ANALISA KEHILANGAN ENERGI PADA BELOKAN PIPA BERANGSUR-ANGSUR BERANGSUR ANGSUR DAN BELOKAN PIPA 450 SECARA LANGSUNG
SKRIPSI Diajukan Dalam Rangka Memenuhi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Program Strata satu (S-1) (S 1) Teknik Sipil Fakultas Tekn Teknik Universitas Haluoleo
OLEH
ANGGA SAPUTRA HADI P. SAUALA E1A1 14 092
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2016 i
ii
iii
iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN 'Cukuplah Allah bagiku , tidak ada Tuhan selain dari-Nya. Hanya kepada-Nya aku bertawakkal." [QS At-Taubat :129].
“Bukankah Kami telah melapangkan untukmu dadamu?,(1) Dan Kami telah menghilangkan dari padamu bebanmu,(2) yang memberatkan punggungmu? (3) Dan Kami tinggikan bagimu sebutan (nama)mu. (4) Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, (5) sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.(6) Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain, (7) dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap.(8)” (QS Al Insyirha : 1-8 )
“Bekerja keraslah dengan daya dan usaha yang engkau miliki Teteapi janganlah puas dengan hasil yang engkau peroleh kini Karena hari esok masih menanti sejuta tantangan yang harus dihadapi. Keyakinan dan rendah diri adalah kunci segalanya” (Nyuheri Slamet S.Pd M.Pd) Skripsi kupersembahkan Teruntuk :
Ayahanda tercinta Nyuheri Slamet S.Pd, M.Pd , ibunda Tersayang Masrina Sauala Adik-adik ku Apryani S.Pd, Moch. Aditya Akbar, dan Arini Keluarga besar Tsomodiharjo dan keluarga besar Sauala Serta buat orang yang terspesial Jhulianty Bhayangkari v
KATA PENGANTAR
ّ ﺑِﺴ ِْﻢ ﱠﺣﯿ ِْﻢ ِ ﷲِ اﻟﺮﱠﺣْ َﻤ ِﻦ اﻟﺮ Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala berkah, limpahan rahmat , hidayah-Nya, kesehatan serta nafas sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi,yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Universitas Haluoleo yang berjudul “Analisa Kehilangan Energi pada belokan 450 secara berangsur-angsur serta belokan 450 secara langsung pada pipa”. Penulis
menyadari
bahwa
penulisan
ini
masih
jauh
dari
kata
kesempurnaan, baik dari cara penyajian maupun teknik penulisan, mengingat keterbatasan waktu dan kapasitas sebagai mahasiswa,untuk itu koreksi dan saransaran penulis harapkan untuk perbaikan selanjutnya. Karya ini, penulis persembahkan kepada kedua orang tua yang sangat penulis kasihi dan sayangi, ayahanda Nyuheri Slamet, S.Pd., M.Pd dan kepada Ibunda Masrina Sauala yang telah banyak member support dan doa yang penuh keikhlasan yang tiada batasnya. Dan kepada adik-adikku tersayang ( Putri, Adit, dan Arin) serta buat semua keluarga besar Sauala dan keluarga besar Tsomodihardjo. Terwujud penulisan ini berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu dengan segala kerendahan hati penulis menghaturkan banyak terima kasih kepada :
vi
1. Bapak Prof. Dr. Ir. H. Usman Rianse, MS, selaku rektor Universitas Haluoleo Kendari 2. Bapak Mustarum Musaruddin, ST.,MIT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Haluoleo. 3. Bapak Ahmad Syarif Sukri, ST., MT Selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Haluoleo dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing I. 4. Bapak Weka Adi Suryaman, ST., M.Eng selaku Dosen Pembimbing II. 5. Seluruh Dosen dan Staf Administrasi Jurusan S-1 Sipil Fakultas Teknik Universitas Haluoleo 6. Kepala Laboratorium dan Staf Teknisi Hidrolika dan Sumber Daya Air Fakultas teknik UNiversitas Haluoleo yang telah memberikan izin penelitian dan memberikan informasi dalam proses penelitian. 7. Rekan-rekan S1 Sipil kelas ekstensi angkatan 2014 yang tidak bisa disebutkan satu persatu turut memberikan
masukan serta arahan yang baik dalam
penyusunan skripsi ini. 8. Sahabat terbaikku Zulqifli Herdianto,.ST yang telah memberikan banyak bantuan dalam penelitian ini 9. Teman-teman di Pizza Hut Lippo Plaza Kendari,( Aprisal, Dendi , Ka Hasanuddin, Pak Andre, Yayan, Hermawan, Tohar Irman, Usman) yang telah memberikan sumbangsi pemikiran dan bantuan. 10. Teman-teman di PPLP PU Provinsi Sulawasi Tenggara ( Kanda Eris, Kanda Haris, dan Kanda Hendriks, ST) yang memberikan banyak bantuan dan dukungan dalam penyelesaian skripsi ini.
vii
11. Teman-teman KKN 2015 Semester Genap Kelompok Cia-Cia Desa Karya Baru Sorawolio 12. Seseorang yang aku sayangi Julianti Bhayangkari beserta keluarga besarnya yang selalu setia memberikan dukungan dan doa dalam penyusunan skripsi ini. Akhir kata semoga ALLAH SWT,selalu memberika berkah, hidayah serta umur panjang kepada kita semua dan semoga penulisan ini bermanfaat bagi seluruh pembaca terutama bagi penulis. Amin.
Kendari,
Januari 2016
Penulis
viii
ABSTRAK
Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran dan digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Pipa memiliki berbagai bentuk penampang dan ukurannya sering banyak digunakan oleh orang. Tujuan dari penelitain ini adalah untuk mengetahui kehilangan tenaga akibat adanya belokan pada pipa, seperi belokan pipa secara berangsur-angsur dan belokan 450 secara langsung serta pengaruhnya terhadap gesekan yang terjadi. Adapun Pada penelitian ini alat yang digunakan yaitu satu set piranti Fluid Friction Apparatus. Ada beberapa parameter yang dianalisa yaitu debit, kecepatan aliran, beda tinggi kemudian menganalisa koefisien gesek serta menghitung angka Reynolds dan kehilangan energi akibat belokan dan faktor gesekan. Dengan melakukan running alat sebanyak 30 kali. Dengan waktu yang divariasikan untuk menghasilkan debit yang bervariasi pula. Hasil dari analisa kehilangan tenaga untuk volume 9 liter pada debit 0,000495 m3/det didapatkan kehilangan tenaga pada belokan pipa secara berangsur-angsur yaitu 0,0490 m dan pada belokan 450 secara langsung yaitu 0.0201 m. Begitu pula pada volume 12 liter untuk debit 0,000385 m3/det didapatkan kehilangan tenaga pada belokan pipa secara berangsur-angsur yaitu 0,0406 m dan pada belokan 450 secara mendadak/langsung yaitu 0.0173 m. Kecepatan aliran berbanding lurus dengan kehilangan energi. Semakin cepat waktu tempuh pengaliran maka kehilangan energy pula semakin besar. Kecenderungan (trend) yang terjadi didapatkan dari hasil analisa bahwa pada volume 9 liter maupun 12 liter pada debit yang sama kehilangan energi yang cenderung besar terjadi pada belokan pipa secara berangsur-angsur.
Kata Kunci : belokan, kehilangan energi, pipa.
ix
x
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... iii SURAT KETERANGAN KEASLIAN ........................................................ iv MOTTO DAN PERSEMBAHAN ................................................................ v KATA PENGANTAR ………………………………………………………. vi ABSTRAK ..................................................................................................... ix DAFTAR ISI .................................................................................................. xi DAFTAR TABEL ......................................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xvi DAFTAR NOTASI ........................................................................................ xviii BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 3 1.3 Tujuan penelitian ......................................................................... 3 1.4 Batasan Masalah .......................................................................... 4 1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................... 4 1.6 Penelitian terdahulu . .................................................................... 5 1.7 Sistematika Penelitian .................................................................. 6 BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................ 8 2.1 Aliran Melalaui Pipa ..................................................................... 8 2.2 Kehilangan Tenaga Aliran Melalui Pipa ....................................... 8
xi
2.2.1 Kehilangan Energi Karena Gesekan pada pipa .................... 9 2.2.2 Kehilangan Tenaga Pada Belokan ...................................... 12 2.3 Aliran melalui Saluran Tertutup .................................................... 16 2.4 Aliran Laminer dan Turbulen ........................................................ 17 2.4.1 Aliran Laminer dalam Pipa .................................................. 17 2.4.2 Aliran Turbulen dalam Pipa ................................................. 18 2.4.3 Aliran Transisi ...................................................................... 18 2.5 Bilangan Reynold .......................................................................... 19 2.6 Kehilangan Tinggi Tekan Pada Pipa ............................................. 22 BAB III METODE PENELITIAN .............................................................. 23 3.1 Tempat dan Waktu Penelitan ........................................................ 23 3.1.1 Tempat Penelitian ................................................................. 23 3.1.2 Waktu Penelitian .................................................................. 23 3.2 Alat dan bahan Penelitian .............................................................. 24 3.2.1 Alat ...................................................................................... 24 3.2.2 Bahan ................................................................................... 24 3.2.3 Sketsa Alat Uji .................................................................... 25 3.3 Tahap Pengujian ............................................................................ 26 3.4 Running Alat ................................................................................. 27 3.5 Analisa Data .................................................................................. 27 3.6 Bagan Alir Penelitian ..................................................................... 30 BAB IV Hasil dan Pembahasan ................................................................... 32 4.1 Tabel Pengamatan ......................................................................... 32
xii
4.2 Analisa Perhitungan ...................................................................... 35 4.2.1 Analisa Perhitungan Pada Volume 9 Liter ........................... 35 4.2.1.1 Perhitungan Debit ......................................................... 35 4.2.1.2 Perhitungan Kecepatan ................................................. 37 4.2.1.3 Perhitungan Beda Tinggi ............................................... 39 4.2.1.4 Kehilangan Tenaga Berdasarkan Koefisien belokan .... 42 4.2.1.5 Bilangan Reynold .......................................................... 44 4.2.1.6 Koefisiaen Geser ........................................................... 46 4.2.1.7 Perhitungan Headloss .................................................... 47 4.2.2 Analisa Perhitungan Pada Volume 12 Liter ......................... 58 4.2.2.1 Perhitungan Debit ......................................................... 58 4.2.2.2 Perhitungan Kecepatan ................................................. 59 4.2.2.3 Perhitungan Beda Tinggi ............................................... 61 4.2.2.4 Kehilangan Tenaga Berdasarkan Koefisien belokan .... 64 4.2.2.5 Bilangan Reynold .......................................................... 66 4.2.2.6 Koefisiaen Gesek .......................................................... 68 4.2.1.7 Perhitungan Headloss .................................................... 69 BAB V Kesimpulan dan Saran .................................................................... 84 5.1 Kesimpulan .................................................................................. 84 5.2 Saran ............................................................................................. 85 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai ߙ pada pengecilan mendadak …………………………………. 13
Tabel 2.2 koefisien ߙ sebagai fungsi sudut belokan ...................................... … 14 Tabel 2.3 nilai ߙ sebagai fungsi R/D untuk sudut belokan 900 ……………….... 14 Tabel 3.1 Barchart Penelitian ………………………………………………….. 23
Tabel 4.1 Tabel Pengamatan 9 Liter …………………………………………. 33 Tabel 4.2 Tabel Pengamatan 12 Liter ………………………………………… 34 Tabel 4.3 Perhitungan Debit pada volume 9 Liter …………………………… 36 Tabel 4.4 Tabel Kecepatan Aliran ……………………………………………. 37 Tabel 4.5 Perhitungan H ukur Pipa Berangsur-angsur berdasarkan waktu pengamatan ………………………………………………………... 39 Tabel 4.6 Perhitungan H ukur 450 Langsung/ mendadak berdasarkan waktu pengamatan ………………………………………………………… 41 Tabel 4.7 Perhitungan H hitung …………………………………………………. 43 Tabel 4.8 analiasa perhitungan angka Reynold (Re) …………………………
44
Tabel 4.9 Hasil analisa koefisien geser ……………………………………….. 46 Tabel 4.10 Perhitungan Headloss pada belokan berangsur-angsur ………. 48 Tabel 4.11 Hasil perhitungan Headloss pada belokan 450 langsung ...………. 50 Tabel 4.12 tabel rekapitulasi pada Volume 9 liter ……………………………. 52 Tabel 4.13 Perhitungan Debit pada volume 12 Liter …………….……………. 58
xiv
Tabel 4.14 Tabel Kecepatan Aliran Volume 12 liter …………………………. 60 Tabel 4.15 Perhitungan H ukur berdasarkan waktu pengamatan ………………. 61 Tabel 4.16 Perhitungan H ukur berdasarkan waktu pengamatan ………………..63 Tabel 4.17 Perhitungan H hitung …………………………………………………………………….…… 65 Tabel 4.18 analiasa perhitungan angka Reynold (Re) …………………………..66 Tabel 4.19 Hasil analisa koefisien geser …………………………………….
68
Tabel 4.20 Perhitungan Headloss pada belokan berangsur-angsur …..……. 70 Tabel 4.21 Hasil perhitungan Headloss pada belokan 450 langsung …….…….72 Tabel 4.22 Tabel Rekapitulasi Pada Volume 12 liter …………………….……. 74
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kehilangan Tenaga ……………………………………………… 11 Gambar 2.2 Bentuk Belokan Patah Pipa ……………………………………… 15 Gambar 2.3 Alat Osborn Reynold …………………………………………… 20 Gambar 2.4 Aliran Laminer (a), Kriktik (b), Dan turbulen (c)………………..
