ANALISIS PENGARUH KEKASARAN PERMUKAAN PIPA TERHADAP BESARNYA HEADLOSSES SISTEM PERPIPAAN DI KAPAL

ANALISIS PENGARUH KEKASARAN PERMUKAAN PIPA TERHADAP BESARNYA HEADLOSSES SISTEM PERPIPAAN DI KAPAL Heroe Poernomo1 ,Ali Munazid 2, Fajarianto1 1

Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. E-mail: [email protected] 2 Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan, Universitas hang Tuah Surabaya. E-mail: [email protected]

Abstract: Pressure drop that happened at the piping system in the ship because of Head losses factor. Head losses in a pipe can happen because there is a fluid friction factor with pipe, valve, elbow, gradual contraction and gradual englargment. The friction is influenced by viscositas, and the charge of pressure, temperature, and speed of fluid. Based on the factor considered is piping science include head losses, a major losses testing appliance is made. The appliance is made to know how many friction factors in a pipe that tested and do a comparison in experiment with theory result. Designing and manufacture major losses testing tool did with assembling. The capability of that tool tested with do a few testing. In the testing time, that tool can measure fluids pressure in suction and discharge about temperature of fluids 30º, 40º, 50º, 60º, and 70º with using a pressure gauge. That tool can also measure fluids flow in every temperature using flow meter. Data will calculated with manually so produce friction factor and head losses from each experiment which later will comported with theory. With compare experiment result with theory, so will be known the relation between pressure, head losses, viscosities and friction loss factor and also an accurate data will be got. The result of manufacture this tool hope can make easier calculating head losses in pipe test at a moment design piping installation. Key word: head losses, major losses, viskositas

PENDAHULUAN

pai kedalam segi ekonominya. Dengan banyaknya faktor yang harus dipertimbangkan maka pembuatan sistem perpipaan baik di darat maupun dilaut, harus dapat meningkatkan kualitas dan ketelitian dari perencanaan system perpiaan tersebut sehingga dapat dicapai hasil yang memuaskan (Raswari, 1986; Sularso, 2000). Dalam perancangan suatu sistem perpipaan,salah satu faktor yang harus diperhatikan adalah besarnya daya yang hilang mulai dari suction sampai ke dischar-

Perkembangan ilmu perpipaan yang sangat pesat seiring dengan perkembangan kebutuhan di masyarakat seperti di industri maritim maupun darat. Ilmu perpipaan yang paling tradisional adalah memasang pipa sesuai keinginan pengguna. Kini ilmu perpipaan tidak hanya dilihat dari segi keinginan akan tetapi sudah ditinjau dari segi proses yang terjadi dalam sistem perpipaan tersebut dan juga sam73

ge termasuk daya yang hilang pada keseluruhan pipa akibat kekasaran pada penampangnya yang sering disebut Head Losses mayor. Sehingga diperlukan masukkan data yang akurat dalam penentuan tahanan tersebut. Masukkan data yang akurat akan lebih mudah didapat jika perancang suatu sistem sudah mempunyai keahlian dalam menentukan head losses pada pipa (Soemitro, 1977; Daugherty, 1989; Sularso, 2000).

METODE PENELITIAN Tahapan yang dilakukan dalam penelitian adalah : Persiapan Studi literatur dan informasi mendukung pembuatan alat uji, baik tentang mekanika fluida dan pompa. Persiapan peralatan dan bahan, bahan yang digunakan adalah: (1) Bahan Uji adalah Pipa galvanis, diamater luar (D) = 1,5 inch, diameter dalam (Din) = 1,49 inch, panjang pipa (L) = 6 meter. (2) Fluida uji adalah oli pelumas, jenis fluida = pelumas pertamina SAE-40, berat jenis oli = 0,866.

Pelaksanaan (a) Pengujian fluida uji (minyak pelumas SAE-40) di BPPI surabaya. (b) Fabrikasi dan percobaan alat uji, proses percobaan dari alat tersebut yang meliputi besarnya head yang yang dibuat untuk menghitung besarnya head losses pipa yang diujikan.

