Analisa Analisa Pengaruh Variasi Variasi Sudut Sambungan Sambungan Belokan 90 Terhadap Head Losses Losses Aliran Pipa ˚
PROPOSAL Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Tekn ik Jurusan Teknik Perkapalan Perkapala n Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Hasa nuddin
OLEH : AHMAD FARHUN (D33 (D331 1 11 265 265))
PRORAM PRORAM STUDI TEKNIK TEKNIK SISTEM PERKAPALAN PERKAPALAN JURUSAN JURUSAN PERKAPALAN PERKAPALAN FAKULTAS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN GOWA 2017
KATA PENGANTAR Puji Puji syuku syukurr kam kamii panja panjatka tkan n kehad kehadira iratt Allah Allah SWT SWT atas atas segal segalaa ber berkah kah,, limpah limpahan an rahm rahmat at , hida hiday yah-Ny ah-Nya, a, kese keseha hata tan n sert sertaa nafa nafass sehi sehing ngga ga penu penuli liss dapa dapatt me meny nyel eles esai aika kan n prop propos osal al skri skrips psi, i,y yang ang me meru rupa paka kan n sala salah h satu satu syar syarat at untu untuk k me memp mper ero oleh leh gela gelarr Sarj Sarjan anaa Teknik pada Fakultas Teknik Perkapalan Unive iversitas Hasanuddin yang berjudul
“Anali “A nalisa sa P enga ng ar uh Va V ar i asi Sudut S udut Sambungan ung an B elokan 90˚ T er hada hadapa H ead L osses osses Ali r an Pip Pi pa”. Penu Penuli liss me meny nyad adar arii bahw bahwaa penu penuli lisa san n ini ini ma masi sih h jauh auh dari dari kata kata kese kesemp mpur urna naan an,, baik baik dari dari cara cara peny penyaj ajia ian n ma maup upun un tekn teknik ik penu penuli lisa san, n, me meng nging ingat at kete keterb rbat atas asan an wakt waktu u dan dan kapasitas kapasitas sebagai sebagai mahasiswa,u mahasiswa,untuk ntuk itu itu koreksi koreksi dan saransaran- saran penulis harapkan harapkan untuk perbaikan selanjutnya. Kar ya ini, penulis persembahkan kepada kedua orang tua yan g sangat Jaenuddin dan kepad Rahmah Daeng penu penuli liss kasi kasihi hi dan dan say sayangi angi,, ayah ayahan anda da Jaenuddin pada Ibunda unda Rahmah yang tel telah ah banyak banyak me membe mberr suppor supportt dan doa yang penuh penuh keik keikhla hlasa san n yang tiada tiada batas batasny nya. a. Dan kepada Semua pihak pihak yang belum belum bisa saya saya sebutkan pada kesempa kesempatan tan ini. Akhir kata, penulis hanyalah hanyalah manusia biasa biasa yang tak luput dari salah dan khilaf. khilaf. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis memohon maaf dan mengharap kritik dan saran yang membangun. Semoga proposal ini dapat menambah wawasan dan bermanfaat bermanfaat bagi semua semua pihak. Aamiin Aamiin
Makassar,
Penulis
Maret 20 2017
KATA PENGANTAR Puji Puji syuku syukurr kam kamii panja panjatka tkan n kehad kehadira iratt Allah Allah SWT SWT atas atas segal segalaa ber berkah kah,, limpah limpahan an rahm rahmat at , hida hiday yah-Ny ah-Nya, a, kese keseha hata tan n sert sertaa nafa nafass sehi sehing ngga ga penu penuli liss dapa dapatt me meny nyel eles esai aika kan n prop propos osal al skri skrips psi, i,y yang ang me meru rupa paka kan n sala salah h satu satu syar syarat at untu untuk k me memp mper ero oleh leh gela gelarr Sarj Sarjan anaa Teknik pada Fakultas Teknik Perkapalan Unive iversitas Hasanuddin yang berjudul
“Anali “A nalisa sa P enga ng ar uh Va V ar i asi Sudut S udut Sambungan ung an B elokan 90˚ T er hada hadapa H ead L osses osses Ali r an Pip Pi pa”. Penu Penuli liss me meny nyad adar arii bahw bahwaa penu penuli lisa san n ini ini ma masi sih h jauh auh dari dari kata kata kese kesemp mpur urna naan an,, baik baik dari dari cara cara peny penyaj ajia ian n ma maup upun un tekn teknik ik penu penuli lisa san, n, me meng nging ingat at kete keterb rbat atas asan an wakt waktu u dan dan kapasitas kapasitas sebagai sebagai mahasiswa,u mahasiswa,untuk ntuk itu itu koreksi koreksi dan saransaran- saran penulis harapkan harapkan untuk perbaikan selanjutnya. Kar ya ini, penulis persembahkan kepada kedua orang tua yan g sangat Jaenuddin dan kepad Rahmah Daeng penu penuli liss kasi kasihi hi dan dan say sayangi angi,, ayah ayahan anda da Jaenuddin pada Ibunda unda Rahmah yang tel telah ah banyak banyak me membe mberr suppor supportt dan doa yang penuh penuh keik keikhla hlasa san n yang tiada tiada batas batasny nya. a. Dan kepada Semua pihak pihak yang belum belum bisa saya saya sebutkan pada kesempa kesempatan tan ini. Akhir kata, penulis hanyalah hanyalah manusia biasa biasa yang tak luput dari salah dan khilaf. khilaf. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis memohon maaf dan mengharap kritik dan saran yang membangun. Semoga proposal ini dapat menambah wawasan dan bermanfaat bermanfaat bagi semua semua pihak. Aamiin Aamiin
Makassar,
Penulis
Maret 20 2017
DAFTAR ISI