20
Gambar 3.1 Sketsa Alat fluid Friction Apparatus ……………………………. 25 Gambar 3.2 Bagan alir penelitian …………………………………………….. 31 Gambar 4.1 Belokan Berangsur-angsur ………………………………….. 32 Gambar 4.2 Belokan 450 langsung (mendadak)………………………………. 32 Gambar 4.3 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan ……… 53 Gambar 4.3 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan ……… 54 Grafik 4.5 Grafik Kecenderungan Headloss (Hf) antara kedua belokan ……….55 Grafik 4.6 Grafik Kecenderungan H ukur Pada Kedua Belokan ………………… 56 Grafik 4.7 Grafik Hubungan H ukur Terhadap H hitung Pada Kedua Belokan ….. 57 Gambar 4.8 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan ………. 76 Gambar 4.9 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan ………. 77 Gambar 4.10 Grafik Kecenderungan Headloss (Hf) antara kedua belokan …..78 Gambar 4.11 Grafik Kecenderungan H ukur Pada Kedua Belokan …………….. 79 Grafik 4.12 Grafik Hubungan H ukur Terhadap H hitung Pada Kedua Belokan .. 80 Grafik 4.13 Grafik hubungan debit dengan jumlah running alat pada kedua Volume. ………………………………………………………….. 81 Grafik 4.14 Grafik hubungan HHitung dengan jumlah running alat pada kedua volume ………………………………………………………....... 82
xvi
Grafik 4.15 Grafik hubungan Headloss pada kedua belokan dengan jumlah running alat pada kedua volume…………………………………… 83
xvii
DAFTAR NOTASI Simbol
Keterangan
Q
Debit aliran (m3/det)
t
Waktu pengaliran (det)
A
LuasPenampang (m2)
Re
Angka Reynold
D
Diameter Pipa (m)
L
Panjang Pipa (m)
g
Percepatan Grafitasi (m/det2)
Hf
Kehilangan energi akibat gesekan (m)
v
Kecepatan aliran(m/det)
V
Volume air (Liter)
µ
Viskositas (m/det2)
f
Koefisien gesek
Kb
Koefisien belokan
Hhitung
Kehilangan enegi akibat koefisien belokan (m)
Hukur
Kehilangan energy pada pengamatan (m)
xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran dan digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialirkan melalui pipa bisa berupa zat cair, gas, dan tekanan atmosfer. Apabila zat cair didalam pipa tidak memenuhi maka aliran termasuk didalam aliran saluran terbuka. Karena mempunyai permukaan tebal maka fluida yang dialirkan adalah zat cair. Pipa memiliki berbagai bentuk penampang dan ukurannya sering banyak digunakan oleh orang. Pada umumnya pipa tersebut adalah pipa berbentuk lingkaran. Material pipa yang digunakan bermacam – macam (acrylic, PVC, platic, dan logam). Material yang dibutuhkan sesuai dengan ketentuan dan tujuannya. Fluida adalah zat yang bisa mengalir, yang mempunyai partikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa pemisah massa. Fluida mempunyai sifat umum bahwa fluida harus dibatasi dengan dinding kedap supaya tetap dalam bentuknya semula. Tahanan fluidah terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat
dengan
mudah
mengikuti
bentuk
tempat
yang
membatasinya. Pada zat cair yang mengalir didalam bidang batas (pipa, saluran terbuka atau bidang datar) akan terjadi tegangan geser dan gradient kecepatan pada saluran medan aliran karena adanya kekentalan. Tegangan geser tersebut akan
1
menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran. Di dalam pipa, tampang lintang aliran adalah tetap yang yang tergantung pada dimensi pipa. Demikian juga kekasaran dinding pipa adalah seragam sepanjang pipa. Didunia industri sebagian besar fluida mengalir pada pipa tertutup. Masalah utama yang terjadi adalah karena adanya gesekan sepanjang dinding pipa terbentuknya turbulensi akibat gesekan relatif dalam molekul fluida yang di pengaruhi oleh viskositas fluida yang terjadi kerugian tekanan atau kehilangan energi. Akibat sambung dan belokan serta kurangnya perawatan dan akibat umur pipa dan akan timbul permasalahan pada aliran, seperti lebih sering terjadi kerusakan pipa, kebocoran, besarnya energi yang hilang serta penurunan tingkat pelayananan air bersih untuk konsumen. Selain hal tersebut, besar kehilangan energi yang terjadi diakibatkan pula oleh jenis sambungan atau belokan. Setiap jenis sambungan atau belokan mempunyai kehilangan energi yang beragam tergantung jenis sambungan apa yang di gunakan. Ada beberapa sambungan atau belokan yang sering digunakan yaitu 900, 450, sambungan Y, sambungan T, pembesaran mendadak, dan perkecilan mendadak. Oleh karena sebab diatas maka penulis mengambil judul “ Analisa Kehilangan Energi pada belokan secara berangsur-angsur dan pada belokan 450 secara langsung atau mendadak ”. Dalam penelitian aliran dalam pipa ini menggunakan alat Fluid Friction Apparatus yang merupakan suatu rangkaian jaringan pipa yang dapat digunakan untuk mengukur kehilangan energi akibat gesekan yang terjadi apabila terdapat fluida tak kompressibel mengalir melalui pipa.
2
1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang, rumusan masalah yang dapat disusun sebagai berikut : 1. Berapakah kehilangan energi yang diakibatkan oleh pengaruh gesekan? 2. Bagaimana hubungan antara kecepatan aliran dengan kehilangan energi
yang terjadi pada masing-masing belokan? 3. Bagaiamana hubungan antara kehilangan tinggi Tekan pada pipa (H
ukur
dan Hhitung ) pada masing-masing belokan? 4. Bagaimana kecenderungan (Trend) yang didapatkan terhadap kedua
belokan tersebut ?
1.3.Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini yaitu : 1. Mengetahui kehilangan energi yang diakibatkan oleh pengaruh gesekan. 2. Mengetahui hubungan antara kehilangan energi akibat belokan dengan kecepatan aliran. 3. Mengetahui hubungan antar H
ukur
dan Hhitung
pada belokan
secara
berangsur-angsur dan pada belokan 450 secara langsung. 4. Mengetahui
Trend
(kecenderungan)
yang
didapatkan
dengan
membandingkan kedua belokan tersebut.
3
1.4. Batasan Masalah Dalam penulisan ini agar masalah tidak melebar dan menjauh maka studi ini di batasi pada beberapa maslah sebagai berikut : 1) penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Fluida dan Hidraulika Fakultas Teknik Universitas Haluoleo Kendari. 2) Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah satu set piranti Fluid Friction Apparatus 3) Pengujian dibatasi pada volume air 9 dan 12 liter 4) Pengujian dilakukan pada percabangan/sambungan (elbow) belokan secara berangsur-angsur dan pada belokan
450 secara langsung atau
mendadak.
1.5. Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang didapatkan dari penelitian ini : 1. Manfaat Teoritis Mengembangkan ilmu pengetahuan dibidang teknik sipil terkhusus pada konsentrasi keairan sesuai dengan teori yang didapat pada bangku perkuliahan. 2. Manfaat Praktek Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat diketahui kecenderungan yang terjadi pada belokan
secara berangsur-angsur dan pada belokan
450
secara langsung terhadap kehilangan energi.
4
1.6 Penelitian Terdahulu Terdapat beberapa penelitian tentang kehilangan energi pada pipa yang penulis jadikan sebagai bahan referensi serta literatur dalam penyusunan laporan kedepannya tanpa ada unsur untuk meniru penelitian yang telah ada. Adapun beberapa penelitian tersebut adalah sebagai berikut : 1. Sufira, 2011. Dengan judul Pengaruh Pengaruh Belokan (elbow) dan Perubahan Penampang Terhadap Kehilangan Tenaga Pada Saluran Pipa. Adapun tujuan dari penelitian tersebut yaitu mengetahui pengaruh pembelokan terhadap kehilangan tenaga pada pipa, mengetahui besarnya kehilangan tenaga dengan debit yang berbeda pada belokan 450, 900, dan pembesaran serta pengecilan penampang pipa. 2. Hendrawati Pamungkas, 2011. Dengan judul Analisis Pengaliran Dalam Pipa Dengan Berbagai Perubahan Penampang. Adapun tujan dari penelitian tersebut yaitu mengetahui koefisien gesek pipa dan faktor sambungan dan menunjukkan hubungan antara kehilangan energy dan kecepatan pada perubahan penampang. 3. Bambang Surendro, 2012. Dengan judul Pengaruh Sudut
Belokan
Terhadap Tinggi Air Pada Saluran Pipa. Adapun tujuan dari penelitan tersebut yaitu Mengetahui berapa besar pengaruh belokan terhadap tinggi tekan pada pipa
5
1.7 Sistematika Penulisan Dalam penelitian ini, sistematika penulisan akan disusun menjadi 6 (enam) bab yang saling melengkapi serta berhubungan satu sama lainnya sehingga menjadi satu kesatuan yang utuh. Adapun sistematika penulisan diuraikan sebagai berikut : Bab I Pendahuluan Menguraikan yang menjadi latar belakang penelitian, rumusan masalah, yang akan diteliti serta pembahasan masalahnya, tujuan dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan. Bab II Landasan Teori Pada bab ini membahas tentang definisi pipa, sitem perpipaan, kehilangan energi dan kehilangan tekanan akibat gesekan serta akibat perubahan penampang. Dan membhas pula persamaan-persamaan yang akan digunakan dalam analisis data nantinya. Bab III Metode Penelitian Pada bab ini membahas metode penelitian yang berisi lokasi dan waktu penelitian, sistematikan penelitian, alat-alat yang digunakan serta bagan alir penelitian. Bab IV Hasil dan Pembahasan Memaparkan karakteristik data penelitian, hasil pengolahan data penelitian dan membahas tentang hasil dari penelitian yang dibandingkan dengan studi literatur.
6
Bab V Kesimpulan dan saran Memberikan kesimpulan dari hasil penelitian yang telah dilakukan dan saran-saran yang dianggap perlu .
7
BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Aliran Melalui Pipa Pipa merupakan saluran tertutup uang 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 bia lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfir. Sistem tata pipa merupakan rangkaian pengaturan penyambungan pipa untuk mengantur jalan keluarnya air sesuai yang dikehendaki. Sistem perpipaan yang berfungsi untuk mengalirkan zat cair dari satu tempat ke tempat yang lain. Aliran terjadi karena adanya perbedaan tinggi tekanan dikedua tempat yang disebabkan oleh adanya perbedaan elevasi muka air atau karena digunakannya pompa. 2.2 Kehilangan Tenaga Aliran Melalui Pipa Pada zat cair yang mengalir didalam 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 tenga selama pengaliran. Persamaan Bernoulli di bawah ini :
Z1 +
ଵ ఊ
+
ଵమ ଶ
= Z2 +
ଶ ఊ
+
ଶమ ଶ
+ hf
……………….………. (2.1)
8
Apabila pipa mempunyai penampang yang konstan, maka v1= v2 , dan persamaan diatas dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana untuk kehilangan tenaga akibat gesekan. h1 = (Z1 +
ଵ ఊ
) - (Z2 +
ଶ ఊ
) ………………………...…………(2.2)
Atau hf =
Z+
ఊ
………………………...………………(2.3)
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 dititik 1 (m/s) V2 = Kecepatan aliran dititik 2 (m/s) g = Percepatan gravitasi (m/s2) ߛ = Berat jenis (kg/m2.s2) 2.2.1 Kehilangan Energi Karena Gesekan pada pipa Kehilangan energi akibat gesekan disebut juga kehilangan primer atau mayorlose. Terjadi akibat adanya kekentalan zat cair dan turbulensi karena adanya kekasaran dinding batas pipadan akan menimbulkan gaya gesek yang akan menyebabkan kehilangan tenaga disepanjang pipa dengan diameter konstan pada aliran seragam. Kehilangan tenaga
9
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
L v2 D 2g
……………………………………..………..…(2.4)
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 =
.ଷଵ
ோ బ.మఱ
berlaku untuk 4000 < Re < 105 ……………….(2.5)
Head loss biasanya dinyatakan dengan satuan panjang. Sehingga untuk persamaan (2), Head Loss adalah harga ∆p yang dinyatakan dengan satuan panjang mmHg atau inchHg. Harga Hf sendiri bergantung pada
10
tipe alirannya. Untuk aliran laminar, dimana
Re < 2100, berlaku
persamaan Darci – Weisbach : Hf
…………………...……………,.……………...(2.6)
f L.V 2 . 2 g.D
Keterangan: F = head loss (m) f = koefisien geser L = panjang pipa (m) v = kecepatan aliran (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s2) D = diameter pipa (m) = viskositas aliran (m2/s)
ܸଵଶ 2݃
ܲଵ ߛ 1
Hf
EGL
ܸଶଶ 2݃
HGL
ܲଶ ߛ
τ0 τ0
2 L
Z1
α Z2
Gambar 2.1 Kehilangan Tenaga,( Triatmodjo, 1996 : 11)
11
Dimana z1 dan z2 masing-masing adalah elevasi pada titik 1 dan titik 2, P1/ߛ dan P2/ߛ adalah tinggi energi tekan (pressur head) pada titik 1 dan titik 2, v12 / 2g dan v22 / 2g adalah tinggi energy kecepatan (velocity head) pada titik 1 dan titik 2, dan Hf adalah kehilangan energy primer (headloss primer).
Nilai z + P/ ߛ disebut sebagai tinggi piezometrik
(piezometric head), sedangkan nilai z + P/ߛ + v2/2g disebut sebagai total
tinggi energy (total head). Plot tinggi pezometrik di sepanjang jalur pipa disebut garisenergi hidrolik (hydraulic grade line) atau yang disingkat HGL. Sedangkan plot total tinggi energi disepanjang jalur pipa disebut sebagai garis total energy (energy grade line) atau yang disingkat EGL. Pada penerapan dilapangan secara luas, tinggi energi kecepatan dapat diabaikan sehingga HGL dan EGL adalah sama.
2.2.2 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, dam katub. Kehilangan tenaga akibat gesekan pada pipa panjang biasanya jauh lebih besar dari pada kehilangna tenaga sekunder, sehingga pada keadaan tersebut biasanya kehilangan tenaga sekuder diabaikan. Pada pipa pendek kehilangan tenaga sekunder harus diperhitungkan. Apabila kehilangan tenaga sekunder lebih dari 5% dari kehilangan tenaga akibat gesekan maka kehilangan tersebut diabaikan. Untuk memperkecil kehilangan tenaga
12
sekunder, perubahan penampang atau belokan jangan dibuat mendadak tetapi berangsur-angsur. (Triatmodjo : 1996) Kehilangan energi yang terjadi akibat aliran melalu sambungan dan percabangan standar adalah sebanding dengan kuadrat dari kecepatan aliran sebagai berikut :
he= ߙ
మ
…………………………………………………(2.7)
ଶ
keterangan : he = Kehilangan energi (m) ߙ = faktor sambungan atau pecabangan v = kecepatan aliran (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Untuk mencari harga ߙ pada kasus pelebaran luas penampang
pipa, digunakan rumus :
ߙ = ቀ1 −
భ
ቁ
………………………………………..………..(2.8)
మ
Dengan:
ߙ = faktor sambungan/ percabangan A = luas penampang (m2)
Tabel 2.1 Nilai ߙ pada pengecilan mendadak
D1 / D2
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,5
3,0
4,0
5,0
ߙ
0,08
0,17
0,26
0,34
0,37
0,41
0,43 0,45 0,46
Sumber: bambang Triatmodjo, 1993
13
Kehilangan tenaga yang terjadi pada belokan tergantung pada sudut belokan pipa. Rumus kehilangan tenaga pada belokan adalah serupa dengan rumus pada sambungan dan percabangan standar, yaitu :
he = ߙ
మ
…………………….…….…………………..(2.9)
ଶ
Tabel 2.2 koefisien ߙ sebagai fungsi sudut belokan
Sudut
200
450
600
800
900
ߙ
0.05
0.14
0.36
0.74
0.98
Sumber: bambang Triatmodjo, 1993 Ada dua macam belokan pada pipa yaitu belokan langsung dan belokan patah. untuk sudut
belokan 900 dan dengan belokan halus
(berangsur-angsur), kehiilangan tenaga tergantung pada perbandingan jarijari belokan dan diameter pipa.