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Percobaan Dari hasil percobaan yang dilakukan dengan membuka gate valve penuh (100%) dan setengah (50%), didapatkan hasil percobaan seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2. Analisa Hasil Percobaan Hubungan Viskositas Pelumas dengan Temperatur Dari hasil percobaan terlihat hubungan antara viskositas pelumas dengan temperatur, adapun hubungan tersebut sperti grafik pada Gambar 1.

Gambar 1. Grafik viskositas pelumas SAE-40 terhadap temperatur

74

Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa peningkatan temperatur pelumas maka akan mengakibatkan penurunan viscositas pelumas (fluida akan menjadi semakin cair). Hal ini akan menyebabkan gaya gesek menjadi semakin berkurang dan aliran akan menjadi semakin cepat.

angka Reymold/Reynold Number (Re) pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 2. Sedangkan hubungan antara viskositas pelumas dengan angka Reymold/Reynold Number (Re) pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 3.

Hubungan Viskositas Pelumas dengan Angka Reynold Dari hasil percobaan terlihat hubungan antara viskositas pelumas dengan

Gambar 2. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan Reymold Number (Re) kondisi gate valve terbuka penuh (100%)

Gambar 3. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan Reymold Number (Re) kondisi gate valve terbuka setengah (50%)

Dari grafik pada Gambar 2 dan gambar 3 tersebut diatas dapat dilihat bahwa besarnya viskositas pelumas dipengaruhi

oleh besarnya angka reynold, dimana semakin besar angka reynoldnya maka semakin besar viskositas pelumas tersebut.

Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran

75

Hubungan Viskositas Pelumas dengan Tekanan Dari hasil percobaan terlihat hubungan antara viskositas pelumas dengan perubahan tekanan (P1-P2) pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 4.

Sedangkan hubungan antara viskositas pelumas dengan perubahan tekanan (P1-P2) pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 5.

Gambar 4. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan perubahan tekanan kondisi gate valve terbuka penuh (100%)

Gambar 5. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan perubahan tekanan kondisi gate valve terbuka setengah (50%)

Dari grafik diatas dapat dilihat hubungan viskositas pelumas dengan perubahan tekanan, pada Gambar 4 kondisi gate valve dibuka penuh (100%) dan pada Gambar 5 kondisi gate valve dibuka setengah (50%) dapat disimpulkan bahwa pe-

76

ningkatan tekanan akan menimbulkan peningkatan vislositas pelumas. Dengan kondisi seperti di atas maka peningkatan tekanan mengalirkan pelumas akan menimbulkan kecepatan aliran pelumas menjadi pelan, dan viscositas fluida se-

Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011

makin rendah pada tekanan akan semakin tinggi untuk mengalirkan fluida, kecepatan aliran fluida akan menjadi cepat. Hubungan Head Losses dengan Viskositas Pelumas Dari hasil percobaan terlihat hubungan antara Head losses dengan Viskosi-

tas pelumas pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 6. Sedangkan hubungan antara Head losses dengan Viskositas pelumas pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 7.

Gambar 6. Grafik hubungan head losses dengan viskositas pelumas SAE-40 kondisi gate valve terbuka penuh (100%)

Gambar 7. Grafik hubungan head losses dengan viskositas pelumas SAE-40 kondisi gate valve terbuka setengah (50%)

Dari grafik diatas dapat dilihat hubungan head losses dengan viskositas pelumas, pada Gambar 4 kondisi gate valve dibuka penuh (100%) dan pada Gambar 5

kondisi gate valve dibuka setengah (50%) dapat disimpulkan bahwa peningkatan viskositas pelumas akan menimbulkan penurunan head losses. Dengan kondisi

Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran

77

seperti di atas maka peningkatan viskositas pelumas akan menimbulkan kecepatan aliran pelumas menjadi pelan, dan viscositas fluida semakin rendah pada tekanan akan semakin tinggi untuk mengalirkan fluida, kecepatan aliran fluida akan menjadi cepat. Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi viscositas maka head losses yang dihasilkan akan semakin besar sehingga alirannya laminar. Viscositas yang rendah maka head losses yang

dihasilkan akan semakin kecil sehingga alirannya turbulen. Hubungan dengan Koefisien Gesek (f) Head Losses Dari hasil percobaan terlihat hubungan antara Koefisien gesek (f) dengan Head losses pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 8. Sedangkan hubungan antara Koefisien gesek (f) dengan Head losses pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 9.