SAMPUL............................................................. SAMPUL....................................... ............................................ ............................................ ............................ ...... i KATA PENGANTAR.............................. PENGANTAR.................................................... ............................................ .......................................ii .................ii DAFTAR ISI ............................................ .................................................................. ............................................ ......................................iii ................iii BAB I PENDAHULUAN .............................................. .................................................................... .......................................1 .................1 1.1 Latar Belakang..................... Belakang ........................................... ............................................ ............................................ ........................ 1.2 Rumusan Masalah...................................... Masalah............................................................ ............................................ ........................ 1.3 Batasan Masalah ............................................ .................................................................. ......................................... ................... 1.4 Tujuan Penilitian...................... Penilitian ............................................ ............................................ ......................................... ................... 1.5 Manfaat Penelitian ............................................ .................................................................. ...................................... ................ 1.6 Sistematika Penulisan ........................................... ................................................................. .................................. ............ BAB II LANDASAN TEORI ........................................... ................................................................. ...................................... ................ 2.1 Definisi Tentang Fluida ............................................ .................................................................. .............................. ........ 2.2 Pengertian Pipa ........................... ................................................. ............................................ ...................................... ................ 2.3 Sambungan Sambungan Pada Pipa.................................................. Pipa........................................................................ ........................... ..... 2.4 Aliran Melalui Pipa........................................ Pipa.............................................................. ......................................... ................... 2.5 Kehilangan Tenaga Tenaga Aliran Melalui Melalui Pipa............................................ Pipa................................................. ..... 2.6 Kehilangan Energi Karena Karena Gesekan Gesekan Pada Pipa ...................................... ...................................... 2.7 Kehilangan Tenaga Pada Belokan Belokan .......................................... .......................................................... ................ 2.8 Bilangan Reynoalds .......................................... ................................................................ ...................................... ................ 2.9 Kehilangan Tinggi Tinggi Tekan Pada Pipa................................ Pipa...................................................... ........................ 2.10 Manometer ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................... ............................................................... ........................ 3.1 Tempat dan dan Waktu Penelitian Penelitian .......................................... ................................................................ ........................
3.2 Tahap Dalam Penyelesaian Penelitian .................................................... 3.3 Alat dan Peralatan Penelitian .................................................................. 3.4 Tahap Pengujian...................................................................................... 3.5 Pengoperasian Alat ................................................................................. 3.6 Tahap Analisis ........................................................................................ 3.7 Bagan Alir Penelitian..............................................................................