Tabel 2.3 nilai ߙ sebagai fungsi R/D untuk sudut belokan 900
R/D
1
2
4
6
10
16
20
ߙ
0,35
0,19
0,17
0,22
0,32
0,38
0,42
Sumber: bambang Triatmodjo, 1993 Pada setiap aliran dimana tidak ada kebocoran maka untuk setiap penampang tertentu berlaku : A1.V1 = A2.V2 = A3.V3
………………… …………...(2.10)
Besarnya debit (Q) pengaliran: v Q=
୴
௧
……………………………..…………..….….(2.11)
Persamaan Kecepatan (v) : v=
ொ
……………………………………….…………(2.12)
14
Keterangan : A = Luas Penampang (m2) Q = Debit (m3/s) V = Volume (m3) t = waktu (s) Dari percobaan Weisbach dihasilkan rumus umum untuk belokan patah, sebagai berikut (Sularso, Haruo Tahara : 2000) : Kb = 0,946 sin2 Dengan :
ఏ
ଶ
+ 2,047 sin4
ఏ
ଶ
………………………..(2.13)
ߠ = sudut belokan (derajat) Kb = Koefisien Belokan.
v ࣂ
Gambar 2.2 Bentuk belokan patah pipa (Sularso, Haruo Tahara : 2000) Persamaan-persamaan yang digunakan didalam pipa Horizontal, termasuk untuk menentukan Head Loss juga berlaku untuk elbow dengan catatan elbow juga dalam posisi horizontal didalam sistem perpipaan. Hasil pengujian head loss menunjukkan bahwa, sudut sambungan belokkan berbanding lurus dengan head loss. Semakin besar sudut sambungan belokan pipa, nilai head loss yang dihasilkan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh perbedaan tinggi tekan pada sebelum dan setelah belokan pipa yang semakin meningkat. Hasil pengujian menunjukkan
15
bahwa kecepatan air berbanding terbalik dengan sudut sambungan belokan pipa, semakin besar sudut sambungan belokan pipa maka kecepatan air semakin kecil, dan sebaliknya semakin kecil sudut sambungan belokan pipa kecepatan air semakin besar. Hal tersebut disebabkan karenan waktu yang diperlukan lebih lama untuk sudut belokan yang semakin besar (Haruo Tahara,Sularso.2000). Untuk pipa dimana diameternya berubah kecil kebesar, pipa pertama dengan diameter D1 dan pipa kedua dengan diameter D2, atau Enlargement, dan pipa masih didalam posisi horizontal, tidak ada kerja pada sistem, maka ∆Z =0, W = 0 dengan persamaan :
F
Jika
V 2 p 2gc
………………………………….….(2.14)
∆ൗ ߩ sangat kecil,dan bisa diabaikan terhadap harga dari
∆ݒଶൗ 2݃ , maka : ∆௩మ ଶ
= ݂
.……………….........................................(2.15)
2.3 Aliran Pada Saluran Tertutup Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialirkan melalui pipa bias berupa zat cairatau gas dan tekanan bias lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair dalam pipa tidak penuh maka aliran termasuk kedalam aliran terbuka ataukarena tekanan didalam pipa
16
sama dengan tekanan atmosfir (zat cair dalam pipa tak penuh) aliran termasuk dalam pengaliran terbuka. (Kodatie, 2005:5). 2.4 Aliran Laminer dan Turbulen Aliran viskos dapat dibedakan menjadi dua tipe yaiut aliran laminar dan aliran turbulen. Dalam aliran laminar partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikuti lintasan yang saling sejajar. Aliran ini terjadi apabila kecepatan kecil dan kekentalan besar (Bambang Triatmodjo,1993). Pengaruh kekentalan adalah sangat besar sehingga dapat meredam ganguan yang dapat menyebabkan aliran menjadi turbulen. Dengan berkurangnya kekentalan dan bertambahnya kecepatan aliran maka daya redam terhadap gangguan akan berkurang,yang sampai pada suatu batas tertentu akan menyebabkan terjadinya perubahan aliran laminar ke turbulen. Pada aliran turbulen gerak partikel-partikel tidak teratur. 2.4.1 Aliran Laminer Dalam Pipa Faktor-faktor penting dalam aliran zat cair adalah distribusi kecepatan aliran, tegangann geser, dan kehilangan tenaga dalam selama pengaliran. Persamaan distibusi kecepatan, tegangan geser, dan kehilangan tenaga untuk alirn laminar dan mantap akan diturunkan untuk aliran melalui pipa lingkaran. Pada aliran laminar untuk zat cair rill, kecepatan aliran pada dinding batas nol. Dianggap bahwa distribusi kecepaan pada setiap tampang adalah simetris terhadap sumbu pipa sehingga semua titik yang berjarak sama
dari
sumbu
pipa
mempunyai
kecepatan
sama
(Bambang
Triatmodjo,1993).
17
Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran laminer berlaku Bilangan Reynold, NRe < 2100. Pada keadaan ini juga berlaku hubungan Head Loss berbanding lurus dengan kecepatan linear fluida, atau H α V. 2.4.2 Aliran Turbulen Pada Pipa Turbulensi adalah gerak partikel zat cair yang tidak teratur dan sembarang dalam waku dan ruang. Turbulensi ditimbulkan oleh gaya-gaya viskos dan gerak lapis zat cair yang berdampingan pada kecepatan yang berbeda.meskipun variasi kecepatan disuatu titik dalam aliran turbulen adalah sembarang, tetapi masih mungkin untuk menyatakan nilai rerata dalam waktu dari kecepatan suatu titik secara staistik. Dengan demikian kecepatan sesaat disuatu titik akan berfluktuasi terhadap nilai rerata menurut waktu (Bambang Triatmodjo,1993). Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran turbulen berlaku Bilangan Reynold, NRe < 4000. Pada keadaan ini juga berlaku hubungan Head Loss berbanding lurus dengan kecepatan linear berpangkat n, atau H α Vn.
2.4.3 Aliran Transisi Aliran transisi merupakan aliran fluida dengan kecepatan diantara kecepatan linear dan kecepatan turbulen. Aliran berbentuk laminar atau turbulen sangat tergantung oleh pipa dan perlengkapannya. Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran transisi berlaku hubungan Bilangan Reynold, 2100 < NRe < 4000.
18
2.5 Bilangan Reynold Angka Reynolds adalah bilangan tanpa dimensi yang nilainya bergantung pada kekasaran dan kehalusan pipa sehingga dapat menentukan jenis aliran dalam pipa. Profesor Osborne Reynolds menyatakan bahwa ada dua tipe aliran yang ada didalam suatu pipa yaitu : 1. Aliran laminar pada kecepatan rendah dimana berlaku h α v 2. Aliran Turbulen pada kecepatan tinggi dimana berlaku h α vn Dalam penelitiannya, Reynolds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain, dan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen. Keadan ini bergantung pada empat buah besaran yaitu: diameter tabung, viskositas, densitas 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 variabel menurut penemuannya itu adalah:
Re
D.v..ρ μ …………………………………………………..…(2.16)
Atau
Re Keterangan :
D.v μ 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 )
19
Pada tahun 1884 Osborn Reynolds (dalam Triatmojo 1996 : 3) melakukan percobaan untuk menunjukan sifat-sifat aliran laminer dan aliran turbulen. Alat yang digunakan terdiri dari pipa kaca yang dapat melewatkan air dengan berbagai kecepatan (gambar 2.2). 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. C
B
A
Gambar 2.3 Alat Osborn Reynold Reynolds menunjukan 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 benang warna mulai berlubang yang akhirnya pecah dan menyebar pada seluruh aliran dalam pipa
a
b c
Gambar 2.4 Aliran Laminer (a), Kriktik (b), Dan turbulen (c)
20
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
partikel-partikel zat
tidak terjadi dan
cair bergerak dalam lapisan-lapisan yang sejajar,
menggelincir terhadap
lapisan disampingnya. Keadaan ini disebut
dan aliran
laminer. Pada kecepatan yang lebih besar, benang warna menyebar pada seluruh penampang pipa, dan terlihat
bahwa percampuran dari partikel-partikel 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
ఓ
ఘ
.
Reynodls menunjukan bahwa aliran dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu angka tertentu. Angka tersebut aliran didalam pipa dengan
diturunkan dengan membagi kecepatan
nilai , yang disebut dengan angka Reynolds.
Dengan μ (miu) adalah kekentalan kinematik. Dari percobaan yang dilakukan 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.
21
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
adalah transisi. Angka Reynolds pada kedua nilai di atas (Re =2000 dan Re = 4000) disebut dengan batas kritik bawah dan atas. 2.6 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 ¼
Secara umum rumus kehilangan energi adalah sebagai berikut : Hhitung = Kb Keterangan :
²
ଶ
…………………………………………(2.17)
Hhitung
= kehilangan tinggi tekanan / energi akibat tikungan (m)
Kb
= koefisien kehilangan tekan pada belokan
g
= percepatan gravitasi (m/s²)
v
= kecepatan aliran (m/s)
22
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat Penelitan Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Keairan Fakultas Teknik Universitas Haluoleo Kendari. 3.1.2 Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada
bulan November tahun 2015
sampai dengan Januari tahun 2016 Tabel 3.1 Barchart Penelitan KEGIATAN
NOVEMBER I II III IV
BULAN DESEMBER I II III IV
JANUARI I II III IV
1. Persiapan awal a. Studi Pustaka b. Pembuatan Proposal 2. Seminar Proposal 3. Kegiatan Laboratorium a.Persiapan Alat dan Bahan b.Running Pendahuluan c.Running Penelitian 4. Analisa Data 5. Penyusunan Laporan 6. Ujian Hasil
23
3.2 Alat dan Bahan Penelitian 3.2.1. Alat Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian ini yaitu : 1. Fluid Friction Apparatus Fluid Friction Apparatus merupakan rangkaian jaringan pipa yang dapat digunakan untuk mengukur kehilangan energy akibat gesekan yang terjadi apabila terdapat fluid tak kompresibel mengalir melalui pipa, percabangan/sambungan maupun alat ukur kecepatan. Yang terdiri dari : Pipa belokan 900 Pipa belokan 450 Pipa dengan pembesaran mendadak Pipa dengan kontraksi mendadak 2. Basic Hydrolic Bench 3. Velocity meter 4. Kanebo 5. Blangko Data 6. Alat tulis 7. Stopwatch 3.2.2.
Bahan Pada penelitain ini bahan yang digunakan adalah air yang di ambil dari
laboratorium Hidolika dan Sumber Daya Air jurusan Teknik sipil, Universitas Haluoleo.
24
3.2.3.
Sketa Alat Uji
Gambar 3.1 sketsa Alat fluid Friction Apparatus Keterangan : 1. rangka pipa baja dengan beban penghisap 2. dinding belakang 3. keran penghambat aliran fluida 4. penyambung pipa pengukur tekanan 5. pengukur tekanan (atmosfer) 6. pengukur sistem penggukuran 7. pengukurobjek saluran 8. alatt pengukur aliran 9. katup pengalir air 10. selang 25
3.3 Tahap Pengujian Pada tahap ini dilakukan pengujian kehilangan energi pada pipa dengan berbagai perubahan belokan dan penampang pada suatu jaringan pipa. Adapun prosedur percobaannya adalah sebagai berikut 1. Menyiapkan alat fluid friction apparatus dan meletakannya diatas alat bench 2. Menghubungkan selang bench ke pipa pada alat fluid friction apparatus 3. Menyalakan alat bench dengan memutar katup emergency dan menekan tombol on pada power yang terdapat pada bench 4. Setelah alat bench menyala, bukan katup pada air dan pada bench secara perlahan hingga air dapat mengalir ke alat fluid friction apparatus 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 450. 7. Menormalkan ketinggian air pada masing – masing manometer dengan membuka dan menutup katup pengukur 8. Mencatat tinggi tekanan pada manometer 9. Mencatat pula waktu saat volume air mencapai 9 liter 10. Mengatur temperatur air menggunakan velocity meter 11. Mengulang langkah (7) dan (8) 12. Mencatat waktu pada saat volume mencapai 9. 13. Mengurangi volume aliran air yang masuk dengan menutup secara perlahan katup dan hentikan saat terjadi perbedaan tekanan pembacaan manometer 14. Mengukur panjang pipa pada aliran belokan 450.
26
15. Cara yang sama dilakukan untuk penentuan head loss pada pipa elbow 45o secara mendadak/langsung
3.4 Running Alat Proses kerja alat fluid friction apparatus yang digunakan oleh peneliti adalah sebagai berikut : 1. Hubungkan unit dengan pasokan listrik utama. 2. Posisikan pompa dalam kedaan “ON” dan tekan tombol pompa, kemudian putar kran Debit searah “OPEN” (berlawanan Arah jarum jam) 3. Cek jika terjadi pengaliran dengan baik, maka sistem OK. 4. Atur belokan pipa sesuai data yang digunakan 5. Atur debit air pada pipa dengan aliran yang stabil
3.5 Analisa Data Setelah pengukuran maka dilanjutkan dengan menganalisa data yang telah diperoleh dari laboratorium dengan menggunakan parameter yang telah ditentukan untuk menghasilkan data yang diinginkan. Data tersebut diolah untuk memperoleh kehilangan tenaga akibat belokan 450 secara berangsur-angsur dan pada belokan 450 secara langsung atau mendadak dengan menggunakan rumus : (Triadmodjo,2008). 1. Mengitung Debit Air
ܳ=
Dengan:
ݐ
……………………………………………………(3.1)
Q = Debit Aliran (m3/det) 27
V = Volume air (m3) t = waktu air mengalir (det) 2. Menghitung Kecepatan Aliran
Dengan:
v=
ொ
………………………………………………………(3.2)
Q = Debit Aliran (m3/det) v = Kecepatan Aliran (m/det) A = Luas Penampang (m2). 3. Menghitung Beda Tinggi Hukur = Hsebelum - Hsesudah ………………………………...(3.3) 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 :
²
ଶ
……………………………………………...(3.4)
Hhitung = kehilangan energi (m) v
= Kecepatan Aliran (m/det)
g
= Percepatan grafitasi (m/det2)
Kb
= Koefisien energi Elbow
28
5. Menghitung Bilangan Reynold (Re)
ܴ݁ =
Dengan :
· ఓ
…………………………………………………….(3.5)
Re = Bilangan Reynold v = Kecepatan Aliran (m/det) D = Diamerter Pipa (m)
ߤ = viskositas (m2/det)
6. Perhitungan Koefisien Geser
݂=
Dengan :
,ଷଵ
ோ⁰΄²⁵
…………………………………………………….(3.6)
f
= koefisien geser
Re
= Bilangan Reynold
7. Perhitungan Headloss Hf
Dengan :
=
·
·
²
ଶ
..................................................................(3.7)
Hf = Headloss (m)
L = Panjang Pipa (m)
f = koefisien geser
g = Percepatan grafitasi (m/det2)
D= diameter pipa (m) v = Kecepatan aliran (m2/det)
29
3.6 Bagan Alir Penelitian Penjelasan tentang bagan alir penelitian dapat dilihat pada tahapan-tahapan penelitian diatas. Secara garis besar bagan alir tahapan metode penelitan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
30
Persiapan
Kajian Pustaka
Penyiapan Alat dan Bahan
Running Alat
Variasi Sudut belokan
0
0
Sudut 45
Sudut 45
Berangsur-angsur
mendadak
Debit Aliran
Kehilangan Energi
Kecepatan Aliran
Koefisien Gesek
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3.2 Bagan alir penelitian
31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel Pengamatan Dari percobaan yang telah dilaksanakan di Laboratorium Keairan Teknik Sipil Universitas Haluoleo, diperoleh beberapa hasil data pengamatan pengamatan. Penelitian ini dititik beratkann pada analisa kehilangan energi belokan pipa
dengan
membandingkan belokan pipa secara berangsur-angsur berangsur angsur dan belokan pipa 450 secara langsung dengan menggunakan Alat Fluid Friction Apparatus Apparatus. Penelitian ini menggunakan volume 9 liter dan 12 liter.
