan sistem (J’) 𝐽′ = 𝑢𝑜 x ṁ x cos β (kg.m/s2)

6.

(1.9)

Laju momentum masuk sistem (J) 𝐽 = 𝑢𝑜 x ṁ (kg.m/s2)

5.

(1.8)

Kecepatan fluida sebelum terdefleksi (u0) 𝑢0 = √𝑢2 − 2𝑔𝑠

4.

(1.7)

: Massa jenis air (kg/m3)

(1.13)

11

1.2.4 Aplikasi Impact of Jet a.

Aplikasi Dalam Kehidupan Sehari – hari

Water Rocket Water rocket (rocket air) adalah suatu rocket yang meluncur karena adanya tekanan tinggi yang disemburkan oleh pompa.

Gambar 1.8 Water rocket (Wikipedia, 2017) b.

Aplikasi Dalam Dunia Industri

Water jet cutting (abrasivejets) Alat yang digunakan dalam proses pemotongan dingin dengan jalan menyemprotkan air yang bertekanan dan kecepatan tinggi ke permukaan benda kerja. Untuk mendapat kan konsentrasi pengikisan permukaan benda maka digunakan nozzle berdiameter lubang 0,1 s/d0,4mm. Tekanan air yang digunakan mencapai 400 MPa dan kecepatan supersonic yangmencapai 900 m/det. Jarak ujung nozzle ke permukaan benda kerja akan berpengaruh terhadap kecepatan pengikisan.

Gambar 1.9 Abrasivejets (Bardo, 2010)

12

1.2.5

Peralatan dan Prosedur Pengujian Impact of Jet

1.2.5.1 Peralatan Pengujian Impact of Jet Berikut ini merupakan bagian-bagian alat dari pengujian impact of jet dan fungsinya, alat percobaan secara keseluruhan ditunjukan Gambar 1.10. Impact of Jet

Hydraulic Bench

Pulsemeter Volumemeter Load Cell Pompa Sentrifugal

Delivery Valve Motor Listrik

Gambar 1.10 Keseluruhan Alat Percobaan (Laboratorium Thermofluida, 2017) 1.

Impact of Jet Impact of jet yang digunakan untuk mengetahui besarnya gaya dorong akibat

adanya perubahan tekanan menjadi kecepatan. Bagian-bagian impact of jet ditunjukkan pada Gambar 1.11 sebagai berikut : Adjusting Nut Spring Tally Cover Plate Nozzle

Jockey Weight Weight Beam Plastic Strip Vane Drain Pipe

Supply Hose

Gambar 1.11 Impact of jet (Laboratorium Thermofluida, 2017)

13

a. Adjusting Nut dan Spring Adjusting nut ditunjukan oleh Gambar 1.12 berfungsi untuk menyeting nol posisi awal dari weight beam. Spring sebagai tahanan gaya dorong yang dihasilkan.

Adjusting Nut

Spring

Gambar 1.12 Adjusting Nut dan Spring (Laboratorium Thermofluida, 2017)

b. Jockey Weight Jockey weight ditunjukan oleh Gambar 1.13 yang berfungsi sebagai pemberat. Jockey weight ini bersama-sama weight beam digunakan untuk mengukur gaya semprot dari nozzle.

Jockey weight

Gambar 1.13 Jockey Weight (Laboratorium Thermofluida, 2017)

c. Weight Beam Weight beam ditunjukan oleh Gambar 1.18 yang berupa suatu plat uji tertentu yang berputar pada bantalan yang presisi di salah satu ujungnya dan mempunyai skala tertentu di sepanjang batangnya.

14

Weight Beam

Gambar 1.14 Weight Beam (Laboratorium Thermofluida, 2017)

d. Tally Tally ditunjukan oleh Gambar 1.15 yang berfungsi untuk mengembalikan weight beam ke posisi horizontal pada tiap waktu pembacaan dibutuhkan.

Tally

Gambar 1.15 Tally (Laboratorium Thermofluida, 2017)

e. Plastic Strip Plastic strip ditunjukkan oleh Gambar 1.20 yang berfungsi sebagai penghubung antara weight beam dengan cover plate.

Plastic Strip Gambar 1.16 Plastic Strip (Laboratorium Thermofluida, 2017)

15

f. Vane Cekung dan Datar Vane ditunjukkan oleh Gambar 1.17 yang berfungsi untuk mengetahui variasi gaya akibat bentuk pancaran balik aliran yang berbeda.