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kapal merupakan alat transportasi laut yang banyak digunakan saat ini. Dalam melakukan pelayaran dari satu pelabuhan ke pelabuhan lain dengan muatan barang, kapal juga mengangkut kebutuhan ABK kapal seperti air, bahan bakar, pelumas, dan muatan cairan lainnya untuk kebutuhan operasional kapal selama berlayar. Untuk mengalirkan fluida dari tempat rendah ke tempat yang tinggi atau sebaliknya, dibutuhkan sistem perpipaan untuk memindahkan fluida tersebut dengan bantuan pompa atau mesin. Selain peralatan utama yang digunakan, ada bagian-bagian yang tidak kalah penting dimana dalam bagian ini, sering terjadi peristiwa-peristiwa yang dapat mengurangi efisiensi kerja yang diinginkan. Bagian dari peralatan ini dapat berupa pipa-pipa yang dihubungkan. Dalam menggunakan pipa yang harus diperhatikan adalah karasteristik dari fluida yang digunakan, misalnya: sifat korosi, explosive, racun, suhu dan tekanan. Apabila fluida dilewatkan ke dalam pipa maka akan terjadi gesekan antara pipa dengan fluida tersebut. Besarnya gesekan yang terjadi tergantung pada kecepatan, kekerasan pipa, diameter dan viskositas fluida yang digunakan. Bentuk-bentuk kerugian energi pada aliran fluida antara lain dijumpai pada aliran dalam pipa. Kerugian-kerugian tersebut diakibatkan oleh adanya gesekan dengan dinding, perubahan luas penampang, sambungan, katup-katup, belokan pipa dan kerugian-kerugian khusus lainnya. Pada belokan atau lengkungan kerugian energi aliran yang terjadi lebih besar dibandingkan dengan pipa lurus. Pada pendistribusian air sambungan belokan pipa sangat banyak ditemukan dalam sistem jaringan pipa kapal. Hal ini dipengaruhi oleh konstruksi kapal yang mengharuskan
arah aliran pipa dirubah dengan menggunakan sambungan. Dilihat dari jenis sambungan dan belokan mempunyai kehilangan energi yang beragam tergantung jenis sambungan yang digunakan.
Dengan mengetahui kerugian energi dalam suatu sistem atau instalasi perpipaan yang memanfaatkan fluida mengalir sebagai media, efesiensi penggunaan energi dapat ditingkatkan sehingga diperoleh keuntungan yang maksimal. Salah satu bagian dari instalasi perpipaan yang dapat menyebabkan kerugian-kerugian adalah gesekan pada dinding pipa dan sambungan belokan pipa.
Besarnya head losses pada sambungan belokan pipa tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti : diameter, debit, viskositas, dan sudut pada sambungan belokan pipa tersebut. Oleh karena itu penulis menuangkan topik tersebut dalam skripsi dengan judul:
“Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan 90˚ Terhadapa Head Losses Aliran Pi pa”
Dalam penelitian aliran dalam pipa ini menggunakan alat C6MKII Fluid Friction Measurements yang merupakan suatu rangkaian jaringan pipa yang dapat digunakan untuk
mengukur kehilangan energi akibat berlokan yang terjadi apabila fl uida mengalir di dalam pipa.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian pada latar belakang, rumusan masalah yang dapat disusun sebagai berikut:
1. Berapakah kehilangan energi yang diakibatkan oleh sambungan dan belokan? 2. Bagaimana hubungan antara kecepatan aliran dengan kehilangan energi yang terjadi pada masing-masing belokan? 3. Bagaimana hubungan antara kehilangan tinggi tekan pada pipa (H ukur dan H hinting) pada masing-masing belokan? 4. Bagaimana kecenderungan (trend) yang di dapatkan terhadap kedua belokan tersebut?
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan ini agar masalah tidak melebar dan menjauh maka studi ini di batasi pada beberapa masalah sebagai berikut: 1. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Fluida dan Hidraulika Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar. 2. Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah satu set piranti Armfield C6MKII-10 3. Pengujian dibatasi pada belokan pipa berjari-jari dan patah. 4. Pengujian dilakukan pada percabangan/sambungan belokan.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah: 1. Menghitung head losses pada belokan pipa berjari-jari dan patah. 2. Mengetahui kehilangan tenaga akibat adanya belokan pada pipa.
3. Mengetahui hubungan antara kehilangan energi akibat belokan dengan kecepatan aliran. 4. Mengetahui hubungan antar H ukur dan H hitung pada belokan. 5. Mengetahui
kecenderungan
(Trend)
yang
didapatakan
dengan
membandingkan kedua belokan tersebut. 1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dilakukannya penelitian ini adalah: 1. Sebagai bahan dalam perencaan belokan pipa pada jaringan perpipaan. 2. Dapat dijadikan referensi dalam penelitian selanjutnya berkaitan dengan masalah ini.