Gambar 4.1 Belokan pipa Berangsur-angsur angsur 1
2
3 Gambar 4.2 Belokan 450 langsung (mendadak)
32
Tabel 4.1 Tabel Pengamatan 9 Liter volume
waktu
No 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
(m )
(detik)
0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009
18.18 18.44 18.70 18.95 19.21 19.57 19.93 20.23 20.44 20.65 21.20 21.76 22.15 22.51 22.86 23.42 23.99 24.20 24.66 25.11 25.52 25.93 26.75 27.57 28.39 29.58 30.18 30.78 31.97 33.16
Pipa berangsur-angsur H2o No.1 (mm) 63.0 61.2 59.5 57.7 56.0 55.1 54.2 53.7 53.2 52.3 49.9 47.4 45.0 43.7 42.5 40.0 37.5 35.0 33.8 32.5 31.6 30.8 29.0 27.3 25.5 22.6 21.2 19.7 16.8 13.9
H2o No.2 (mm) 40.3 39.5 38.7 37.8 37.0 36.1 35.3 34.8 34.3 33.5 31.5 29.5 27.5 26.5 25.5 24.0 22.5 20.9 20.2 19.4 18.7 17.9 16.5 15.0 13.5 11.8 10.9 10.0 8.3 6.5
45 langsung titik 1 ke titik 2 H2o No.1 (mm) 94.0 93.2 92.4 92.3 90.0 87.1 84.3 82.8 81.4 78.5 74.7 71.0 68.4 65.9 63.4 61.1 58.8 57.6 55.9 54.2 52.5 50.9 47.5 44.2 40.8 38.0 36.6 35.2 33.2 29.6
H2o No.2 (mm) 78.5 77.2 76.6 76.0 74.6 72.3 70.0 68.8 67.6 65.3 62.0 58.8 55.5 53.8 52.2 50.3 48.4 46.4 45.5 44.5 43.1\ 41.6 38.8 35.8 33.0 30.7 29.6 28.4 26.9 23.8
Suhu (°C)
25.8
Sumber : Hasil pengamatan,2016
33
Tabel 4.2 Tabel Pengamatan 12 Liter volume
waktu
(m3)
(detik)
0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
31.12 31.71 32.30 32.89 33.48 33.67 33.86 34.24 34.62 35.00 35.92 36.83 37.29 37.75 38.66 39.28 39.90 41.13 42.37 43.60 44.50 45.40 47.20 49.00 50.80 52.33 53.85 56.90 59.95 63.00
No
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
pipa berangsur-angsur H2o No.1 (mm) 63.3 61.1 58.9 56.7 54.5 53.4 52.3 50.0 47.8 45.5 43.1 40.7 39.4 38.2 35.8 34.7 33.6 31.4 29.2 27.0 25.9 24.8 22.5 20.3 18.0 16.9 15.8 13.5 11.3 9.0
H2o No.2 (mm) 40.9 39.3 37.7 36.1 34.5 33.6 32.7 30.9 29.1 27.3 25.8 24.4 23.6 22.9 21.4 20.6 19.9 18.4 16.8 15.3 14.7 14.0 12.8 11.5 10.2 9.3 8.5 6.7 5.0 3.2
45 langsung titik 1 ke titik 2 H2o No.1 (mm) 91.5 88.2 85.0 81.7 78.4 77.0 75.5 72.7 69.8 66.9 64.1 61.3 59.9 58.5 55.7 53.8 51.8 48.0 44.1 40.2 39.2 38.2 36.1 34.1 32.0 30.4 28.8 25.5 22.3 19.0
H2o No.2 (mm) 76.5 73.7 71.0 68.2 65.4 64.1 62.8 60.2 57.6 55.0 52.9 50.8 49.7 48.6 46.5 44.9 43.3 40.0 36.8 33.5 32.6 31.8 30.0 28.3 26.5 25.1 23.7 20.9 18.1 15.3
Suhu (°C)
25.8
Sumber : Hasil Pengamatan,
34
4.2 Analisa Perhitungan
Analisa Perhitungan viskositas pada suhu 25,80 C No
T (0 C)
µ x 10-6 (m/s)
1.
25
0.894
2.
25.8
x
3.
26
0.875
Sumber: hasil Analisa Dik . T1 = 25 0 C
µ1 = 0.894 m/s
T2 = 25,8 0 C
µ3 = 0.875 m/s
T3 = 26 0 C Dit. µ2 = ….? Penyelesaian : (µଷି µଵ)
µ2
=
µ2
= 0.894 +
µ2
= 0.894 + (-0.0152)
µ2
= 0.8778
µ2
= 8.79 x 10 m /s
µ1 +
(ଷିଵ)
. (T2 – T1)
( .଼ହ– .଼ଽସ) (ଶିଶହ)
-7
. (25.8 – 25)
2
jadi nilai viskositas pada suhu 25,8 0C adalah 8.79 x 10-7 m2/s 4.2.1. Analisa Perhitungan pada Volume 9 Liter 4.2.1.1 Pehitungan Debit (Q) Perhitungan Debit pada volume 0,009 m3 waktu 18,18 detik Dik
Dit
: ܸ = 0,009 ݉ ³
= ݐ18,18 ݏ
: ܳ = ...?
Peny : ܳ =
௧
35
=
0,009 18,18
= 0,00049505 m3/s
Di dapatkan Debit 0,00049505 m3/s. Untuk perhitungan Selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.3 Perhitungan Debit pada volume 9 Liter No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
volume
waktu
Q
(m3) 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009
(detik) 33.16 31.97 30.78 30.18 29.58 28.39
(m3/det) 0.00027141 0.00028154 0.00029245 0.00029822 0.00030423 0.00031701 0.00032644 0.00033645 0.00034709 0.00035266 0.00035842 0.00036504 0.00037190 0.00037523 0.00038425 0.00039370 0.00039991 0.00040632 0.00041370 0.00042448 0.00043584 0.00044031 0.00044488 0.00045158 0.00045989 0.00046851 0.00047487 0.00048141 0.00048814 0.00049505
27.57 26.75 25.93 25.52 25.11 24.66 24.20 23.99 23.42 22.86 22.51 22.15 21.76 21.20 20.65 20.44 20.23 19.93 19.57 19.21 18.95 18.70 18.44 18.18
36
Tabel diatas menunjukkan dengan volume yang sama dengan waktu tempuh yang divariasikan akan megnhasilkan debit yang bervariasi pula.
Semakin cepat waktu tempuh maka
semakin besar debit yang
dihasilkan. 4.2.1.2 Perhitungan Kecepatan (v) Dik : ܳ = 0.0002714 m3/s Dit
= ܦ0,017 ݉
: v = ...?
Peny :
v=
ொ
=
.ଶଵସ ୫ ଷ/ୱ
=
¼·గ·(ௗ)²
.ଶଵସ ୫ ଷ/ୱ ¼·ଷ,ଵସ·(,ଵ)²
= 1.196 ݉ /ݏ
Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.4 Tabel Kecepatan Aliran
D
A
Q
v
(m)
(m2)
(m3/det)
(m/det)
a
b
c
d
e
1
0.017
0.00022687
0.0002714
1.196
2
0.017
0.00022687
0.0002815
1.241
3
0.017
0.00022687
0.0002924
1.289
4
0.017
0.00022687
0.0002982
1.315
No
37
a
b
c
d
e
5
0.017
0.00022687
0.0003042
1.341
6
0.017
0.00022687
0.0003170
1.397
7
0.017
0.00022687
0.0003264
1.439
8
0.017
0.00022687
0.0003364
1.483
9
0.017
0.00022687
0.0003471
1.530
10
0.017
0.00022687
0.0003527
1.555
11
0.017
0.00022687
0.0003584
1.580
12
0.017
0.00022687
0.0003650
1.609
13
0.017
0.00022687
0.0003719
1.639
14
0.017
0.00022687
0.0003752
1.654
15
0.017
0.00022687
0.0003842
1.694
16
0.017
0.00022687
0.0003937
1.735
17
0.017
0.00022687
0.0003999
1.763
18
0.017
0.00022687
0.0004063
1.791
19
0.017
0.00022687
0.0004137
1.824
20
0.017
0.00022687
0.0004245
1.871
21
0.017
0.00022687
0.0004358
1.921
22
0.017
0.00022687
0.0004403
1.941
23
0.017
0.00022687
0.0004449
1.961
24
0.017
0.00022687
0.0004516
1.991
25
0.017
0.00022687
0.0004599
2.027
26
0.017
0.00022687
0.0004685
2.065
27
0.017
0.00022687
0.0004749
2.093
28
0.017
0.00022687
0.0004814
2.122
29
0.017
0.00022687
0.0004881
2.152
30
0.017
0.00022687
0.0004950
2.182
Sumber : Hasil Analisa, 2016
38
Tabel diatas menunjukkan hasil dari kecepatan yang terpengaruh berdasarkan debit dan luas permukaan penampang dalam hal ini pipa. Berdasarkan data diatas menunjukkan bahwa semakin besar debit air yang dihasilkan maka semakin besar pula kecepatan aliran. 4.2.1.3 Perhitungan beda tinggi ()ݎݑ݇ݑ ܪ
1. Perhitungan beda tinggi pada belokan 450 berangsur-angsur Dik
= 63,0 mm
: h sebelum
= 40,3 mm
h Sesudah Dit
: hukur =
Peny : : hukur =
...?
h sebelum - h Sesudah
= 63,0 − 40,3 = 22,7 mm
= 0.0227 m Untuk Perhitungan selanjutnya dapat diihat pada tabel di bawah ini : Tabel 4.5 Perhitungan H ukur berdasarkan waktu pengamatan
No
volume
Belokan berangsur-angsur H ukur
H ukur (m)
H2o No.1
H2o No.2
(m )
(mm)
(mm)
(mm)
a 1
b 0.009
c 13.9
d 6.5
e 7.4
f 0.0074
2
0.009
16.8
8.3
8.6
3 4 5 6 7 8 9
0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009
19.7 21.2 22.6 25.5 27.3 29.0 30.8
10.0 10.9 11.8 13.5 15.0 16.5 17.9
9.7 10.3 10.9 12.0 12.3 12.6 12.8
0.0086 0.0097 0.0103 0.0109 0.0120 0.0123 0.0126 0.0128
3
39
a 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
b 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009
c 31.6 32.5
d 18.7 19.4 20.2
33.8 35.0 37.5 40.0 42.5 43.7 45.0 47.4 49.9 52.3 53.2 53.7 54.2 55.1 56.0 57.8 59.5 61.3 63.0
20.9 22.5 24.0 25.5 26.5 27.5 29.5 31.5 33.5 34.4 34.8 35.3 36.1 37.0 37.8 38.7 39.5 40.3
e 13.0 13.1 13.6 14.1 15.1 16.0 17.0 17.2 17.5 17.9 18.4 18.8 18.9 18.9 18.9 19.0 19.0 19.9 20.9 21.8 22.7
f 0.0130 0.0131 0.0136 0.0141 0.0151 0.0160 0.0170 0.0172 0.0175 0.0179 0.0184 0.0188 0.0189 0.0189 0.0189 0.0190 0.0190 0.0199 0.0209 0.0218 0.0227
Sumber: Hasil Analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan perhitungan Hukur berdasarkan hasil pengamatan belokan pipa berangsur-angsur pada alat Fluid Friction Apparatus. Hasil pengukuran cenderung menurun. Tetapi ada sebagian yang menanjak bahkan konstan. Hal ini dikarenakan pada saat pengamatan dimulai berdasarkan bukaan kran debit yang paling maksimal hingga menutup . hal ini juga disebabkan takanan air yang kurang stabil pada saat penelitian. 2. Perhitungan beda tinggi pada belokan 450 secara langsung (mendadak) Dik
: h sebelum h Sesudah
Dit
: hukur =
= 94,0 mm
= 78,4 mm
...?
40
Peny : : hukur =
h sebelum - h Sesudah
= 94,0 − 78,4 = 15,6 mm
= 0.0156 m
Untuk Perhitungan selanjutnya dapat diihat pada tabel di bawah ini : Tabel 4.6 Perhitungan H ukur berdasarkan waktu pengamatan 45 langsung No
volume
titik 1 ke titik 2
H ukur
H ukur (m) f
(m )
H2o No.1 (mm)
H2o No.2 (mm)
(mm)
a
b
c
d
e
1
0.009
29.6
23.8
5.8
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009
33.2 35.2 36.6 38.0 40.8 44.2 47.5 50.9 52.5 54.2
26.9 28.4 29.6 30.7 33.0 35.9 38.8 41.6 43.1 44.5 45.5
6.3 6.8 7.1 7.3 7.8 8.3 8.8 9.2 9.5 9.7 10.4 11.2 10.5 10.8 11.2 12.1 12.9 12.2 12.7 13.2 13.8 14.0 14.3 14.9 15.4
3
55.9 57.6 58.8 61.1 63.4 65.9 68.4 71.0 74.7 78.5 81.4 82.8 84.3 87.1 90.0
46.4 48.4 50.3 52.2 53.8 55.5 58.8 62.0 65.3 67.6 68.8 70.0 72.3 74.6
0.0058 0.0063 0.0068 0.0071 0.0073 0.0078 0.0083 0.0088 0.0092 0.0095 0.0097 0.0104 0.0112 0.0105 0.0108 0.0112 0.0121 0.0129 0.0122 0.0127 0.0132 0.0138 0.0140 0.0143 0.0149 0.0154
41
a 27 28 29 30
b 0.009 0.009 0.009 0.009
c 92.3 92.4 93.2 94.0
d 76.0 76.6 77.2 78.5
e 16.3 15.9 16.0 15.5
f 0.0163 0.0159 0.0160 0.0155
Sumber : hasil Analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan perhitungan Hukur berdasarkan hasil pengamatan belokan 450 langsung (mendadak) pada alat Fluid Friction Apparatus. Hasil pengukuran cenderung menanjak atau naik. Tetapi ada sebagian yang menurun bahkan konstan. Hal ini dikarenakan pada saat pengamatan dimulai berdasarkan bukaan kran debit yang paling maksimal hingga menutup . hal ini juga disebabkan takanan air yang kurang stabil pada saat penelitian.
