ANALISIS PENGARUH KECEPATAN ALIRAN UDARA TERHADAP KERUGIAN TEKANAN PADA SALURAN UDARA Nasir kurniawan1*,Tabah Priangkoso2, Darmanto3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Wahid Hasyim Jl. Menoreh Tengah X/22, Sampangan, Semarang 50236. 2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Wahid hasyim Jl. Menoreh Tengah X/22, Sampangan, Semarang 50236. 3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Wahid hasyim Jl. Menoreh Tengah X/22, Sampangan, Semarang 50236.
1
*
Email:
[email protected]
Abstrak Dalam pendistribusian udara dengan temperatur dan kelembaban yang ideal, khususnya di ruangan yang besar dan tinggi maka diperlukan saluran udara atau ducting. Dalam perencanaan saluran udara atau ducting perlu memperhatikan faktor pengaruh kecepatan udara terhadap kerugian tekaananDengan tersedianya alat peraga praktikum Fenomena Dasar Mesin di laboraturium energi Universitas Wahid Hasyim Semarang serta belum pernah di uji maka pengujian ini akan menganalisa fenomena pengaruh kecepatan aliran udara terhadap kerugian tekanan pada sisi tekan saluran udara atau ducting. Dalam pengujian pengaruh kecepatan aliran udara terhadap kerugian tekanan pada saluran udara ini menggunakan blower sebagai alat bantu pengujian untuk mengalirkan udara pada varisi kecepatan 9,7m/s, 10,5m/s, 10,7m/s, 11,2m/s, 11,6m/s, 11,8m/spengukuran kecepatan aliran udara menggunakan anemometer dan pengaturan variasi kecepatan menggunakan regulator AC untuk mengatur tegangan listrik yang masukk ke motor listrik dan menggunakan manometer air untuk mengukur head tiap – tiap segmen. Berdasarkan dari pengujian yang telah dilakukan pada alat praktikum kerugian tekanan aliran udara dalam pipa, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa pengaruh kecepatan aliran terhadap koefisien gesek adalah berbanding terbalik karena semakin besar kecepatan aliran yang di timbulkan maka bidang kontak antara pipa dan fluida akan semakin kecil, sehingga akan mengakibatkan faktor gesekan atau koefisien gesek akan semakin kecil dan besarnya koefisein gesek berbanding lurus dengan head loss, maka pengaruh kecepatan aliran terhadap kerugian tekanan adalah berbanding terbalik. Kata kunci: ducting, head loss, koefisien gesek
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam pendistribusian udara dengan temperatur dan kelembaban yang ideal, khususnya di ruangan yang besar dan tinggi maka diperlukan saluran udara atau ducting. Dalam perencanaan saluran udara atau ducting perlu memperhatikan faktor pengaruh kecepatan udara terhadap kerugian tekaanan. Dengan tersedianya alat peraga praktikum Fenomena Dasar Mesin di laboraturium energi Universitas Wahid Hasyim Semarang serta belum pernah di uji maka penelitian ini akan menganalisa fenomena pengaruh kecepatan aliran udara terhadap kerugian tekanan pada sisi tekan saluran udara atau ducting
1.2. Rumusan Masalah Bagaimana pengaruh kecepatan aliran udara terhadap kerugian tekanan pada saluran udara atau ducting pada sisi tekan 1.3 Batasan Masalah Untuk mendapatkan hasil yang maksimal sesuai dengan tujuan penelitian maka perlu diadakan pembatasan masalah, yaitu : 1. Bahan pipa dari plat baja dengan penampang segi empat dengan dimensi 20 cm x 20 cm dan panjang 200 cm untuk aliran udara, 40 cm x 40 cm untuk tempat kipas 2. Penggerak aliran udara menggunakan kipas elektrik / blower 3. Kecepatan udara pada kecepatan subsonic
4. 5. 6.