1.6 Sistematika Penulisan
Secara garis besar, penulis membagi kerangka masalah dalam beberapa bagian yaitu sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN Bab ini meliputi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat dan sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI Berisi tentang teori-teori dasar yang menunjang dan akan digunakan dalam pembahasan skripsi ini terutama yang berisi tentang definisi pipa, sistem perpipaan, kehilangan energi dan kehilangan tekanan akibat belokan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini menunjukkan lokasi dan waktu penelitian, sistematika penelitian, alat-alat yang digunakan serta metode yang dipakai dalam pengambilan data. BAB IV PEMBAHASAN Bab ini menyajikan hasil penelitian yang didapatkan dan membahas hasil dari penelitian tersebut. BAB V
PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dan saran sebagai jawaban akhir dari permasalahan yang dianalisa.
BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Defenisi Tentang Fluida
Fluida merupakan suatu zat/bahan yang dalam keadaan setimbang tak dapat menahan gaya atau tegangan geser (shear force). Dapat pula didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi. Suatu sifat dasar fluida nyata, yaitu tahanan terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan geser yang terjadi pada bidang geser yang dikenai tegangan tersebut adalah viskositas atau kekentalan/kerapatan zat fluida tersebut. (Raswari, 1986) Fluida dapat didefinisikan sebagai suatu zat mampu alir dan dapat menyesuaikan bentuk dengan bentuk wadah yang ditempatinya, serta apabila diberikan tegangan geser, betapapun kecilnya akan menyebabkan fluida tersebut bergerak dan berubah bentuk secara terus-menerus selama tegangan tersebut bekerja (White, 1986). Dengan pengertian diatas maka fluida dapat dibedakan atas zat cair dan gas. Dimana kedua zat ini pun berbeda secara teknis akibat gaya kohesif. Zat cair cenderung mempertahankan volumenya dan akan membutuhkan permukaan bebas dalam medan gravitasi. Aliran muka bebas sangat dipenuhi efek gravitasi sedangkan zat gas akan memuai dengan bebas sampai tertahan oleh dinding yang membatasinya. Gas tersebut akan membentuk atmosfir yang pada hakekatnya akan bersifat hidrostatik.
2.2. Pengertian Pipa
Pipa adalah saluran tertutup sebagai sarana pengaliran atau transportasi fluida, sarana pengaliran atau transportasi energi dalam aliran. Pipa biasanya ditentukan berdasarkan ukuran nominalnya, sedangkan tube merupakan salah satu jenis pipa yang ditetapkan berdasarkan diameter luarnya. Dalam suatu perusahaan industri, pipa merupakan salah satu peralatan pokok diluar rangkaian proses yang dipergunakan untuk mengalirkan suatu fluida, yaitu berupa fluida cair dan fluida gas. Fluida yang mengalir ini memiliki temperatur dan tekanan yang berbeda-beda. Bentuk kontruksi pipa yang terdapat di suatu perusahaan industri dipengaruhi oleh jenis fluida yang akan dialirkan melalui pipa tersebut dengan mempertimbangkan pengaruh lingkungan yang ada.
Pipa digunakan sebagai saluran untuk mengalirkan air, minyak, gas dan cairancairan lain. Pipa yang dimaksud dalam hal ini terdiri dari pipa itu sendiri dan juga termasuk fitting, katup dan komponen-komponen lainnya yang merupakan sistem perpipaan, komponen-komponen pipa adalah : Pipa, flens (flanges), katup (valves), alat penyambung (fittings), dan lain sebagainya.(Solomo, 2010)
2.3. Sambungan Pada Pipa
Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa. Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada aliran fluida. Dengan adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan
tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak sambungan, fluida yang mengalir di dalamnya akan mengalami banyak kehilangan energi. Dalam sistem pipa salah satu konstruksinya adalah menggunakan sambungan yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluida ke suatu tempat tertentu. Salah satu efek yang muncul pada aliran ketika melewati suatu sambungan yang berkaitan dengan pola aliran adalah adanya ketidakstabilan aliran atau fluktuasi aliran. Fluktuasi aliran yang terjadi terus-menerus pada belokan pipa akan memberikan beban impak secara acak pada sambungan tersebut. Akibat pembeban impak secara acak yang berlangsung terusmenerus bisa menyebabkan getaran pada pipa.