4.2.1.4
Menentukan Kehilangan Tenaga Berdasarkan Koefisien Pada Belokan Mencari nilai Kb Kb
= 0,946 sin2 = 0,946 sin2
ఏ
ଶ
+ 2,047 sin4
ସହ ଶ
ଶ
+ 2,047 sin4
= 0,339 = 0,34
ఏ
ସହ ଶ
Hasil analisa untuk t = 18,18 s Dik
: v Kb
Dit
݃
= 1.196 m/s = 0,34
= 9,81 ݉ /ݏ
: H hitung = ……?
Peny : H hitung
²
= ݇ ଶ 42
²
= ݇ ଶ
H hitung
= 0,34
ଵ.ଵଽ
ଶ·ଽ,଼ଵ
= 0,0852 m
Maka didapatkan Hhitung yaitu 0,0248 m. Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 4.7 Perhitungan H hitung
No
a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Kb b 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34
g
v
Hhitung
(m/det2) c 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
(m/det) d 1.196 1.241 1.289 1.315 1.341 1.397 1.439 1.483 1.530 1.555 1.580 1.609 1.639 1.654 1.694 1.735 1.763 1.791 1.824 1.871 1.921 1.941 1.961 1.991
(m) e 0.02480 0.02669 0.02880 0.02995 0.03116 0.03384 0.03588 0.03811 0.04056 0.04188 0.04326 0.04487 0.04657 0.04741 0.04971 0.05219 0.05385 0.05559 0.05763 0.06067 0.06396 0.06528 0.06664 0.06866
43
a 25 26 27 28 29 30
b 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34
c 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
d 2.027 2.065 2.093 2.122 2.152 2.182
e 0.07121 0.07391 0.07593 0.07803 0.08023 0.08252
Sumber : Hasil analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan perhitungan Hhitung yang terpengaruh dari kecepatan, koefisien belokan dan percepatan gravitasi. Berdasrakan tabel diatas, semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar pula kehilangan tenaga (Hhitung) yang di dapatkan. 4.2.1.5 Bilangan Reynold (Re) Analisa perhitungan untuk v = 2,182 m/s Dik
: v = 1.196 ݉ /ݏ = ܦ0,017 ݉
Dit
ߤ = 8,79 · 10ˉ⁷ (m3/det)
: ܴ݁ = ...?
Peny : ܴ݁ = =
· ఓ
1.196 · 0,017 = 23142.98 8,79 · 10ˉ⁷
Maka didapatkan angka Reynold yaitu 23142.98 maka termasuk kedalam aliran turbulen Untuk hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
44
Tabel 4.8 analiasa perhitungan angka Reynold (Re)
No
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
v
D
µ
Re
(m/s) 1.196 1.241 1.289 1.315 1.341 1.397 1.439 1.483 1.530 1.555 1.580 1.609 1.639 1.654 1.694 1.735 1.763 1.791 1.824 1.871 1.921 1.941 1.961 1.991 2.027 2.065 2.093 2.122 2.152 2.182
(m) 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
(m3/det) 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880 0.00000087880
23142.98 24006.30 24936.52 25429.20 25941.73 27031.40 27835.38 28688.65 29595.89 30071.37 30562.38 31126.40 31711.63 31995.89 32764.28 33570.49 34100.04 34646.56 35275.63 36194.85 37163.26 37545.08 37934.82 38505.84 39214.17 39949.06 40491.83 41049.55 41622.85 42212.40
Sumber : Hasil analisa, 2016 Tabel diatas memperihatkan nilai angka Reynold (Re). terlihat bahwa semua aliran diatas termasuk kedalam jenis lairan turbulen dikarenakan Re > 4000.
Nilai Reynold terpengaruh akibat adanya
45
kecepatan. Semakin cepat suatu aliran maka nilai Reynoldnya semakin besar pula. 4.2.1.6 Koefisien Geser (f) Analisa perhitungan untuk Re = 42212,40 Dik Dit
: ܴ݁ = 42212,40
: ݂ = ...?
Peny : ݂ = =
,ଷଵ
ோ⁰΄²⁵
0,316 (42212,40)⁰΄²⁵
= 0,022046
Maka didapatkan nilai koefisien geser untuk Re = 42212,40 yaitu 0,022046. Untuk hasil analisa lainnya, dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.9 Hasil analisa koefisien geser NO a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Re b 23142.98 24006.30 24936.52 25429.20 25941.73 27031.40 27835.38 28688.65 29595.89 30071.37 30562.38 31126.40 31711.63 31995.89 32764.28
0.316 c 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316
f d 0.025620 0.025387 0.025147 0.025024 0.024899 0.024644 0.024465 0.024281 0.024092 0.023997 0.023900 0.023791 0.023680 0.023627 0.023488
46
a 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
b 33570.49 34100.04 34646.56 35275.63 36194.85 37163.26 37545.08 37934.82 38505.84 39214.17 39949.06 40491.83 41049.55 41622.85 42212.40
c 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316
d 0.023345 0.023254 0.023162 0.023058 0.022910 0.022759 0.022701 0.022643 0.022558 0.022456 0.022352 0.022276 0.022200 0.022124 0.022046
Sumber : Hasil analisa,2016 Tabel diatas menunjukan nilai koefisien gesek. Nilai koefieisn gesek dihasilkan berdasarkan variasi angka reynold yang ada. Semakin besar angka reynold yang di dapatkan maka koefisien geseknya cenderung semakin turun. walaupun hanya sedikit penurunnnya.
4.2.1.7
Perhitungan Headloss (Hf) Untuk perhitungan kehilangan energi akibat gesekan (headloss) maka
terbagi menjadi 2 (dua) yaitu : 1. Analisa Headloss pada belokan pipa berangsur-angsur Dik : ݂ = 0,0256 = ܮ0,34 ݉
v = 1,196 ݉ /ݏ ଶ ݃ = 9,81 ݉ /ݏ
= ܦ0,017 ݉
47
Dit
: Hf = ...?
Peny : Hf = =
·
·
୴²
ଶ
0,0256 · 0,34 (1,196)² · 0,017 2 · 9,81
= 0,03124 m
Untuk hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat tabel dibawah ini : Tabel 4.10 Perhitungan Headloss pada belokan pipa berangsur-angsur No
f
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
0.0256 0.0254 0.0251 0.0250 0.0249 0.0246 0.0245 0.0243 0.0241 0.0240 0.0239 0.0238 0.0237 0.0236 0.0235 0.0233 0.0233 0.0232 0.0231 0.0229 0.0228 0.0227 0.0226 0.0226 0.0225 0.0224 0.0223 0.0222 0.0221 0.0220
v (m/det) 1.196 1.241 1.289 1.315 1.341 1.397 1.439 1.483 1.530 1.555 1.580 1.609 1.639 1.654 1.694 1.735 1.763 1.791 1.824 1.871 1.921 1.941 1.961 1.991 2.027 2.065 2.093 2.122 2.152 2.182
L (m) 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34
d (m) 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
g (m/det2) 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
Hf (m) 0.031245 0.032115 0.033044 0.033532 0.034038 0.035104 0.035885 0.036706 0.037574 0.038025 0.038490 0.039022 0.039571 0.039836 0.040552 0.041298 0.041785 0.042287 0.042861 0.043696 0.044570 0.044913 0.045262 0.045772 0.046403 0.047053 0.047532 0.048022 0.048524 0.049039
Tabel diatas menunjukkan kehilangan tenaga akibat gaya gesek yang terjadi pada belokan pipa 450 berangsur-angsur. Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa panjang pipa, kecepaan aliran, dan diameter pipa 48
mempengaruhi besar tidaknya kehilangan tenaga yang terjadi. Semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar pula kehilangan energinya, akan tetapi berbanding terbalik dengan koefisien gesek. Semakin besar koefisien geseknnya maka semakin kecil kehilangan energi yang terjadi. 2. Analisa Headloss pada belokan 450 secara langsung (mendadak) Dik
: ݂ = 0.0256
= ܮ0,145 ݉
v = 1.196 ݉ /ݏ
ଶ ݃ = 9,81 ݉ /ݏ
Dit
= ܦ0,017 ݉
: Hf = ...?
Peny : Hf = =
·
v²
· ଶ
0,0256 · 0,145 (1,196)² · 0,017 2 · 9,81
= 0,01332 m
Untuk hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat tabel dibawah ini : Tabel 4.11 Hasil perhitungan Headloss pada belokan 450 langsung No
f
a 1 2 3 4 5 6 7 8 9
b 0.0256 0.0254 0.0251 0.0250 0.0249 0.0246 0.0245 0.0243 0.0241
v (m/det) c 1.1964 1.2410 1.2891 1.3145 1.3410 1.3974 1.4389 1.4830 1.5299
L (m) d 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145
D (m) e 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
g (m/det2) f 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
Hf (m) g 0.01332 0.01370 0.01409 0.01430 0.01452 0.01497 0.01530 0.01565 0.01602
49
a 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
b 0.0240 0.0239 0.0238 0.0237 0.0236 0.0235 0.0233 0.0233 0.0232 0.0231 0.0229 0.0228 0.0227 0.0226 0.0226 0.0225 0.0224 0.0223 0.0222 0.0221 0.0220
c 1.5545 1.5799 1.6091 1.6393 1.6540 1.6937 1.7354 1.7628 1.7910 1.8235 1.8711 1.9211 1.9409 1.9610 1.9905 2.0271 2.0651 2.0932 2.1220 2.1517 2.1821
d 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145
e 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
f 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
g 0.01622 0.01641 0.01664 0.01688 0.01699 0.01729 0.01761 0.01782 0.01803 0.01828 0.01864 0.01901 0.01915 0.01930 0.01952 0.01979 0.02007 0.02027 0.02048 0.02069 0.02091
Sumber : Hasil analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan kehilangan tenaga akibat gaya gesek yang terjadi pada belokan pipa 450 secara langsung. Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa panjang pipa, kecepaan aliran, dan diameter pipa mempengaruhi besar tidaknya kehilangan tenaga yang terjadi. Semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar pula kehilangan energinya, akan tetapi berbanding terbalik dengan koefisien gesek. Semakin besar koefisien geseknnya maka semakin kehilangan energi yang terjadi. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel hasil rekapitulasi kehilangan tenaga pada volume 9 liter dibawah ini :
50
Tabel 4.12 tabel rekapitulasi pada Volume 9 liter V
t
(m3)
(det)
0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009
33.16 31.97 30.78 30.18 29.58 28.39 27.57 26.75 25.93 25.52 25.11 24.66 24.20 23.99 23.42 22.86 22.51 22.15 21.76 21.20 20.65 20.44 20.23 19.93 19.57 19.21 18.95 18.70 18.44 18.18
Pembacaan manometer
Pembacaan manometer
(mm) 45 berangsur-angsur sebelum sesudah 13.9 6.5 16.8 8.3 19.7 10.0 21.2 10.9 22.6 11.8 25.5 13.5 27.3 15.0 29.0 16.5 30.8 17.9 31.6 18.7 32.5 19.4 33.8 20.2 35.0 20.9 37.5 22.5 40.0 24.0 42.5 25.5 43.7 26.5 45.0 27.5 47.4 29.5 49.9 31.5 52.3 33.5 53.2 34.4 53.7 34.8 54.2 35.3 55.1 36.1 56.0 37.0 57.8 37.8 59.5 38.7 61.3 39.5 63.0 40.3
(mm) 45 langsung sebelum sesudah 29.6 23.8 33.2 26.9 35.2 28.4 36.6 29.6 38.0 30.7 40.8 33.0 44.2 35.9 47.5 38.8 50.9 41.6 52.5 43.1 54.2 44.5 55.9 45.5 57.6 46.4 58.8 48.4 61.1 50.3 63.4 52.2 65.9 53.8 68.4 55.5 71.0 58.8 74.7 62.0 78.5 65.3 81.4 67.6 82.8 68.8 84.3 70.0 87.1 72.3 90.0 74.6 92.3 76.0 92.4 76.6 93.2 77.2 94.0 78.5
H ukur
H hitung
Suhu
Q
v
(°C)
(m³/s)
(m/s)
berangsur-angsur
langsung
25.8
0.0002714 0.0002815 0.0002924 0.0002982 0.0003042 0.0003170 0.0003264 0.0003364 0.0003471 0.0003527 0.0003584 0.0003650 0.0003719 0.0003752 0.0003842 0.0003937 0.0003999 0.0004063 0.0004137 0.0004245 0.0004358 0.0004403 0.0004449 0.0004516 0.0004599 0.0004685 0.0004749 0.0004814 0.0004881 0.0004950
1.196 1.241 1.289 1.315 1.341 1.397 1.439 1.483 1.530 1.555 1.580 1.609 1.639 1.654 1.694 1.735 1.763 1.791 1.824 1.871 1.921 1.941 1.961 1.991 2.027 2.065 2.093 2.122 2.152 2.182
0.0074 0.0086 0.0097 0.0103 0.0109 0.0120 0.0123 0.0126 0.0128 0.0130 0.0131 0.0136 0.0141 0.0151 0.0160 0.0170 0.0172 0.0175 0.0179 0.0184 0.0188 0.0189 0.0189 0.0189 0.0190 0.0190 0.0199 0.0209 0.0218 0.0227
0.0058 0.0063 0.0068 0.0071 0.0073 0.0078 0.0083 0.0088 0.0092 0.0095 0.0097 0.0104 0.0112 0.0105 0.0108 0.0112 0.0121 0.0129 0.0122 0.0127 0.0132 0.0138 0.0140 0.0143 0.0149 0.0154 0.0163 0.0159 0.0160 0.0155
µ
Re
(m) 0.02480 0.02669 0.02880 0.02995 0.03116 0.03384 0.03588 0.03811 0.04056 0.04188 0.04326 0.04487 0.04657 0.04741 0.04971 0.05219 0.05385 0.05559 0.05763 0.06067 0.06396 0.06528 0.06664 0.06866 0.07121 0.07391 0.07593 0.07803 0.08023 0.08252
(m) berangsur-angsur
(m²/s)
0.00000087880
Hf
f
(m)
23143.0 24006.3 24936.5 25429.2 25941.7 27031.4 27835.4 28688.6 29595.9 30071.4 30562.4 31126.4 31711.6 31995.9 32764.3 33570.5 34100.0 34646.6 35275.6 36194.9 37163.3 37545.1 37934.8 38505.8 39214.2 39949.1 40491.8 41049.6 41622.9 42212.4
0.0256 0.0254 0.0251 0.0250 0.0249 0.0246 0.0245 0.0243 0.0241 0.0240 0.0239 0.0238 0.0237 0.0236 0.0235 0.0233 0.0233 0.0232 0.0231 0.0229 0.0228 0.0227 0.0226 0.0226 0.0225 0.0224 0.0223 0.0222 0.0221 0.0220
0.031245 0.032115 0.033044 0.033532 0.034038 0.035104 0.035885 0.036706 0.037574 0.038025 0.038490 0.039022 0.039571 0.039836 0.040552 0.041298 0.041785 0.042287 0.042861 0.043696 0.044570 0.044913 0.045262 0.045772 0.046403 0.047053 0.047532 0.048022 0.048524 0.049039
langsung 0.01332 0.01370 0.01409 0.01430 0.01452 0.01497 0.01530 0.01565 0.01602 0.01622 0.01641 0.01664 0.01688 0.01699 0.01729 0.01761 0.01782 0.01803 0.01828 0.01864 0.01901 0.01915 0.01930 0.01952 0.01979 0.02007 0.02027 0.02048 0.02069 0.02091
Sumber : Hasil analisa, 2016 51
Pada tabel rekapitulasi diatas menunjukkan bahwa hasil analisa yang didapatkan untuk pengamatan pada volume 9 liter dengan waktu yang di variasikan maka didapatkan pula debit yang bervariasi. Pada pengamatan diatas didapatkan bahwa semakin cepat waktu yang di daptkan maka semakin besar pula debit yang dihasilkan. Contohnya pada pengamatan volume 9 liter untuk waktu pengaliran selama 18,18 detik dengan diameter pipa (d) 0,017 didapatkan luasan (A) 0.000226865 m2 maka didapatkan debit (Q) 0,0004950 m3/det. Pada pengamatan tersebut pula didapatkan kecepatan aliran (v) 2,182 m/det yang mempunyai angka reynold (Re) yaitu 42212,4. Dimana aliran ini termasuk kedalam jenis aliran turbulen dikarenakan Re > 4000. Didapatkan pula nilai kehilangan energi akibat gesekan atau headloss (Hf) untuk masing-masing jenis sambungan baik untuk jenis belokan berangsur-angsur nilai Hf 0,049039 m maupun jenis belokan belokan 450 secara langsung nilai Hf yang didpatkan yaitu 0,02091 m. Ini menunjukkn bahwa kehilangan energi yang lebih besar terjadi pada belokan pipa secara berangsur-angsur. Untuk hasil mengetahui hubungan antara kehilangan energi dan kecepatan aliran maka dapat di hubungkan melalui grafik di bawah ini.