Gambar 8. Grafik hubungan koefisien gesek (f) dengan Head losses kondisi gate valve terbuka penuh (100%)

Gambar 9. Grafik hubungan koefisien gesek (f) dengan head losses kondisi gate valve terbuka setengah (50%)

Dari grafik atas hubungan antara head losses mayor dengan koefisien gesek f dapat disimpulkan sebagai berikut: f 78

pada percobaan: dapat disimpulkan bahwa koefisiensi gesek semakin turun maka

Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011

head losses mayor pada pipa akan semakin kecil. f pada teori: dapat disimpulkan bahwa koefisiensi gesek semakin turun maka head losses mayor pada pipa akan semakin kecil.

KESIMPULAN Berdasarkan serangkaian percobaan dan analisa data yang telah dibahas maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Dari hasil analisa perbandingan terhadap besarnya selisih faktor gesekan hasil teori dengan percobaan didapat kesimpulan Pada percobaan dengan pipa uji 1.5” dengan gate valve terbuka penuh, selisih nilai f teori dan f percobaan tertinggi sebesar 0.10372 dan terendah 0.00840. Pada percobaan dengan pipa uji 1.5” dengan gate valve terbuka setengah, selisih nilai f teori dan f percobaan tertinggi sebesar 0.31986 dan terendah 0.00731. Dari hasil analisa diatas maka faktor-faktor yang paling mempengaruhi besarnya head losses pada pipa adalah: Viscositas dari fluida, Kecepatan aliran dari fluida dan Perubahan tekanan padad awal dan ujung pipa. Hubungan antara viscoss fluida dengan Reynold Number (Re) adalah berbanding terbalik pada setiap percobaan sehingga alat ini dapat membuktikan kebenaran dari rumus Reynolds Number. Hubungan antara viscositas fluida dengan tekanan adalah berbanding terbalik pada setiap percobaan sehingga alat ini dapat membuktikan kebenaran dari rumus Bernoulli dimana kecepatan yang berbanding lurus deng viscositas berbanding terbalik dengan perubhan tekanan yang terjadi.

Nilai viscositas fluida berbanding lurus dengan head total dari system. Hal ini menjelaskan rumus Hagen-Poiseulle . Nilai koefisien gesek berbanding lurus dengan besarnya head losses pada pipa uji. Hubungan ini kurang memperkuat persamaan Hendry Darcy . Hubungan antara suhu dan viscositas adalah berbanding terbalik, hal ini menunjukkan persamaan Poiseulle . DAFTAR RUJUKAN Daugherty. Robert L. 1989. Fluids Mechanics With Engineering Applications. Singapore: Mc- Graw Hill Book Co. Raswari. 1986. Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan. Jakarta: UI press. Soemitro. Herman W. 1977. Mekanika Fluida Dan Hidraulika jilid 3. Edisi kedua. Jakarta: Erlangga. Sularso. Haruo T. 2000. Pompa dan Kompresor. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran

79

Lampiran Tabel 1. Hasil Percobaan Gate Valve Terbuka Penuh (100%) Temp

Waktu

Q

°C

det

m³/det

m/det

bar

Besar

Total Head Minor meter

10 10

0.00303 0.00280

2.7054 2.4911

1.70 1.65

1.65 1.55

0.00021 0.00021

487.60893 441.82903

0.1313 0.1449

1.34293 1.13862

0.017160 0.014550

0.2033 0.1724

1.56339 1.32554

4.69533 9.39065

3.13194 8.06511

10 10 10 10 10 10 10

0.00299 0.00303 0.00307 0.00333 0.00341 0.00341 0.00344

2.6594 2.6931 2.7267 2.9624 3.0297 3.0297 3.0634

1.60 1.70 1.70 1.40 1.35 1.30 1.45

1.50 1.65 1.65 1.30 1.25 1.25 1.30

0.00021 0.00021 0.00021 0.00010 0.00010 0.00010 0.00010

471.68235 477.65301 483.62367 1113.01260 1138.01260 1138.30834 1150.95621

0.1357 0.1340 0.1323 0.0575 0.0562 0.0562 0.0556

1.29769 1.33075 1.36423 1.61021 1.68423 1.68423 1.72186

0.016580 0.017000 0.017430 0.020570 0.021520 0.021520 0.022000

0.1965 0.2015 0.2065 0.2438 0.2550 0.2550 0.2607

1.51073 1.54921 1.58819 1.87455 1.96072 1.96072 2.00453

9.39065 4.69533 4.69533 9.39065 9.39065 4.69533 14.08598

7.87992 3.14612 3.10714 7.51610 7.42993 2.73461 12.08145

10 10 10 10 10 10 10

0.00341 0.00375 0.00375 0.00386 0.00379 0.00379 0.00416

3.0297 3.3327 3.3327 3.4337 3.3663 3.3663 3.7030

1.35 1.25 1.20 1.25 1.20 1.25 1.10

1.30 1.20 1.15 1.20 1.15 1.15 1.00

0.00010 0.00007 0.00007 0.00007 0.00007 0.00007 0.00005

1138.30834 1724.00190 1724.00190 1776.24438 1741.41606 1741.41606 3073.96795

0.0562 0.0371 0.0371 0.0360 0.0368 0.0368 0.0208

1.68423 2.03792 2.03792 2.16330 2.07929 2.07929 2.51595

0.021520 0.026040 0.026040 0.027640 0.026570 0.026570 0.032150

0.2550 0.3085 0.3085 0.3275 0.3148 0.3148 0.3809

1.96072 2.37248 2.37248 2.51844 2.42064 2.42064 2.92899

4.69533 4.69533 4.69533 4.69533 4.69533 9.39065 9.39065

2.73461 2.32285 2.32285 2.17689 2.27469 6.97001 6.46166

10 10 10 10 10 10

0.00454 0.00341 0.00379 0.00416 0.00450 0.00454

4.0396 3.0297 3.3663 3.7030 4.0059 4.0396

1.10 1.05 1.10 1.01 0.85 0.80

1.00 1.00 1.05 0.90 0.70 0.70

0.00005 0.00005 0.00005 0.00005 0.00003 0.00003

3353.41958 2515.06469 2794.51632 3073.96795 3450.25440 3510.22210

0.0191 0.0255 0.0229 0.0208 0.0186 0.0182

2.99418 1.68423 2.07929 2.51595 2.94449 2.99418

0.038260 0.021520 0.026570 0.032150 0.037620 0.038260

0.4533 0.2550 0.3148 0.3809 0.4458 0.4533

3.48573 1.96072 2.42064 2.92899 3.42787 3.48573

9.39065 4.69533 4.69533 10.32972 14.08598 9.39065

5.90492 2.73461 2.27469 7.40073 10.65811 5.90492

10 10

0.00454 0.00458

4.0396 4.0733

0.75 0.80

0.70 0.70

0.00003 0.00003

3642.26400 3640.05430

0.0176 0.0176

2.99418 3.04430

0.038260 0.038900

0.4533 0.4609

3.48573 3.54407

4.69533 9.39065

1.20960 5.84658

10

0.00466

4.1406

0.80

0.65

0.00003

3922.66400

0.0163

3.14576

0.040200

0.4762

3.66219

14.08598

10.42379

30

40

50

60

70

80

V

P1

P2

Viscositas

bar

Reynold Number (Re)

m²/det

Frection Factor (f)