(a)

(b)

Gambar 1.17 (a) Vane datar, (b) Vane cekung (Laboratorium Thermofluida, 2017)

g. Nozzle Nozzle berfungsi untuk mempercepat aliran air. Nozzle ditunjukan oleh Gambar 1.18.

Nozzle

Gambar 1.18 Nozzle (Laboratorium Thermofluida, 2017)

h. Supply Hose Supply hose ditunjukkan oleh Gambar 1.19 yang berfungsi untuk menyediakan suplai air yang berasal dari pompa sentrifugal untuk disalurkan ke nozzle.

16

Supply Hose

Gambar 1.19 Supply Hose (Laboratorium Thermofluida, 2017)

i. Drain Pipe Drain pipe berfungsi sebagai saluran buang air yang ditunjukan oleh Gambar 1.20.

Drain Pipe

Gambar 1.20 Drain Pipe (Laboratorium Thermofluida, 2017)

j. Retaining Screw Retaining screw yang ditunjukan oleh Gambar 1.21 berfungsi untuk mengikat vane pada weight beam.

17

Retaining Screw

Gambar 1.21 Retaining Screw (Laboratorium Thermofluida, 2017)

k. Cover Plate Cover Plate yang ditunjukan oleh Gambar 1.22 berfungsi sebagai atap impact of jet.

Cover Plate

Gambar 1.22 Cover Plate (Laboratorium Thermofluida, 2017) 2.

Volumemeter Volumemeter ditunjukan oleh Gambar 1.23 yang berfungsi untuk mengukur

volume maupun laju volume aliran air.

Gambar 1.23 Volumemeter (Laboratorium Thermofluida, 2017)

18

3.

Delivery Valve Delivery Valve

yang ditunjukan oleh Gambar 4.24 berfungsi untuk

mengatur variasi bukaan penuh, 2/3, dan 1/3.

Delivery Valve

Gambar 1.24 Delivery Valve (Laboratorium Thermofluida, 2017)

4.

Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal yang ditunjukan Gambar 1.25 berfungsi untuk

mengalirkan air dari hydraulic bench menuju supply hose.

Pompa Sentrifugal

Gambar 1.25 Pompa Sentrifugal (Laboratorium Thermofluida, 2017)

5.

Motor Listrik Motor listrik ditunjukkan oleh Gambar 1.26 yang berfungsi untuk memutar

poros pompa sentrifugal.

19

Motor Listrik

Gambar 1.26 Motor listrik (Laboratorium Thermofluida, 2017)

6.

Pulse Meter Pulse Meter pada Gambar 1.27 berfungsi untuk mengukur kecepatan

putaran motor listrik.

Gambar 1.27 Pulse Meter (Laboratorium Thermofluida, 2017)

7.

Load Cell Load Cell pada Gambar 1.28 berfungsi untuk mengukur massa fluida yang

mengalir pada saat pengujian.

20

Gambar 1.28 Load Cell (Laboratorium Thermofluida, 2017)

8.

Stopwatch Stopwatch ditunjukkan oleh Gambar 1.29 yang berfungsi untuk mengukur

waktu untuk air dalam hydraulic bench mencapai 5 liter.

Gambar 1.29 Stopwatch (HP Android Xiaomi Redmi Note 3 Pro, 2017)

21

1.2.5.2 Prosedur Pengujian Prosedur percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1.

Meletakkan impact of jet di atas hydraulic bench.

2.

Menyambung pipa air ke supply hose.

3.

Memasang vane datar.

4.

Meletakkan jockey weight pada posisi nol.

5.

Memutar

pengatur

pegas

sehingga

weight

beam

dalam

kondisi

kesetimbangan. 6.

Mengatur variasi bukaan penuh, 2/3, dan 1/3.

7.

Mengatur rpm motor 1300 dan 1600.

8.

Mengatur jockey weight sehingga posisi weight beam konsisinya setimbang, mencatat berapa skala yang terbaca pada weight beam dari posisi nol.

9.

Mencatat waktu yang dibutuhkan hingga volume pada hydraulic bench mencapai 5 liter.

10.

Mencatat nilai y dan torsi.

11.

Lakukan kembali langkah nomor 5 sampai 8 dengan menggunakan vane cekung.

12.

Matikan motor dan memasukkan data hasil pengujian ke tabel.