2.4. Aliran Melalui Pipa
Pipa merupakan saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran dan digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialirkan melalui pipa biasanya bisa berupa zat cair atau gas, dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfir. Sistem tata pipa merupakan rangkaian pengaturan penyambungan pipa untuk mengatur jalan keluarnya air sesuai yang dikehendaki. Sistem perpipaan yang berfungsi untuk mengalirkan zat cair dari satu tempat ke tempat lain. Aliran terjadi karena adanya perbedaan tinggi tekanan di kedua tempat yang disebabkan oleh adan ya perbedaan elevasi muka air atau karena digunakannya pompa.
2.5. Kehilangan Tenaga Aliran Melalui Pipa
Pada zat cair yang mengalir di dalalam bidang batas, misalnya pipa akan terjadi tegangan geser dan gradient kecepatan pada seluruh medan aliran karena adanya kekentalan. Tegangan geser tersebut akan menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran. Persamaan Bernoulli di bawah ini :
Z1 +
1
+
1² =Z2+ 2ℊ
2
+
2² + hf 2ℊ
Apabila pipa mempunyai penampang yang konstan, makan V1 = V2, dan persamaan diatas dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana untuk kehilangan tenaga akibat gesekan.
h¹ = (Z1 +
) − (Z2 +
atau
hf = ΔZ + keterangan: hf = kehilangan tenaga (m) Z1 = Tinggi elevasi di titik 1 (m) Z2 = Tinggi elevasi di titik 2 (m) P1 = Tekanan di titik 1 (N/m²)
)
P2 = Tekanan di titik 2 (N/m²) V1 = Kecepatan aliran di titik 1 (m/s) V2 = Kecepatan aliran di titik 2 (m/s) g = Percepatan gravitasi (m/s²) γ = Berat jenis (kg/m².s²)
2.6. Kehilangan Energi Karena Gesekan Pada Pipa
Kehilangan energi akibat gesekan disebut juga kehilangan primer atau mayor lose. Terjadi akibat adanya kekentalan zat cair dan turbulensi karena adan ya kekasaran dinding batas pipa dan akan menimbulkan gaya gesek yang akan menyebabkan kehilangan tenaga di sepanjang pipa dengan diameter konstan pada aliran seragam. Kehilangan tenaga sepanjang satuan panjang akan konstan selama kekasaran tidak berubah. (Triatmodjo, 1996) Kehilangan tenaga karena gesekan antara zat cair dengan dinding pipa berbanding lurus dengan panjang pipa dan kekasaran pipa dan berbanding terbalik dengan diameter pipa :
ℎ=
=
²
Keterangan : h = tinggi tekanan yang hilang (m)
L = Panjang pipa (m) v = Kecepatan aliran (m/s) D = Diameter (m) g = Percepatan gravitasi (m/s²) Koefisien gesekan pipa tergantung pada parameter aliran (Triatmojo 1996 : 31), apabila pipa adalah hidrolis halus parameter tersebut adalah kecepatan aliran diameter pipa dan kekentalan zat cair dalam bentuk angka Reynolds. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Blasius, dia mengemukakan rumus gesekan f untuk pipa halus dalam bentuk:
f =
. ²ͦ
berlaku untuk 4000 < Re < 10⁵
2.7. Kehilangan Tenaga Pada Belokan
Disamping adanya kehilangan tenaga akibat gesekan pipa, terjadi pula kehilangan tenaga dalam pipa yang diakibatkan karena perubahan penampang pipa, sambungan, belokan, dan katup. Kehilangan tenaga akibat gesekan pada pipa panjang biasanya jauh lebih besar dari pada kehilangan tenaga sekunder, sehingga pada keadaan tersebut biasanya kehilangan tenaga sekunder harus diperhitungkan. Apabila kehilangan tenaga sekunder lebih dari 5 % dari kehilangan tenaga akibat gesekan m akan kehilangan tersebut diabaikan. Untuk memperkecil tenaga sekunder, perubahan penampang atau belokan jangan dibuat mendadak tetapi berangsur-angsur. (Triatmodjo : 1996) Kehilangan energi yang terjadi akibat aliran melalui sambungan dan percabangan standar adalah sebanding dengan kuadrat dari kecepatan aliran sebagai berikut :
hₑ = α
² 2
keterangan : hₑ = Kehilangan energi (m)
α = faktor sambungan atau percabangan v = kecepatan aliran (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s²)
2.8. Bilangan Reynoald
Bilangan Reynoalds adalah bilangan tanpa dimensi yang nilainya bergantung pada kekasaran dan kehalusan pipa sehingga dapat menentukan jenis aliran dalam pipa. Professor Osborne Reynoalds menyatakan bahwa ada dua tipe aliran yang ada di dalam suatu pipa yaitu : 1. Aliran laminar pada kecepatan rendah dimana berlaku h α v 2. Aliran Turbulen pada kecepatan tinggi dimana berlaku h α vᵑ Dalam penelitiannya, Reynoalds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran berubah menjadi aliran turbulen. Keadaan ini bergantung pada empat buah besaran yaitu: diameter tabung, viskositas, dinsitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair. Lebih jauh ia menemukan bahwa ke empat faktor itu dapat digabungkan menjadi suatu gugus, dan bahwa perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu. Pengelompokan variable menurut penemuannya itu adalah:
Re =
. .