Alat ukur kecepatan aliran udara menggunkan anemometer Alat ukur kerugian tekanan menggunakan tabung U Kondisi lingkungan di abaikan
1.4. Tujuan Tugas Akhir Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh kecepatan aliran udara terhadap kerugian tekanan pada sisi tekan saluran udara 2.DASAR TEORI 2.1. Pengenalan Fluida Dan Parameter Fisik Definisi Fluida (zat alir) adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap bentuk ketika ditekan, misalnya zat cair dan gas atau udara Fuida dapat digolongkan dalam dua macam.yaitu fluida statis dan fluida dinamis. Fluida atau zat alir dalah bahan yang dapat mengalir dan bentuknya dapat berubah dengan perubahan volume.Fluida mempunyai kerapatan yang harganya tertentu pada suhu dan tekanan tertentu jika kerapatan fluida dipengaruhi oleh perubahan tekanan maka fluida itu dapat mampat atau kompresibel. Sebaliknya fluida yang kerapatannya hanya sedikit dipengaruhi oleh perubahan tekanan disebut tidak mampat atau inkompresibel. Contoh fluida kompresibel adalah udara (gas) sedangkan yang inkompresibel adalah air (zat cair). Fluida merupakan suatu zat/bahan yang dalam keadaan setimbang tak dapatmenahangaya atau tegangan geser (shear force). Dapat pula didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi. Suatu sifat dasar fluida nyata, yaitu tahanan terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan geser yang terjadi pada bidang geser yang dikenai tegangan tersebut adalah viskositas atau kekentalan/kerapatan zat fluida tersebut. Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang. Berdasarkan wujudnya, fluida dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu: 1. Fluida gas Merupakan fluida dengan partikel yang renggang dimana gaya tarik antara molekul sejenis relatif lemah dan sangat ringan sehingga
dapat melayang dengan bebas serta volumenya tidak menentu. 2. Fluida cair Merupakan fluida dengan partikel yang rapat dimana gaya tarik antara molekul sejenisnya sangat kuat dan mempunyai permukaan bebas serta cenderung untuk mempertahankan volumenya. 2.2. Udara Udara adalah suatu campuran gas yang terdapat pada lapisan yang mengelilingi bumi dan komponen campuran gas tersebut tidak selalu konstan (Fardiaz, 1992). Udara juga merupakan atmosfer yang berada di sekeliling bumi yang fungsinya sangat penting bagi kehidupan manusia di dunia ini. Dalam udara terdapat oksigen untuk bernafas, karbondioksida untuk proses fotosintesis oleh klorofil daun dan ozon untuk menahan sinar ultraviolet. Udara adalah campuran gas yang terdapat pada permukaan bumi. Udara bumi yang kering mengandungi 78% nitrogen, 21% oksigen, dan 1% uap air, karbon dioksida, dan gas-gas lain. Kandungan elemen senyawa gas dan partikel dalam udara akan berubah-ubah dengan ketinggian dari permukaan tanah. Demikian juga massanya, akan berkurang seiring dengan ketinggian. Semakin dekat dengan lapisan troposfer, maka udara semakin tipis, sehingga melewati batas gravitasi bumi, maka udara akan hampa sama sekali. Apabila makhluk hidup bernapas, kandungan oksigen berkurang, sementara kandungan karbon dioksida bertambah. Ketika tumbuhan menjalani sistem fotosintesa, oksigen kembali dibebaskan. 2.2.1. Aliran Udara Fluida yang mengalir dalam pipa melewati sebuah lokasi disebut dengan daerah aliran masuk (enstrance region). Udara biasanya memasuki pipa dengan kecepatan yang yang hampir sama pada tiap bagian, pada saat udara bergerak melewati pipa, efek viskos menyebabkan tetap menempel pada dinding pipa. Aliran udara secara alami dapat diketahui dalam beberapa macam diantaranya adalah: 1.
2.