13.

Lakukan kembali langkah nomer 6 sampai 10 dengan menggunakan vane datar

14.

Matikan motor dan memasukkan data hasil pengujian ke tabel (Jobsheet Praktikum Fenomena Dasar Thermal, 2017)

22

1.2.5.3 Diagram Alir Pengujian Impact of Jet Mulai

Meletakkan impact of jet di atas hydraulic bench

Menyambung pipa air ke supply hose

Memasang vane datar

Meletakkan jockey weight pada posisi nol

Mengatur adjusting nut dan spring sehingga weight beam dalam kondisi kesetimbangan

Mengatur variasi bukaan penuh, 2/3, dan 1/3 pada delivery valve Mengatur rpm motor 1250 dan 1500 rpm

Mengatur jockey weight sehingga posisi weight beam konsisinya setimbang, mencatat berapa skala yang terbaca pada weight beam dari posisi nol

Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk hingga volume pada hydraulic bench mencapai 5 liter sebanyak 3 kali

B

A

23

A

B

Mencatat nilai y dan torsi

Atur kecepatan ke 0 rpm

Posisikan jockey weight ke titik nol

Ganti vane cekung? Ya Tidak Matikan motor dan memasukkan data hasil pengujian ke tabel

Selesai

Gambar 1.30 Diagram Alir Pengujian Impact of jet

24

1.3 1.3.1

Pengolahan Data Data Hasil Paraktikum

a. Vane cekung 1800 rpm Tabel 1.2. Data hasil praktikum vane cekung kecepatan 1800 rpm Bukaan

V (m3)

y (mm)

Torsi (Nm)

t1

t2

t3

trata-rata

Bukaan Penuh Bukaan 2/3 Bukaan 1/3

5.10-3 5.10-3 5.10-3

33 31 21

0.059 0.061 0.056

50 52 64

49 51 63

49 51 64

49.3 51.3 63.6

b. Vane datar 1800 rpm Tabel 1.3. Data hasil praktikum vane datar kecepatan 1800 rpm Bukaan

V (m3)

y (mm)

Torsi (Nm)

t1

t2

t3

trata-rata

Bukaan Penuh Bukaan 2/3 Bukaan 1/3

5.10-3 5.10-3 5.10-3

16 15 10

0.057 0.057 0.057

49 50 62

48 52 61

48 51 62

48.3 51 61.6

c. Vane cekung 1500 rpm Tabel 1.4. Data hasil praktikum vane cekung kecepatan 1500 rpm Bukaan

V (m3)

y (mm)

Torsi (Nm)

t1

t2

t3

trata-rata

Bukaan Penuh Bukaan 2/3 Bukaan 1/3

5.10-3 5.10-3 5.10-3

15 14 10

0,043 0,039 0,04

78 80 96

77 81 95

78 80 96

77.6 80.3 95.6

d. Vane datar 1500 rpm Tabel 1.5. Data hasil praktikum vane datar kecepatan 1500 rpm Bukaan

V (m3)

y (mm)

Torsi (Nm)

t1

t2

t3

trata-rata

Bukaan Penuh

5.10-3

7

0,04

77

78

78

77.6

25

5.10-3 5.10-3

Bukaan 2/3 Bukaan 1/3

5 4

0,043 0,037

84 95

85 95

1.3.2 Perhitungan Data Hasil Praktikum Perhitungan vane cekung, kecepatan 1800 rpm, bukaan penuh 

1) Laju aliran massa ( m ) 

m

 v t



1000  0,005  0.1014kg / s 49.3

2) Kecepatan keluar dari nozzle setelah terdefleksi ( u ) 

u  12,75  m  12,75  0,1014  1,2928m / s 3) Kecepatan masuk fluida ( u0 )

u0 

u 2  2 gs

 1,29282  0,687 = 0,493 m/s 4) Laju momentum masuk sistem dalam sumbu X ( J ) 

J  u0  m = 0,493  0.1014 = 0,050 kg.m/s² 5) Laju momentum meninggalkan sistem ( J ' ) 

J '  m u0  cos  Dimana untuk vane cekung β = 180° J’ =0.1014  0,493  cos 180° = -0,050 6) Gaya pada vane ( F )