52
1. Grafik hubungan antara Headloss (Hf) terhadap Kecepatan (v)
Hf terhadap v pada belokan Pipa berangsur-angsur berangsur angsur 0.05
Headloss (Hf)
0.05
0.04
0.04
0.03 1.150
1.350
1.550
1.750
1.950
2.150
Kecepatan (v)
Hf terhadap v Gambar 4.3 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan. Grafik diatas menunjukkan bahwa pada belokan pipa berangsur berangsurangsur kehilangan tenaga yang terjadi semakin besar. Dapat dilihat diatas bahwa kecepatan mempengaruhi kehilangan tenaga akibat ge gesekan. Semakin besar kecepatan aliran yang didapat maka semakin besar pula kehilangan energinya.
53
Hf terhadap v pada belokan 450 langsung
0.02
0.02
0.02
0.02
0.01 1.190
1.390
1.590
1.790
1.990
2.190
Kecepatan (v)
Gambar 4.4 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan Grafik diatas menunjukkan bahwa pada belokan pipa 450 secara langsung/mendadak kehilangan tenaga yang terjadi semakin besar. Dapat dilihat diatas bahwa kecepatan mempengaruhi kehilangan tenaga akibat gesekan. Semakin besar kecepatan aliran yang didapat maka semakin besar pula kehilangan energinya.
54
2. Kecenderungan Headloss (Hf) yang terjadi pada belokan pipa berangsurangsur dan pada belokan 450 secara mendadak.
Kecenderungan Headloss (Hf) pada kedua Belokan 0.05 0.045 0.04
HeadLoss (Hf)
0.035 0.03
0.025 0.02
0.015 0.01
Debit (Q) Hf langsung
Hf berangsur-angsur
Grafik 4.5 Grafik Kecenderungan Headloss (Hf) Terhadap Debit antara Kedua Belokan Grafik diatas menujukkan kecenderungan yang terjadi dengan membandingkan kedua jenis belokan tersebut. Berdasarkan nilai Headloss yang di dapatkan (Hf). Dari grafik diatas menunjukkan bahwa nilai kehilangan energi yang paling besar didapatkan oleh belokan pipa secara berangsur-angsur dibandingkan dengan nilai kehilangan energi dari belokan 450 secara tiba-tiba. Banyak hal yang mempengaruhi kehilangan tersebut diantaranya karena kedua panjang pipa yang berbeda. Sedangkan untuk
55
debit yang dihasilkan sama. Jadi semakin panjaang aliran melalui suatu pipa maka kehilangan energi yang terjadi semakin besar pula.
3. Kecenderungan Hukur yang terjadi pada belokan pipa berangsur-angsur dan pada belokan 450 secara mendadak..
0.022 0.02 0.018 0.016
Nilai Hukur
0.014 0.012 0.01
Hlangsung
0.008
H berangsur
0.006 0.004
Debit (Q) Grafik 4.6 Grafik Kecenderungan H ukur Terhadap Debit Pada Kedua Belokan Grafik diatas menujukkan kecenderungan yang terjadi dengan membandingkan kedua jenis belokan tersebut. Berdasarkan nilai Hukur yang
di
dapatkan
berdasarkan
pengamatan.
Dari
grafik
diatas
menunjukkan bahwa nilai kehilangan energi yang paling besar didapatkan oleh belokan pipa secara berangsur-angsur dibandingkan dengan nilai
56
kehilangan energi dari belokan 450 secara tiba-tiba.
Menurut hasil
pengamatan, jarak sangat berpengaruh terhadap besar kecilnya kehilangan energi yang terjadi.
4. Hubungan antara Hukur dan Hhitung pada kedua belokan
Hubungan Hukur terhadap Hhitung 0.0230
H Ukur (m)
0.0190
0.0150 H angsur H langsung
0.0110
0.0070
0.0030
H hitung (m) Grafik 4.7 Grafik Hubungan H
ukur
Terhadap H
hitung
Pada Kedua
Belokan Grafik diatas menunjukkan hubungan yang terjadi antara Hukur dan Hhitung. Grafik tersebut menunjukkan bahwa antara H
ukur
dan H
hitung
berbanding lurus. Semakin besar kehilangan energi pada pengamatan manometer maka semakin besar pula kehilangan energi yang di akibatkan oleh keofisien belokan (patahan).
57
4.2.2
Analisa Perhitungan pada Volume 12 Liter
4.2.2.1 Pehitungan Debit (Q) Perhitungan Debit pada volume 0,012 m3 waktu 31,12 detik Dik
Dit
: ܸ = 0,012 ݉ ³
= ݐ63,00 ݏ
: ܳ = ...?
Peny : ܳ =
=
௧
0,012 63,0
= 0,0001905 m3/s
Di dapatkan Debit 0,0001905 m3/s. Untuk perhitungan Selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.13 Perhitungan Debit pada volume 12 Liter
No
a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
volume
waktu
Q
(m3) b 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
(detik) c 63.00 59.95 56.90 53.85 52.33 50.80
(m3/det) d 0.0001905 0.0002002 0.0002109 0.0002228 0.0002293 0.0002362 0.0002449 0.0002542 0.0002643 0.0002697 0.0002752 0.0002833 0.0002918 0.0003008 0.0003055 0.0003104 0.0003179
49.00 47.20 45.40 44.50 43.60 42.37 41.13 39.90 39.28 38.66 37.75
58
a 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
b 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
c 37.29 36.83 35.92 35.00 34.62 34.24 33.86 33.67 33.48 32.89 32.30 31.71 31.12
d 0.0003218 0.0003258 0.0003341 0.0003429 0.0003466 0.0003505 0.0003544 0.0003564 0.0003584 0.0003649 0.0003715 0.0003784 0.0003856
Sumber : Hasil Analisa, 2106 Tabel diatas menunjukkan dengan volume yang sama dengan waktu tempuh yang divariasikan
akan
menghasilkan debit yang
bervariasi pula. Semakin cepat waktu tempuh maka semakin besar debit yang dihasilkan.
4.2.2.2
Perhitungan Kecepatan (v) Dik : ܳ = 0.0001905 m3/s Dit
= ܦ0,017 ݉
: v = ...? ܳ
Peny : v = ܣ = =
0.0001905 m3/s
¼ · ߨ · (0,017)²
0.0001905 m3/s
¼ · 3,14 · (0,017)²
= 0,8396 ݉ /ݏ
59
Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.14 Tabel Kecepatan Aliran Volume 12 liter
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
D
A
Q
v
(m) 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
(m2) 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687 0.00022687
(m3/det) 0.0001905 0.0002002 0.0002109 0.0002228 0.0002293 0.0002362 0.0002449 0.0002542 0.0002643 0.0002697 0.0002752 0.0002833 0.0002918 0.0003008 0.0003055 0.0003104 0.0003179 0.0003218 0.0003258 0.0003341 0.0003429 0.0003466 0.0003505 0.0003544 0.0003564 0.0003584 0.0003649 0.0003715 0.0003784 0.0003856
(m/det) 0.8396 0.8823 0.9296 0.9823 1.0109 1.0412 1.0795 1.1207 1.1651 1.1886 1.2132 1.2486 1.2860 1.3259 1.3467 1.3682 1.4014 1.4186 1.4362 1.4728 1.5113 1.5279 1.5448 1.5622 1.5710 1.5799 1.6082 1.6376 1.6681 1.6997
Sumber : Hasil Analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan hasil dari kecepatan yang terpengaruh berdasarkan debit dan luas permukaan penampang dalam hal ini pipa. 60
Berdasarkan data diatas menunjukkan bahwa semakin besar debit air yang dihasilkan maka semakin besar pula kecepatan aliran. 4.2.2.3
Perhitungan beda tinggi ( ܪUkur )
3. Perhitungan beda tinggi pada belokan pipa berangsur-angsur Dik
= 63,3 mm
: h sebelum
= 40,9 mm
h Sesudah Dit
: hukur =
Peny : : hukur =
...?
h sebelum - h Sesudah
= 63,3 − 40,9 = 22,4 mm
= 0.0224 m
Untuk Perhitungan selanjutnya dapat diihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 4.15 Peritungan H ukur berdasarkan waktu pengamatan
No
volume
Pipa berangsur-angsur
H ukur
H ukur
H2o No.1
H2o No.2
(m3)
(mm)
(mm)
(mm)
(m)
a
b
c
d
e
f
1
0.012
9.0
3.2
5.8
0.0058
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
11.3 13.5 15.8 16.9 18.0 20.3 22.5 24.8 25.9 27.0 29.2
5.0 6.7 8.5 9.3 10.2 11.5 12.8 14.0 14.7 15.3 16.8
6.3 6.8 7.3 7.6 7.8 8.8 9.8 10.7 11.2 11.7 12.4
0.0063 0.0068 0.0073 0.0076 0.0078 0.0088 0.0098 0.0107 0.0112 0.0117 0.0124
61
a
b
c
d
e
f
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
31.4 33.6 34.7 35.8 38.2 39.4 40.7 43.1 45.5 47.8 50.0 52.3 53.4 54.5 56.7 58.9 61.1 63.3
18.4 19.9 20.6 21.4 22.9 23.6 24.4 25.8 27.3 29.1 30.9 32.7 33.6 34.5 36.1 37.7 39.3 40.9
13.1 13.7 14.1 14.4 15.4 15.8 16.3 17.3 18.2 18.7 19.1 19.6 19.8 20.0 20.6 21.2 21.8 22.4
0.0131 0.0137 0.0141 0.0144 0.0154 0.0158 0.0163 0.0173 0.0182 0.0187 0.0191 0.0196 0.0198 0.0200 0.0206 0.0212 0.0218 0.0224
Sumber: Hasil Analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan perhitungan Hukur berdasarkan hasil pengamatan belokan pipa berangsur-angsur pada alat Fluid Friction Apparatus. Hasil pengukuran cenderung menurun. Tetapi ada sebagian yang menanjak bahkan konstan. Hal ini dikarenakan pada saat pengamatan dimulai berdasarkan bukaan kran debit yang paling maksimal hingga menutup . hal ini juga disebabkan takanan air yang kurang stabil pada saat penelitian.
4. Perhitungan beda tinggi pada belokan 450 secara langsung (mendadak) Dik
: h sebelum h Sesudah
Dit
: hukur =
= 91,5 mm
= 76,5 mm
...?