Head Minor (meter) 2xT

Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011

Kecil

Head Total

Head Mayor

meter

meter

Tabel 2. Hasil Percobaan Gate Valve Terbuka Setengah (50%) Temp

Waktu

Q

V

P1

P2

Viscositas

°C

det 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

m³/det 0.00235 0.00235 0.00227 0.00208 0.00208 0.00265 0.02460 0.00227 0.00265 0.00265 0.00303 0.00322 0.00303 0.00265 0.00284 0.00341 0.00371 0.00322 0.00322 0.00341 0.00379 0.00416 0.00416 0.00379 0.00379

m/det 2.7054 2.0871 2.0198 1.8515 1.8515 2.3564 2.1881 2.0198 2.3564 2.3564 2.6931 2.8614 2.6931 2.3564 2.5247 3.0297 3.2990 2.8614 2.8614 3.0297 3.3663 3.7030 3.7030 3.3663 3.3663

bar 1.25 1.20 1.25 1.25 1.20 1.14 1.10 1.05 1.10 1.10 0.80 0.85 0.85 0.85 0.85 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.75 0.65 0.70 0.70 0.70

bar 1.15 1.15 1.20 1.20 1.20 1.15 1.00 1.00 1.00 1.05 0.90 0.70 0.70 0.70 0.65 0.75 0.75 0.75 0.70 0.70 0.70 0.55 0.60 0.60 0.60

m²/det 0.00021 0.00021 0.00021 0.00021 0.00021 0.00010 0.00010 0.00010 0.00010 0.00010 0.00007 0.00007 0.00007 0.00007 0.00007 0.00005 0.00005 0.00005 0.00005 0.00005 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003

30

40

50

60

70

Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran

Re

Frection Factor (f)

378.17737 370.18108 358.23976 328.38644 328.38644 885.35093 822.11158 758.87223 885.35093 885.35093 1393.13285 1480.20365 1393.13285 1218.99124 1306.06204 2515.06469 2738.62599 2375.33887 2375.33887 2515.06469 3649.96416 3768.95650 3768.95650 3649.96416 3649.96416

0.1692 0.1729 0.1787 0.1949 0.1949 0.0723 0.0779 0.0843 0.0723 0.0723 0.0459 0.0432 0.0459 0.0525 0.0490 0.0255 0.0234 0.0269 0.0269 0.0255 0.0175 0.0170 0.0170 0.0175 0.0175

Head Minor (meter) 2xT 1.34293 0.79928 0.74855 0.62899 0.62899 1.01885 0.87850 0.74855 1.01885 1.01885 1.33075 0.50229 1.33075 1.01885 1.16960 1.68423 1.99695 1.50229 1.50229 1.68423 2.07929 2.51595 2.51595 2.07929 2.07929

81

Kecil 0.017160 0.010210 0.009650 0.008040 0.008040 0.013020 0.011230 0.009560 0.013020 0.013020 0.017000 0.019200 0.017000 0.013020 0.014940 0.021520 0.025520 0.019200 0.019200 0.021520 0.026570 0.032150 0.032150 0.026570 0.026570

Besar 0.2033 0.1210 0.1133 0.0952 0.0952 0.1542 0.1330 0.1133 0.1542 0.1542 0.2015 0.2274 0.2015 0.1542 0.1771 0.2550 0.3023 0.2274 0.2274 0.2550 0.3148 0.3809 0.3809 0.3148 0.3148

Total Head Minor meter 1.56339 0.93049 0.87152 0.73225 0.73225 1.18611 1.02273 0.87143 1.18611 1.18611 1.54921 0.74892 1.54921 1.18611 1.36160 1.96072 2.32479 1.74892 1.74892 1.96072 2.42064 2.92899 2.92899 2.42064 2.42064

Head Total meter 9.39065 4.96533 4.96533 4.96533 13.14692 9.39065 4.69533 4.69533 18.78131 9.39065 14.08598 14.08598 14.08598 18.78131 4.69533 4.69533 4.69533 9.39065 9.39065 4.69533 9.39065 9.39065 9.39065 9.39065 9.39065

Head Mayor meter 7.82726 4.03484 4.09381 4.23308 12.41467 8.20454 3.67260 3.82390 17.59520 8.20454 12.53677 13.33706 12.53677 17.59520 3.33373 2.73461 2.37054 7.64173 7.64173 2.73461 6.97001 6.46166 6.46166 6.97001 6.97001