F  4  g  y  39.2 y = 39,2  0,033 = 1,2936 N

83 94

84 94.6

26

1.3.3 Perhitungan Ralat 1) Laju Aliran Massa 

m

 V t 

Dimana : m : Laju aliran massa ρ : massa jenis air V : volume t : waktu 

  Qty m   t t2 

m 1000  0,005    0,002057 kg/s t 49.32 

m m   T t 

= 0,002057  0,005 = 1.028 x 10−5 kg/s 

Ralat Nisbi ( RN ) 

m 

100% 

m = 0,01% Keseksamaan  100%  0,01% = 99,99% 2) Kecepatan Keluar dari nozzel

u  12,75  m

0,0000102 100% 0,1014

27

 u  u      m  12,75  0,0000102  0,00013005m / s    m Ralat Nisbi ( RN ) =

u 0,00013005  100%   100%  0,001099% u 11,832

Keseksamaan = 100% - RN = 100% - 0,001099% = 99,998901% 3) Kecepatan fluida sebelum terdefleksi

u 0  u 2  0,687 u0  u

u u  0,687 2



1,293 1,2932  0,687

u 0  1,312 m/s u

 u  u 0   0   u  1,312  0,00013005  0,00017 m/s  u  Ralat Nisbi (RN) =

u 0 0,00017  100%   100%  0,0011% u0 11,80

Keseksamaan = 100% - 0,0011% = 99,9989%

4) Momentum Masuk Sistem 

J  u0  m

J 

m

 u 0  0,493 m/s

 J  m  0.1014 u 0

 J      J J        m        u 0 m 

   u 0  

J  0,493  0,00001028  0,1014  0,00017  0,00002229

Ralat Nisbi (RN) =

J 0,00002229  100%   100%  0,445% J 0,00500

28

Keseksamaan = 100% - 0,445 % = 99,554%

5) Momentum Meninggalkan sistem 

J '  m u 0  cos   0,050  J '   m sin 180  0 u

J ' m

  u  sin180  0

 J '      J '  J '     u         m   0     u  m 

J ' 0 Ralat Nisbi (RN) =

J ' 0 100%  100% J' 0,050 = ~ (tak terdefinisikan )

Keseksamaan = 100% - RN = ~ (tak terdefinisikan)

6) Gaya Pada Vane

F  4  g  y  39,2  y F  39,2 y

y  ½  skala terkecil  ½  0,001  0,0005  F    y  39,2  0,0005  0,0196 N F    y   Ralat Nisbi (RN) =

F 0,0196  100%   100%  1,519% F 1,29

Keseksamaan = 100% - RN = 100% - 1,519% = 98,480 %

29

1.3.4 Tabel Hasil Pengolahan Data a. Vane cekung 1800 rpm Tabel 1.6. Data hasil perhitungan vane cekung kecepatan 1800 rpm U (m/s)

Uо (m/s)

J' J F(N) (Kg.m/s²) (Kg.m/s²)

Bukaan 0,101 Penuh

1,293

0,493

0,05

-0,05

1,2936

Bukaan 0,097 2/3

1,243

0,429

0,042

-0,042

1,2152

Bukaan 0,079 1/3

1,002

0,159

0,013

-0,013

0,8232

Bukaan

m (Kg/s)

b. Vane datar 1800 rpm Tabel 1.7. Data hasil perhitungan vane datar kecepatan 1800 rpm U (m/s)

Uо (m/s)

J J' F(N) (Kg.m/s²) (Kg.m/s²)

Bukaan 0,104 Penuh

1,32

0,528

0,05466

0

0,6272

Bukaan 0,098 2/3

1,25

0,438

0,04297

0

0,588

Bukaan 0,081 1/3

1,035

0,193

0,01563

0

0,392

Bukaan

m (Kg/s)

c. Vane cekung 1500 rpm Tabel 1.8. Data hasil perhitungan vane cekung kecepatan 1500 rpm U (m/s)

Uо (m/s)

J J' F(N) (Kg.m/s²) (Kg.m/s²)

Bukaan 0,0644 Penuh

0,822

0,0056

0,0004

-0,00036

0,588

Bukaan 0,0623 2/3

0,794

0,0279

0,0017

-0,00173

0,5488

Bukaan 0,0523 1/3

0,667

0,1207

0,0063

-0,00631

0,392

Bukaan

m (Kg/s)

30

d. Vane datar kecepatan 1500 rpm Tabel 1.9. Data hasil perhitungan vane datar kecepatan 1500 rpm U (m/s)

Uо (m/s)