Atau
Re = Keterangan :
.
D = Diameter Pipa (m) v = Kecepatan rata-rata zat cair (m/s)
µ = Viskositas zat cair (kg/m.s) ρ = Densitas zat cair (kg/m³) Pada tahun 1884 Osborn Reynolds (dalam Triatmojo : 3) melakukan percobaan untuk menunjukkan sifat-sifat aliran laminar dan aliran turbulen. Alat yang digunakan terdiri dari pipa kaca yang dapat melewatkan air dengan berbagai kecepatan (gambar…..). aliran tersebut diatur oleh katub A. Pipa kecil B yang berasal dari tabung berisi zat warna C. Ujung yang lain berada pada lobang masuk pipa kaca.
Gambar. Alat Osborn Reynolds Reynolds menunjukkan bahwa untuk kecepatan aliran yang kecil di dalam aliran kaca, zat warna akan mengalir dalam suatu garis lurus seperti benang yang sejajar dengan
sumbu pipa. Apabila katub dibuka sedikit demi sedikit, kecepatan akan bertambah besar dan benar warna mulai berlubang yang akhirnya p ecah dan menyebar pada seluruh aliran pipa.
Gambar. Aliran Laminer (a), Kriktik (b), dan Turbulen (c) Kecepatan rerata pada mana benang warna mulai pecah disebut kecepatan kritik. Penyebaran dari benang warna disebabkan oleh percampuran dari partikel-partikel zat cair selama pengaliran. Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa pada kecepatan kecil, percampuran tidak terjadi dan menggelincirkan terhadap lapisan disampingnya. Keadaan ini disebut aliran laminar. Pada kecepatan yang lebih besar, benang warna menyebar pada seluruh penampang pipa. Dan terlihat bahwa percampuran dari partikelpartikel zat cair terjadi; keadaan ini disebut aliran turbulen. Menurut Reynolds, ada tiga faktor yang mempengaruhi keadaan aliran yaitu kekentalan zat cair µ (mu), rapat masa zat cair ρ (rho), dan diameter pipa D. hubungan antara µ , ρ, dan D yang mempunyai dimensi sama dengan kecepatan adalah
.
Reynolds menunjukkan bahwa aliran dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu angka tertentu. Angka tersebut diturunkan dengan membagi kecepatan aliran didalam pipa dengan nilai, yang disebut dengan angka Reynolds.
Dengan µ (miu) adalah kekentalan kinematik. Dari percobaan yang dilakuka n untuk aliran air melalui pipa dapat disimpulkan bahwa pada angka Reynolds rendah gaya kental dominan sehingga aliran adalah laminer. Dengan bertambahnya angka Reynolds baik karena bertambahnya kecepatan atau berkurangnya kekentalan zat cair atau bertambah besarnya dimensi medan aliran (pipa), akan bisa menyebabkan kondisi aliran laminer menjadi tidak stabil. Sampai pada suatu angka Reynolds di atas nilai tertentu aliran berubah dari laminer menjadi turbulen. Berdasarkan pada percobaan aliran di dalam pipa, Reynolds menetapkan bahwa untuk angka Reynolds dibawah 2000, gangguan aliran dapat diredam oleh kekentalan zat cair, dan aliran pada kondisi tersebut adalah laminer. Aliran akan turbulen apabila angka Reynolds lebih besar dari 4000. Apabila angka Reynolds berada diantara kedua nilai tersebut 2000
2.9. Kehilangan Tinggi Tekan Pada Pipa
Kehilangan tinggi tekan yang ditimbulkan pada saluran atau aliran didalam pipa akibat tikungan dibedakan menjadi: •
Kehilangan tinggi tekan total akibat gesekan ataupun penambahan geometri (hb) dengan koefisien tinggi tekan kb
•
Kehilangan tinggi tekan akibat perubahan energigeometri pipa dengan gesekan pada tikungan 1 4
Secara umum rumus kehilangan energi adalah sebagai berikut :
Hhitung = Kb
²
Keterangan: Hhitung = kehilangan tinggi tekan / energi akibat tikungan (m)
2.10.