62
Peny : : hukur =
h sebelum - h Sesudah
= 91,5 − 76,5 = 15,0 mm
= 0.0150 m
Untuk Perhitungan selanjutnya dapat diihat pada tabel di bawah ini : Tabel 4.16 Perhitungan H ukur berdasarkan waktu pengamatan 450 langsung No
volume
H ukur
H ukur
H2o No.1
H2o No.2
(m )
(mm)
(mm)
(mm)
(m)
b 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
c 19.0 22.3 25.5 28.8 30.4 32.0 34.1 36.1 38.2 39.2 40.2
d 15.3 18.1 20.9 23.7 25.1 26.5 28.3 30.0 31.8 32.6 33.5 36.8
e 3.7 4.2 4.6 5.1 5.3 5.5 5.8 6.1 6.4 6.6 6.7 7.3 8.0 8.6 8.9 9.2 9.9 10.2 10.6 11.2 11.9 12.2 12.5 12.7 12.9
f
3
a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
titik 1 ke titik 2
44.1 48.0 51.8 53.8 55.7 58.5 59.9 61.3 64.1 66.9 69.8 72.7 75.5 77.0
40.0 43.3 44.9 46.5 48.6 49.7 50.8 52.9 55.0 57.6 60.2 62.8 64.1
0.0037 0.0042 0.0046 0.0051 0.0053 0.0055 0.0058 0.0061 0.0064 0.0066 0.0067 0.0073 0.0080 0.0086 0.0089 0.0092 0.0099 0.0102 0.0106 0.0112 0.0119 0.0122 0.0125 0.0127 0.0129
63
a 26 27 28 29 30
b 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
c
d
78.4 81.7 85.0 88.2 91.5
65.4 68.2 71.0 73.7 76.5
e 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0
f 0.0130 0.0135 0.0140 0.0145 0.0150
Sumber : hasil Analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan perhitungan Hukur berdasarkan hasil pengamatan belokan 450 secara langsung (mendadak) pada alat Fluid Friction Apparatus. Hasil pengukuran cenderung menurun. Tetapi ada sebagian yang menanjak bahkan konstan. Hal ini dikarenakan pada saat pengamatan dimulai berdasarkan bukaan kran debit yang paling maksimal hingga menutup . hal ini juga disebabkan takanan air yang kurang stabil pada saat penelitian. 4.2.2.4
Menentukan Kehilangan Tenaga Berdasarakan koefisen Belokan
Mencari nilai Kb Kb
= 0,946 sin2 = 0,946 sin2
ఏ
ଶ
+ 2,047 sin4
ସହ ଶ
ଶ
+ 2,047 sin4
= 0,339 = 0,34
ఏ
ସହ ଶ
Hasil analisa untuk t = 18,18 s Dik
: v
= 0.83960 m/s
Kb
Dit
݃
= 0,34
= 9,81 ݉ ൗݏ2
: H hitung
Peny :
H hitung
= ……? ²
= ݇ ଶ 64
H hitung
²
= Kb = 0,34
ଶ
.଼ଷଽ ଶ·ଽ,଼ଵ
= 0.0122 m
Maka didapatkan Hhitung yaitu 0.0122m. Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 4.17 Perhitungan Hhitung berdasarkan koefisien belokan
No
a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Kb b 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34
g
v
H hitung
(m/det2) c 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
(m/det) d 0.840 0.882 0.930 0.982 1.011 1.041 1.079 1.121 1.165 1.189 1.213 1.249 1.286 1.326 1.347 1.368 1.401 1.419 1.436 1.473 1.511 1.528 1.545 1.562 1.571 1.580
m e 0.0122 0.0135 0.0150 0.0167 0.0177 0.0188 0.0202 0.0218 0.0235 0.0245 0.0255 0.0270 0.0287 0.0305 0.0314 0.0324 0.0340 0.0349 0.0357 0.0376 0.0396 0.0405 0.0414 0.0423 0.0428 0.0433
65
a 27 28 29 30
b 0.34 0.34 0.34 0.34
c 9.81 9.81 9.81 9.81
d 1.608 1.638 1.668 1.700
e 0.0448 0.0465 0.0482 0.0501
Sumber : Hasil analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan perhitungan Hhitung yang terpengaruh dari kecepatan, koefisien belokan dan percepatan gravitasi. Berdasarkan tabel diatas, semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar pula kehilangan tenaga (Hhitung) yang di dapatkan. 4.2.2.5 Bilangan Reynold (Re) Analisa perhitungan untuk v = 1,699 m/s Dik
: v = 0,839 ݉ /ݏ D = 0,017 ݉
Dit
ߤ = 8,79 · 10ˉ⁷
: ܴ݁ = ...?
Peny : ܴ݁ = =
· ఓ
0,8396 · 0,017 = 16241,72 8,79 · 10ˉ⁷
Maka didiapatkan angka Reynold yaitu 32880,09 maka termasuk kedalam jenis aliran turbulen. Untuk hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
66
Tabel 4.18 analiasa perhitungan angka Reynold (Re) No
a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
v
D
µ
(m/s) b 0.839601 0.882317 0.929611 0.982264 1.010891 1.041238 1.079488 1.120655 1.165086 1.188649 1.213186 1.248552 1.286042 1.325853 1.346697 1.368207 1.401375 1.418569 1.43619 1.47278 1.511283 1.527871 1.544827 1.562165 1.57098 1.579895 1.608236 1.637613 1.668082 1.699707
(m) c 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
(m3/det) d 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879 0.000000879
Re
e 16241.72 17068.03 17982.93 19001.46 19555.25 20142.29 20882.21 21678.57 22538.07 22993.90 23468.54 24152.68 24877.91 25648.04 26051.26 26467.37 27108.98 27441.60 27782.47 28490.28 29235.10 29555.99 29884.01 30219.39 30389.92 30562.38 31110.63 31678.90 32268.32 32880.09
Sumber : Hasil analisa, 2016 Tabel diatas memperihatkan nilai angka Reynold (Re). terlihat bahwa semua aliran diatas termasuk kedalam jenis lairan turbulen dikarenakan Re > 4000.
Nilai Reynold terpengaruh akibat adanya 67
kecepatan. Semakin cepat suatu aliran maka nilai Reynoldnya semakin besar pula. 4.2.2.6 Koefisien Gesek (f) Analisa perhitungan untuk Re = 32880,09 Dik
: Re = 16241,72
Dit
: ݂ = ...?
Peny : ݂ = =
,ଷଵ
ோ⁰΄²⁵
0,316 (16241,72)⁰΄²⁵
= 0,027991
Maka didapatkan nilai koefisien gesek untuk Re = 16241,72 yaitu 0,027991. Untuk hasil analisa lainnya, dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.19 Hasil analisa koefisien geser NO a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Re b 16241.72 17068.03 17982.93 19001.46 19555.25 20142.29 20882.21 21678.57 22538.07 22993.90 23468.54 24152.68 24877.91 25648.04
0.316 c 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316
f d 0.0280 0.0276 0.0273 0.0269 0.0267 0.0265 0.0263 0.0260 0.0258 0.0257 0.0255 0.0253 0.0252 0.0250
68
a 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
b 26051.26 26467.37 27108.98 27441.60 27782.47 28490.28 29235.10 29555.99 29884.01 30219.39 30389.92 30562.38 31110.63 31678.90 32268.32 32880.09
c 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316
d 0.0249 0.0248 0.0246 0.0246 0.0245 0.0243 0.0242 0.0241 0.0240 0.0240 0.0239 0.0239 0.0238 0.0237 0.0236 0.0235
Sumber : Hasil analisa, 2016 Tabel diatas menunjukan nilai koefisien gesek. Nilai koefieisn gesek dihasilkan berdasarkan variasi angka reynold yang ada. Semakin besar angka reynold yang di dapatkan maka koefisien geseknya cenderung semakin turun. walaupun hanya sedikit penurunnnya.
4.2.2.7
Perhitungan Headloss (Hf) Untuk perhitungan kehilangan energi akibat gesekan (headloss) maka
terbagi menjadi 2 (dua) yaitu : 3. Analisa Headloss pada belokan pipa berangsur-angsur Dik : ݂ = 0,0280 = ܮ0,34 ݉
v = 0,840 ݉ /ݏ ଶ ݃ = 9,81 ݉ /ݏ
= ܦ0,017 ݉
69
Dit
: Hf = ...?
Peny : Hf = =
·
·
²
ଶ
0,0280 · 0,34 (0,840)² · 0,017 2 · 9,81
= 0,0240 m
Untuk hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat tabel dibawah ini : Tabel 4.20 Perhitungan Headloss pada belokan pipa berangsur-angsur No
f
a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
b 0.0280 0.0276 0.0273 0.0269 0.0267 0.0265 0.0263 0.0260 0.0258 0.0257 0.0255 0.0253 0.0252 0.0250 0.0249 0.0248 0.0246 0.0246 0.0245 0.0243 0.0242 0.0241 0.0240 0.0240 0.0239 0.0239
v (m/det) c 0.840 0.882 0.930 0.982 1.011 1.041 1.079 1.121 1.165 1.189 1.213 1.249 1.286 1.326 1.347 1.368 1.401 1.419 1.436 1.473 1.511 1.528 1.545 1.562 1.571 1.580
L (m) d 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34
D (m) e 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
g (m/det2) f 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
Hf (m) g 0.0240 0.0249 0.0259 0.0269 0.0275 0.0282 0.0289 0.0297 0.0306 0.0311 0.0316 0.0323 0.0330 0.0337 0.0341 0.0346 0.0352 0.0355 0.0358 0.0365 0.0372 0.0375 0.0378 0.0382 0.0383 0.0385
70
a 27 28 29 30
b 0.0238 0.0237 0.0236 0.0235
c 1.608 1.638 1.668 1.700
d 0.34 0.34 0.34 0.34
e 0.017 0.017 0.017 0.017
f 9.81 9.81 9.81 9.81
g 0.0390 0.0395 0.0401 0.0407
Sumber : Hasil Analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan kehilangan tenaga akibat gaya gesek yang terjadi pada belokan pipa berangsur-angsur. Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa panjang pipa, kecepaan aliran, dan diameter pipa mempengaruhi besar tidaknya kehilangan tenaga yang terjadi. Semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar pula kehilangan energinya, akan tetapi berbanding terbalik dengan koefisien gesek. Semakin besar koefisien geseknnya maka semakin kehilangan energi yang terjadi.
4. Analisa Headloss pada belokan 450 secara langsung Dik
: ݂ = 0,0280
= ܮ0,145 ݉
v = 0,840 ݉ /ݏ
ଶ ݃ = 9,81 ݉ /ݏ
Dit
D = 0,017 ݉
: Hf = ...?
Peny : Hf = =
·
·
²
ଶ
0,0280 · 0,145 (0,840)² · 0,017 2 · 9,81
= 0,0102 m
Untuk hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat tabel dibawah ini :
71
Tabel 4.21 Perhitungan Headloss pada belokan 450 langsung No
f
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
0.027992 0.027647 0.027288 0.026915 0.026722 0.026525 0.026287 0.026042 0.02579 0.025662 0.025531 0.025348 0.025161 0.02497 0.024873 0.024775 0.024627 0.024552 0.024476 0.024323 0.024166 0.0241 0.024034 0.023967 0.023933 0.0239 0.023794 0.023686 0.023577 0.023467
v (m/det) 0.840 0.882 0.930 0.982 1.011 1.041 1.079 1.121 1.165 1.189 1.213 1.249 1.286 1.326 1.347 1.368 1.401 1.419 1.436 1.473 1.511 1.528 1.545 1.562 1.571 1.580 1.608 1.638 1.668 1.700
L (m) 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145 0.145
D (m) 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
g 2 (m/det ) 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81
Hf (m) 0.0102 0.0106 0.0110 0.0115 0.0117 0.0120 0.0123 0.0127 0.0131 0.0133 0.0135 0.0138 0.0141 0.0144 0.0146 0.0147 0.0150 0.0151 0.0153 0.0156 0.0159 0.0160 0.0161 0.0163 0.0163 0.0164 0.0166 0.0169 0.0171 0.0173
Sumber : Hasil analisa, 2016 Tabel diatas menunjukkan kehilangan tenaga akibat gaya gesek yang terjadi pada belokan pipa 450 secara langsung. Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa panjang pipa, kecepaan aliran, dan diameter pipa mempengaruhi besar tidaknya kehilangan tenaga yang terjadi. Semakin
72
besar kecepatan aliran maka semakin besar pula kehilangan energinya, akan tetapi berbanding terbalik dengan koefisien gesek. Semakin besar koefisien geseknnya maka semakin kehilangan energy yang terjadi. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel hasil rekapitulasi kehilangan tenaga pada volume 12 liter dibawah ini :
73
Tabel 4.22 Tabel Rekapitulasi Pada Volume 12 liter V 3
t
(m )
(det)
0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012
31.12 31.71 32.30 32.89 33.48 33.67 33.86 34.24 34.62 35.00 35.92 36.83 37.29 37.75 38.66 39.28 39.90 41.13 42.37 43.60 44.50 45.40 47.20 49.00 50.80 52.33 53.85 56.90 59.95 63.00
Pembacaan manometer (mm) 45 berangsur-angsur sebelum sesudah 9.0 3.2 11.3 5.0 13.5 6.7 15.8 8.5 16.9 9.3 18.0 10.2 20.3 11.5 22.5 12.8 24.8 14.0 25.9 14.7 27.0 15.3 29.2 16.8 31.4 18.4 33.6 19.9 34.7 20.6 35.8 21.4 38.2 22.9 39.4 23.6 40.7 24.4 43.1 25.8 45.5 27.3 47.8 29.1 50.0 30.9 52.3 32.7 53.4 33.6 54.5 34.5 56.7 36.1 58.9 37.7 61.1 39.3 63.3 40.9
Pembacaan manometer (mm) 45 langsung sebelum sesudah 19.0 15.3 22.3 18.1 25.5 20.9 28.8 23.7 30.4 25.1 32.0 26.5 34.1 28.3 36.1 30.0 38.2 31.8 39.2 32.6 40.2 33.5 44.1 36.8 48.0 40.0 51.8 43.3 53.8 44.9 55.7 46.5 58.5 48.6 59.9 49.7 61.3 50.8 64.1 52.9 66.9 55.0 69.8 57.6 72.7 60.2 75.5 62.8 77.0 64.1 78.4 65.4 81.7 68.2 85.0 71.0 88.2 73.7 91.5 76.5
Suhu (°C)
25.8
H ukur
Q
v
(m³/s)
(m/s)
(m) berangsur-angsur
langsung
0.000190 0.000200 0.000211 0.000223 0.000229 0.000236 0.000245 0.000254 0.000264 0.000270 0.000275 0.000283 0.000292 0.000301 0.000306 0.000310 0.000318 0.000322 0.000326 0.000334 0.000343 0.000347 0.000350 0.000354 0.000356 0.000358 0.000365 0.000372 0.000378 0.000386
0.839601 0.882317 0.929611 0.982264 1.010891 1.041238 1.079488 1.120655 1.165086 1.188649 1.213186 1.248552 1.286042 1.325853 1.346697 1.368207 1.401375 1.418569 1.43619 1.47278 1.511283 1.527871 1.544827 1.562165 1.57098 1.579895 1.608236 1.637613 1.668082 1.699707
0.0058 0.0063 0.0068 0.0073 0.0076 0.0078 0.0088 0.0098 0.0107 0.0112 0.0117 0.0124 0.0131 0.0137 0.0141 0.0144 0.0154 0.0158 0.0163 0.0173 0.0182 0.0187 0.0191 0.0196 0.0198 0.0200 0.0206 0.0212 0.0218 0.0224
0.0037 0.0042 0.0046 0.0051 0.0053 0.0055 0.0058 0.0061 0.0064 0.0066 0.0067 0.0073 0.0080 0.0086 0.0089 0.0092 0.0099 0.0102 0.0106 0.0112 0.0119 0.0122 0.0125 0.0127 0.0129 0.0130 0.0135 0.0140 0.0145 0.0150
Hf
µ H hitung (m) 0.01222 0.01349 0.01498 0.01672 0.01771 0.01879 0.02019 0.02176 0.02352 0.02448 0.02551 0.02701 0.02866 0.03046 0.03143 0.03244 0.03403 0.03487 0.03574 0.03759 0.03958 0.04045 0.04136 0.04229 0.04277 0.04326 0.04482 0.04647 0.04822 0.05006
(m²/s)
0.000000879
Re
f
(m) berangsur-angsur
langsung
16241.72 17068.03 17982.93 19001.46 19555.25 20142.29 20882.21 21678.57 22538.07 22993.90 23468.54 24152.68 24877.91 25648.04 26051.26 26467.37 27108.98 27441.60 27782.47 28490.28 29235.10 29555.99 29884.01 30219.39 30389.92 30562.38 31110.63 31678.90 32268.32 32880.09
0.0280 0.0276 0.0273 0.0269 0.0267 0.0265 0.0263 0.0260 0.0258 0.0257 0.0255 0.0253 0.0252 0.0250 0.0249 0.0248 0.0246 0.0246 0.0245 0.0243 0.0242 0.0241 0.0240 0.0240 0.0239 0.0239 0.0238 0.0237 0.0236 0.0235
0.0240 0.0249 0.0259 0.0269 0.0275 0.0282 0.0289 0.0297 0.0306 0.0311 0.0316 0.0323 0.0330 0.0337 0.0341 0.0346 0.0352 0.0355 0.0358 0.0365 0.0372 0.0375 0.0378 0.0382 0.0383 0.0385 0.0390 0.0395 0.0401 0.0407
0.0102 0.0106 0.0110 0.0115 0.0117 0.0120 0.0123 0.0127 0.0131 0.0133 0.0135 0.0138 0.0141 0.0144 0.0146 0.0147 0.0150 0.0151 0.0153 0.0156 0.0159 0.0160 0.0161 0.0163 0.0163 0.0164 0.0166 0.0169 0.0171 0.0173
Sumber : Hasil analisa, 2016. 74
Pada tabel rekapitulasi diatas menunjukkan bahwa hasil analisa yang didapatkan untuk pengamatan pada volume 12 liter dengan waktu yang di variasikan maka didapatkan pula debit yang bervariasi. Pada pengamatan diatas didapatkan bahwa semakin cepat waktu aliran maka semakin besar pula debit yang dihasilkan. Contohnya
pada pengamatan volume 12 liter untuk waktu
pengaliran selama 31,12 detik dengan diameter pipa (d) 0,017 didapatkan luasan (A) 0.000226865 m2 maka didapatkan debit (Q) 0,000386 m3/det. Pada pengamatan tersebut pula didapatkan kecepatan aliran (v) 1,699 m/det yang mempunyai angka reynold (Re) yaitu 32880,09. Dimana aliran ini termasuk kedalam jenis aliran turbulen dikarenakan Re > 4000. Didapatkan pula nilai kehilangan energi akibat gesekan atau headloss (Hf) untuk masing-masing jenis sambungan baik untuk jenis belokan pipa berangsur-angsur nilai Hf 0,04065 m maupun jenis belokan belokan 450 secara langsung nilai Hf yang didapatkan yaitu 0,0173 m. Ini menunjukkkan bahwa kehilangan energi yang lebih besar terjadi pada belokan pipa secara berangsur-angsur . Untuk hasil mengetahui hubungan antara kehilangan energi dan kecepatan aliran maka dapat di hubungkan melalui grafik di bawah ini.