J J' F(N) (Kg.m/s²) (Kg.m/s²)

Bukaan 0,0644 Penuh

0,822

0,0056

0,0004

0

0,2744

Bukaan 0,0595 2/3

0,759

0,055

0,0033

0

0,196

Bukaan 0,0529 1/3

0,674

0,1159

0,0061

0

0,1568

Bukaan

m (Kg/s)

31

1.4

Pembahasan

1.4.1 Grafik dan Analisa Grafik a. Grafik Hubungan Antara F dengan J pada Vane Cekung 1800 rpm

Gambar 1.31 Grafik Vane Cekung 1800 rpm

Pada grafik di atas, dapat diketahui hubungan gaya dengan momentum yang terjadi linear. Saat bukaan 1/3, nilai gayanya yaitu 0,8232, dengan momentum bernilai 0,013. Saat bukaan 2/3, nilai gayanya yaitu 1,2152, dengan momentum bernilai 0,042. Sedangkan saat bukaan penuh, gayanya senilai 1,2936, dengan momentumnya senilai 0,05. Hal ini mungkin terjadi dikarenakan ketidaktepatan pemasangan vane, kesalahan pengaturan load cell, dan kesalahan pengaturan kecepatan motor.

32

b. Grafik Hubungan Antara F dengan J pada Vane datar 1800 rpm Gaya (F) 0,36 0,38

Bukaan 1/3

0,40 0,42

Gaya (F)

0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56

Bukaan 2/3

0,58 0,60

Bukaan Penuh

0,62 0,02

0,04

0,06

Momentum (J)

Gambar 1.32 Grafik Vane datar 1800 rpm

Pada grafik di atas, terlihat dengan jelas bahwa adanya perubahan momentum menyebabkan resultan gaya yang bekerja pada vane datar pada kecepatan 1800 rpm berubah dalam selang wakttu tertentu. Pada bukaan penuh, 1/3, 2/3 resultan dapat diketahui hubungan gaya dengan momentum yang terjadi linear. Saat bukaan 1/3, nilai gayanya yaitu 0,6272, dengan momentum bernilai 0,05466. Saat bukaan 2/3, nilai gayanya yaitu 0,588, dengan momentum bernilai 0,04297. Sedangkan saat bukaan penuh, gayanya senilai 0,6272, dengan momentumnya senilai 0,05466. Hal ini mungkin terjadi dikarenakan ketidaktepatan pemasangan vane, kesalahan pengaturan load cell, dan kesalahan pengaturan kecepatan motor. Hal ini tidak sesuai dangan hubungan antara gaya dan momentum yang seharusnya berbanding lurus ketidaksesuaian ini terjadi karena kesalahan setting nol sehingga nilai y tidak relevan

33

c. Grafik Hubungan Antara F dengan J pada Vane cekung 1500 rpm Gaya (F)

0,60

Bukaan Penuh

Bukaan 2/3

Gaya (F)

0,55

0,50

0,45

Bukaan 1/3 0,40

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

Momentum (J)

Gambar 1.33 Grafik Vane Cekung 1500 rpm

Pada grafik di atas, terlihat dengan jelas bahwa adanya perubahan momentum menyebabkan resultan gaya yang bekerja pada vane datar pada kecepatan 1500 rpm berubah dalam selang wakttu tertentu. Pada bukaan penuh, 1/3, 2/3 resultan dapat diketahui hubungan gaya dengan momentum yang terjadi linear. Saat bukaan 1/3, nilai gayanya yaitu 0,392, dengan momentum bernilai 0,0063. Saat bukaan 2/3, nilai gayanya yaitu 0,5488, dengan momentum bernilai 0,0017. Sedangkan saat bukaan penuh, gayanya senilai 0,588, dengan momentumnya senilai 0,0004. Hal ini mungkin terjadi dikarenakan ketidaktepatan pemasangan vane, kesalahan pengaturan load cell, dan kesalahan pengaturan kecepatan motor. Hal ini tidak sesuai dangan hubungan antara gaya dan momentum yang seharusnya berbanding lurus ketidaksesuaian ini terjadi karena kesalahan setting nol sehingga nilai y tidak relevan

34

d. Grafik Hubungan Antara F dengan J pada Vane datar 1500 rpm Gaya (F) Bukaan Penuh

0,28 0,26

Gaya (F)

0,24 0,22

Bukaan 2/3 0,20 0,18

Bukaan 1/3 0,16 0,14 0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

Momentum (J)