Kb
= koefisien kehilangan tekan pada belokan
g
= percepatan gravitasi (m/s²)
v
= kecepatan aliran (m/s)
Manometer
Manometer adalah suatu alat pengukuran tekanan yang menggunakan kolom cairan untuk mengukur perbedaan tekanan antara suatu titik tertentu dengan tekanan atmosfer (tekanan terukur), atau perbedaan tekanan antara dua titik. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran. Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir). Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer cairan. Versi manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa) diman a pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi karena atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan tekanan yang diterapkan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan Februari-April 2017 di Laboratorium Mekanika Fluida Prodi Teknik Sistem Perkapalan Universitas Hasanuddin.
3.2. Tahap Dalam Penyelesain Penelitian
1. Identifikasi Permasalahan Pada bagian identifikasi masalah dilakukan analisa permasalahan pada sistem jaringan pipa yang di dalamnya terdapat sambungan, belokan dan gesekan sehingga mempengaruhi terhadap kekuatan aliran fluida yang akan berkurang setiap mengalami perubahan aliran. Untuk itu dilakukan analisis pada bagian jaringan pipa yang akan memunculkan dampak kehilangan kekuatan aliran fluida yang terbesar, sehingga kita dapat merancang jaringan pipa yang efektif dan efisien. 2. Teknik Pengumpulan Data Teknik pengumpulan data yang digunakan adalah metode observasi, yaitu dengan melakukan pengambilan data langsung pada objek penlitian. Dalam hal ini pada alat armfield C6-MKII-10. Alat ukur manometer digunakan pada pipa disaat sebelum dan sesudah mengalami Head Minor.
3. Penyajian Data Dalam penyajian data akan ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik yang menunjukkan perbandingan kehilangan energi sebelum dan sesudah terjadi hean minor.
3.3. Alat dan Peralatan Penelitian
3.3.1. Alat Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :
1. Fluid Friction Measurement Fluid Friction Measurement merupakan rangkaian jaringan pipa yang dapat digunakan untuk mengukur kehilangan energi akibat gesekan dan belokan yang terjadi apabila fluida tak terjadi perubahan volume karena tekanan yang mengalir melalu pipa, percabangan/sambungan maupun alat ukur kecepatan. Yang terdiri dari: •
Pipa belokan panjang radius 90˚
•
Pipa belokan pendek radius 90˚
•
Pipa belokan sudut patah 90 ˚
•
Pipa belokan sudut siku 45˚
2. Hydraulic Bench 3. Velocity meter dan manometer 4. Kanebo 5. Blanko data 6. Alat tulis 7. Stopwatch
3.3.2. Bahan Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah air yang diambil dari Laboratorium Mekanika Fluida dan Sumber Daya Prodi Teknik Sistem Perkapalan, Universitas Hasanuddin.