75
1. Grafik hubungan antara kecepatan (v) dan Headloss (Hf).
0.04
Headloss (Hf)
0.04
0.03
0.03
0.02 0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
Hf terhadap v berangsur-angsur
1.5
1.6
1.7
Kecepatan (v)
Grafik 4.8 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan. Grafik diatas menunjukkan bahwa pada belokan pipa berangsur-angsur kehilangan tenaga yang terjadi semakin besar. Dapat dilihat diatas bahwa kecepatan mempengaruhi kehilangan tenaga akibat gesekan. Semakin besar kecepatan aliran yang didapat maka semakin besar pula kehilangan energinya.
76
0.02 0.02 0.02
Headloss (Hf)
0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Kecepatan (v)
Grafik 4.9 Grafik hubungan Kehilangan Tenaga terhadap Kecepatan Grafik diatas menunjukkan bahwa pada belokan pipa 450 secara langsung kehilangan tenaga yang terjadi semakin besar. Dapat dilihat diatas bahwa kecepatan mempengaruhi kehilangan tenaga akibat gesekan. Semakin besar kecepatan aliran yang didapat maka semakin besar pula kehilangan energinya.
77
2. Kecenderungan Headloss (Hf) yang terjadi pada belokan pipa berangsurangsur dan pada belokan 450 secara mendadak.
0.0500 0.0450 0.0400
HeadLoss (Hf)
0.0350 0.0300 0.0250 0.0200 0.0150 0.0100
Hf langsung
Hf berangsur-angsur
Debit (Q)
Grafik 4.10 Grafik Kecenderungan Headloss (Hf) antara kedua belokan Grafik diatas menujukkan kecenderungan yang terjadi dengan membandingkan kedua jenis belokan tersebut. Berdasarkan nilai Headloss yang di dapatkan (Hf). Dari grafik diatas menunjukkan bahwa nilai kehilangan energi yang paling besar didapatkan oleh belokan pipa secara berangsur-angsur dibandingkan dengan nilai kehilangan energi dari belokan 450 secara tiba-tiba. Banyak hal yang mempengaruhi kehilangan tersebut
78
diantaranya karena kedua panjang pipa yang berbeda. Sedangkan untuk debit yang dihasilkan sama. 3. Kecenderungan Hukur yang terjadi pada belokan pipa berangsur-angsur dan pada belokan 450 secara mendadak..
0.022 0.02 0.018 0.016
Nilai H ukur
0.014
H langsung
0.012
H angsur
0.01 0.008 0.006 0.004
Debit (Q)
Grafik 4.11 Grafik Kecenderungan H ukur Pada Kedua Belokan Grafik diatas menujukkan kecenderungan yang terjadi dengan membandingkan kedua jenis belokan tersebut. Berdasarkan nilai Headloss yang di dapatkan (Hf). Dari grafik diatas menunjukkan bahwa nilai kehilangan energi yang paling besar didapatkan oleh belokan pipa secara berangsur-angsur dibandingkan dengan nilai kehilangan energi dari belokan 450 secara tiba-tiba. Banyak hal yang mempengaruhi kehilangan tersebut diantaranya karena kedua panjang pipa yang berbeda. Sedangkan untuk
79
debit yang dihasilkan sama. Jadi semakin panjaang aliran melalui suatu pipa maka kehilangan energi yang terjadi semakin besar pula. 4. Hubungan antara Hukur dan Hhitung pada kedua belokan 0.0230
H Ukur (m)
0.0190
0.0150 H angsur H langsung
0.0110
0.0070
0.0030
H hitung (m) Grafik 4.12 Grafik Hubungan H ukur Terhadap H hitung Pada Kedua Belokan Grafik diatas menunjukkan hubungan yang terjadi antara Hukur dan Hhitung. Grafik tersebut menunjukkan bahwa antara H
ukur
dan H
hitung
berbanding lurus. Semakin besar kehilangan energi pada pengamatan manometer maka semakin besar pula kehilangan energi yang di akibatkan oleh keofisien belokan (patahan).
80
5. Hubungan jumlah running alat dengan debit pada kedua volume
0.00060000
0.00050000
Debit (m3/det)
0.00040000
0.00030000 Debit 9 0.00020000
debit 12
0.00010000
0.00000000 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Jumlah Running
Grafik 4.13 Grafik hubungan debit dengan jumlah running alat pada kedua volume. Grafik diatas menunjukkan hubungan antara debit dengan jumlah running alat yang dilakukan selama penelitianyaitu sebanyak 30 kali. Dari grafik dapat dilihat bahwa garis yang berwarna biru merupakan debit pada volume 9 liter. Dan garis warna merah merupakan debit untuk volume 12 liter. Maka dapat disimpulkan debit pada volume 9 liter lebih besar dari debit volume 12 liter hal ini dikarenakan waktu tempuh yang berbeda dari kedua volume tersebut. Semakin besar waktu yang digunakan maka debitnya semakin kecil.
81
6. Hubungan Hhitung dengan jumlah running alat pada kedua volume. 0.09 0.08 0.07 0.06
H Hitung (m)
0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
JUmlah Running H hitung 9 liter
H hitung 12 liter
Grafik 4.14 Grafik hubungan HHitung dengan jumlah running alat pada kedua volume. Pada grafik diatas menunjukkan bahwa H hitung pada volume 9 liter lebih besar dari pada H
hitung
pada volume 12 liter. Hal ini dikarenakan
debit yang dihasilkan kedua volume tersebut berbeda. Dan kecepatan yang dihasilkan kedua volume tersebut berbeda pula.
82
7. Hubungan Headloss pada kedua volume 0.05 0.045 0.04
Headloss (hf)
0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Jumlah running alat Headloss 9 liter langsung
Headloss 12 liter Langsung
Headloss 9 liter berangsur-angsur
Headloss 12 liter berangsur-angsur
Grafik 4.15 Grafik hubungan Headloss pada kedua belokan dengan jumlah running alat pada kedua volume. Grafik diatas menunjukkan hubungan headloss pada kedua belokan baik berangsur-angsur maupun belokan 450 secara langsung. Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa kehilangan tenaga paling besar terjadi pada belokan berangsur-angsur.
Dapat dilihat pula bahwa kehilangan paling
besar terjadi pada volume 9 liter. Hal ini dikarekan debit yang besar terdapat pada volume 9 liter. Serta panjang pipa yang berpengaruh terhadap kedua belokan tesebut.
83
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Dari hasil analisa dan pembahasan dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1.
Kehilangan energi pada belokan
450 secara langsung lebih kecil
dibandingkan pada belokan pipa secara berangsur-angsur baik pada volume 9 liter maupun pada volume 12 liter. Dari hasil analisa pada volume 9 liter diperoleh kehilangan energi untuk belokan 450 secara langsung dengan debit (Q) 0,00049505 m3/det maka kehilangan energi yang didapatkan (Hf) 0,0209 m. Sedangkan pada belokan pipa secara berangsur-angsur
dengan debit yang sama didapatkan kehilangan
tenaga akibat gesekan (Hf) 0,0490 m. 2.
Kecepatan aliran berbanding lurus dengan kehilangan energi. Semakin cepat waktu tempuh pengaliran maka kehilangan energi pula semakin besar. Pada volume 9 liter dengan debit (Q) 0,00049505 m3/det
dan
kecepatan aliran (v) 2,182 m/s maka kehilangan energi (Hf) yang didapatkan 0,0490 m pada belokan pipa secara berangsur-angsur dan 0,0209 m 3.
Hubungan hubungan antar H ukur dan Hhitung pada belokan pipa secara berangsur-angsur dan pada belokan
450
secara langsung yaitu
berbanding lurus. Semakin besar kehilangan tenaga pada H ukur
maka
semakin besar pula kehilangan energi pada Hhitung
84
4.
Kecenderungan (Trend) yang terjadi didapatkan dari hasil analisa bahwa pada volume 9 liter maupun 12 liter pada debit yang sama kehilangan energy yang cenderung besar terjadi pada belokan pipa secara berangsurangsur.
5.2. Saran Saran-saran yang dapat saya berikan setelah melakukan penelitian ini yaitu sebagai berikut : 1.
Untuk mahasiswa yang memprogramkan tugas akhir selanjutnya, sebaiknya dapat membandingkan kecenderungan yang terjadi pada belokan
yang lainnya. Dengan dapat menggunakann volume
pengaliran yang bervariasi. 2.
Untuk menghindari kegagalan dalam pelaksaan
penelitian ini,
sebaiknya dilakukan dengan teiti dalam melihat masih ada tidakanya gelembung udara dalam pipa, dalam pembacaan manometer yang tepat, penggunaan stopwatch dalam pengambilan waktu, dan pada saat memvariasikan debit. 3.
Penelitian ini dapat dikembangkan selanjutnya.
85
DAFTAR PUSTAKA
Ari, Prio Wibowo. 2013. Analisa Penurunan Headlosses Pada Belokan Pipa 1800. Fakultas Teknik Universitas Jember. Jember. Experiment Instructions, 2005. Fluid Friction Apparatus. Gunt Hamburg, Germany Helmizar, 2011. Studi Eksperimental Tentang Headlosses Pada aliran Fluida. Jurnal Ilmiah Cakra M, Vol. 5, No. 1 April 2011 : 26-31. Fakultas Teknik, Universitas Bengkulu Harou Tahara, Sularso. 2000. Pompa dan Kompresor. Penerbit PT Pradnya Pramita. Jakarta Selpan, M. Aliran Pada Saluran Tertutup (Pipa). Mekanika Fluida.Erlangga. Jakarta Pamungkas, Hendrawati.2011. Analisis Pengalian Air Dalam Pipa Dengan Berbagai Perubahan Penampang Pada suatu Jaringan Pipa. Diploma III Infrastruktur Perkotaan Universitas Sebelas Maret. Semarang. Sufira, 2011. Pengaruh pembelokan (elbow) dan perubahan penampang terhadap kehilangan Tenaga Pada Saluran Pipa. S1 Teknik Sipil Universitas Haluoleo. Kendari. Surendro, Bambang. Pengaruh Sudut Belokan Terhadap Tinggi Tekanan Air Pada Saluran Pipa. Universitas Tidar. Magelang. Triatmodjo,Bambang.1993.Hidraulika Terapan.Beta Offset.Yogyakarta Triatmodjo,Bambang.2008.Hidraulika II.Beta Offset.Yogyakarta Zainudin, Adi Sayoga. 2012. Analisa Pengaruh Variasi Sudut. Dinamika Teknik Sipil, Volume 2 No. 2 Juli. Universitas Mataram. http://docstoc.com/docs/105057859/Bab-IV-Aliran-Fluida-Dalam-Pipa. 19 November 2015. Pukul 09.30 WITA http://gudangmateri.com/2008/07/sistem-perpipaan-fluida.html. November 2015. Pukul 09.30 WITA
Kamis,
Kamis,
19
http://wikipedia.com/wiki/Mekanika_fluida. Minggu, 22 November 2015. Pukul 20.15 WITA
1
LAMPIRAN
1
2
3
4
5
SATU SET PIRANTI FLUID FRICTION APPARATUS
6
BASIC HIDROLIC BENCH
BELOKAN PIPA 450 BERANGSUR-ANGSUR DAN MENDADAK
7
VELOCITY METER
KANEBO
8
PENGAMATAN VOLUME AIR
PENGATURAN VARIASI DEBIT AIR
9
PENGAMATAN PADA MANOMETER H2O
10