Gambar 1.34 Grafik Vane datar 1500 rpm

Pada grafik di atas, dapat diketahui hubungan gaya dengan momentum yang terjadi linear. Saat bukaan 1/3, nilai gayanya yaitu 0,1568, dengan momentum bernilai 0,0061. Saat bukaan 2/3, nilai gayanya yaitu 0,196, dengan momentum bernilai 0,0033. Sedangkan saat bukaan penuh, gayanya senilai 0,2744, dengan momentumnya senilai 0,0004. Hal ini mungkin terjadi dikarenakan ketidaktepatan pemasangan vane, kesalahan pengaturan load cell, dan kesalahan pengaturan kecepatan motor.

35

1.5 Kesimpulan dan Saran 1.5.1 Kesimpulan 1. Secara umum dari data didapat hasil percobaan nilai gaya selalu lebih besar dari pada nilai laju momentum nya. Sehingga bentuk dari grafik nya menurun. 2. Semakin lebar bukaan katup delivery maka nilai dari laju momentumnya akan meningkat. Jadi akan terlihat bukaan penuh > bukaan 2/3 > bukaan 1/3. 3. Semakin besar kecepatan putar motor, maka akan semakin besar pula gaya yang mengenai vane-nya (F). 4. Hasil pada praktikum impact of jet mengalami sedikit kesalahan/error dikarenakan ketidakakuratan pembacaan nilai y pada weight beam maka hasil yang didapatkan tidak valid.

1.5.2 Saran 1. Sebaiknya lebih teliti lagi dalam mengukur nilai y, karena sulit untuk memposisikan tally tepat di tengah. 2. Karena pengaruh getaran yang menyebabkan pembacaan skala yang tidak akurat, sebaiknya kekauan pegas ditingkatkan. 3. Sebaiknya untuk perhitungan data di lakukan beberapa kali supaya hasilnya lebih akurat. 4. Penandaan step pada tally sebaiknya diperjelas sehingga mempermudah pembacaan. 5. Untuk setiap sehabis ataupun sebelum praktikum alat-alat percobaan diharapkan sesegera mungkin dikalibrasi lagi untuk mengurangi error yang terjadi.

36

DAFTAR PUSTAKA Ainun, A.A. 2016. Impact Of Jet Flow. https://andiasriainun.blogspot.co.id/. 5 Maret 2017 (19:30) Asisten Laboratorium Thermofluida Undip. 2017. Jobsheet Praktikum Fenomena Dasar Thermal 2017. Bardo, W. 2010. Water Jet Cutter dan Cara Kerjanya. http://bardowenang.blogspot.co.id/2010/04/water-jet-cutter-dan-carakerjanya.html. 6 Maret 2017 (07.30) Elric, K. 2011. Impact Of A Jet. http://shiroihime891.blogspot.co.id/2011/09/impact-of-jet-introductionwater.html. 5 Maret 2017 (19:50). Faisal, A. 2015. Material Teknik Pengujian Impak.http://materialteknikafcoo19.blogspot.co.id/2015/01/praktikum.html. 5 Maret 2017 (19:00) Memorial University. 2016. Experiment 5 - Impact of a Jet. http://www.engr.mun.ca/~ccoles/ENGR5713/FMWPlab5.html. 5 Maret 2017 (19:20) Murod, I. 2013. Prinsip Operasi dan Desain. http://smteknindojaya.blogspot.co.id/2013/02/prinsip-operasi-dan-desain.html. 6 Maret 2017 (07.09) Putri, A. 2015. Turbojet. http://anandaputriap.blogspot.co.id/2015/03/turbojet.html. 6 Maret 2017 (05.55) Rianda, P. 2015. Persamaan Kontinuitas dan Hukum Bernoulli. http://riandamesin13.blogspot.co.id/2015/12/persamaan-kontinuitas-danhukum.html. 6 Maret 2017 (05.40) Wikipedia. 2017. Momentum. https://id.wikipedia.org/wiki/Momentum. 5 Maret 2017 (19:50). Wikipedia 2017b. Prinsip Bernoulli. https://id.wikipedia.org/wiki/Prinsip_Bernoulli. 5 Maret 2017 (20:10). Wikipedia. 2017c. Water Rocket. https://en.wikipedia.org/wiki/Water_rocket. 5 Maret 2017 (20:50).