3.3.3. Sketsa Alat Uji
Sketsa Alat Fluid Friction Measurement Keterangan : 1. Saluran masuk air 2. Saringan 3. Sambungan Y sudut 45˚ 4. Belokan siku 45˚ 5. Belokan panjang 90˚ 6. Katup bola 7. Sambungan T 90˚ 8. Belokan tajam 90˚
9. Katup isolasi 10. Belokan pendek 90˚ 11. Tabung pitot statis 12. Venturi meter 13. Orifice meter 14. Katup bumi 15. Gate Valve 16. Siku 90˚ 17. Saluran keluar air 18. Ukuran pipa uji
3.4. Tahap Pengujian
Pada tahap ini dilakukan pengujian kehilangan energi pada pipa dengan berbagai perubahan belokan pada jarigan pipa Adapun prosedur pengujiannya adalah sebagai berikut 1. Menyiapkan alat Fluid Friction Measurements – C6MKII 2. Menghubungakan selang Hydraulic Bench ke pipa pada alat Fluid Friction Measurements – C6MKII
3. Menyalakan Alat Hydraulic Bench dengan menekan tombol ON pada power dengan katup tertutup rapat 4. Setelah Alat Hydraulic Bench menyala, buka katup pada air dan pada Bench secara perlahan hingga air dapat mengalir ke alat Fluid Friction Measurement 5. Menormalkan selang dengan mengalirkan hingga aliran air dalam selang bebas dari gelembung udara
6. Membuka katup yang ada pada pipa yang akan diamati yaitu pada pipa belokan panjang 90˚ (5) 7. Menormalkan ketinggian air pada masing-masing manometer dengan membuka dan menutup katup pengukur 8. Mencatat tinggi tekanan pada manometer 9. Mencatat waktu saat volume air mencapai 9 liter 10. Mengulang langkah (7) dan (8) 11. Mencatat waktu saat volume mencapai 9 liter 12. Mengurangi volume aliran air yang masuk dengan menutup secara perlahan katup dan hentikan saat terjadi perbedaan tekanan pembacaan manometer 13. Mengukur panjang pipa pada aliran belokan 90 ˚ 14. Cara yang sama dilakukan untuk menentukan head loss pada belokan tajam 90˚(8), belokan pendek 90˚(10) dan belokan siku 90˚(16)
3.5. Pengoperasian Alat
Proses kerja alat Fluid Friction Measurement yang digunakan oleh peneliti adalah sebagai berikut: 1. Hubungkan unit dengan pasokan listrik utama. 2. Posisikan pompa dalam keadaan “ON” dan tekan to mbol pompa kemudian putar katup debit searah “OPEN”. 3. Cek jika terjadi pengaliran dengan baik, maka sistem baik. 4. Atur belokan pipa sesuai data yang dibutuhkan 5. Atur debit air pada pipa dengan aliran yang stabil
3.6. Tahap Analisis
Setelah seluruh data yang diperlukan terkumpul, maka dilanjutkan dengan tahap pengolahan atau analisis data. Dalam proses pengolahan data digunakan rumus Reynolds dan Berniolli untuk mendapatkan hasil perhitungan dari data yang didapatkan, setelah itu dibandingkan data sebelum dan sesudah mengalami Head Minor yaitu belokan panjang 90 ˚(5), belokan tajam 90˚(8), belokan pendek 90˚(10),
belokan siku 90˚(16).
1. Menghitung Debit Air
= Dengan : Q = Debit Aliran (m³/det) V = Volume Air (m³) t = waktu air mengalir (det) 2. Menghitung Kecepatan Aliran
= Dengan : Q = Debit Aliran (m³/det) v = Volume air (m³) A = Luas Penampang (m²) 3. Menghitung Beda Tinggi
Hukur = Hsebelum – Hsesudah Dengan : Hukur
= Selisih tinggi (mm)
Hsebelum
= Tinggi air pada pembacaan manometer
sebelum melewati belokan (mm) Hsesudah
= Tinggi air pada pembacaan manometer sesudah
melewati belokan (mm) 4. Mencari Hhitung
Hhitung =
Dengan : Hhitung
= kehilangan energi (m)
v
= kecepatan aliran (m)
g
= percepatan grafitasi (m/det²)
Kb
= Koefisien energi Elbow
5. Menghitung Bilangan Reynold (Re)
=
Dengan : Re
= Bilangan Reynold
v
= Kecepatan Aliran (m/det)
D
= Diameter Pipa (m)
. μ
² 2
µ
= Viskositas (m²/det)
6. Perhitungan Koefisien Geser
=
0,316 ,
Dengan : f
= koefisien geser
Re
= Bilangan Reynold
7. Perhitungan Headloss
H =
.
.
2
Dengan : Hf = Headloss (m)
L = Panjang pipa (m)
f = koefisien geser
g = percepatan grafitasi (m/det²)
D = Diameter pipa (m) v = kecepatan aliran (m/det²)
3.7. Bagan Alir Penelitian
Penjelasan mengenai bagan alir penelitian dapat dilihat pada tahapan-tahapan penelitian diatas. Secara garis besar bagan alir tahapan metode penelitian dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar. Bagan alir Penelitian