2
Udara akan mengalir dari kondisi bertemperatur rendah ke temperatur tinggi/panas. Udara akan lebih banyak mengalir melalui jalur-jalur ventilasi yang
memberikan tahanan yang lebih kecil dibandingkan dengan jalur bertahanan yang lebih besar. Sedangkanaliran udara menurut aliranya dapat di bedakan menjadi dua yaitu: Aliran Laminer Merupakan aliran dimana fluida dianggap mengalir pada lapisan masing-masing dengan kecepatan konstan.aliran laminer adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatief mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak sejajar (laminae) & mempunyai batasan-batasan yang berisi aliran fluida. Aliran laminar adalah aliran fluida tanpa arus turbulent ( pusaran air ). Partikel fluida mengalir atau bergerak dengan bentuk garis lurus dan sejajar.Laminar adalah ciri dari arus yang berkecepatan rendah, dan partikel sedimen dalam zona aliran berpindah dengan menggelinding (rolling) ataupun terangkat (saltation).Pada laju aliran rendah, aliran laminer tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang aliran. Aliran laminer mempunyai Bilangan Reynold lebih kecil dari 2300
menerus. Aliran turbulen mempunyai bilangan reynold yang lebih besar dari 4000.
a.
b. Aliran Turbulen Aliran turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Turbulen mentransport partikel-partikel dengan dua cara; dengan penambahan gaya fluida dan penurunuan tekanan lokal ketika pusaran turbulen bekerja padanya. Keduanya adalah penyebab terjadinya transportasi pasir sepanjang bawah permukaan. Di alam hampir semua mekanisme transport pasir terjadi secara turbulen. Turbulen terutama terjadi di sungai akibat penggerusan sepanjang batas arus air, dan meningkat akibat kekasaran bawah permukaan; sepanjang garis pantai dan laut penyebabnya adalah ombak, tekanan angin permukaan, dan penggerusan arus. Di udara turbulen yang membawa bekas ledakan volkanis ditransport angin. Besarnya gerakan turbulen bervariasi dari mikro hingga makro, yang terakhir tadi sangat mudah dilihat di sungai dengan penampakkan pusaran yang kompleks atau dengan boil yang berbenturan dengan permukaan sungai, secara terus
Gambar 1.aliran (munson,et al.,2002)
2.3. Aliran dalam Pipa Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang di alirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair di dalam pipa tidak penuh maka aliran termasuk dalam aliran saluran terbuka atau karena tekanan didalam pipa sama dengan tekanan atmosfer (zat cair di dalam pipa tidak penuh), aliran temasuk dalam pengaliran terbuka. Karena mempunyai permukaan bebas, maka fluida yang dialirkan dalah zat cair. Tekanan dipermukaan zat cair disepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer. 2.4. Tekanan Udara Udara memilikimassa meskipun sangat kecil. Akan tetapi dengan jumlah mereka yang sangat banyak massa mereka tidak bisa dianggap ringan,di bumi ada yang namanya gravitasi yang menarik udara ini ke bawah sehingga dikenal namanya berat. Berat udara inilah yang akan menekan permukaan bumi sehingga timbul tekanan udara. Jadi pengertian tekanan udara adalah besarnya berat udara pada satu satuan luas bidang tekan. Besarnya tekanan udara di suatu tempat sangat bergantung pada jumlah udara di atasnya.Semakin tinggi suatu tempat maka semakin sedikit jumlah udara di atasnya, semakin sedikit berat udara yang ditahan wilayah tersebut sehingga tekanannya semakin sedikit.Berbanding terbalik dengan daerah atau 3
dataran rendah, mereka mempunyai tekanan udara yang lebih besar.Jadi tekanan udara di suatu wilayah sangat ditentukan oleh ketinggian tempat atau wilayah tersebut dari permukaan air laut.
2.4.1
Faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan udara ada 2 hal yang sangat mempengaruhi tekanan udara yaitu suhu dan tinggi suatu daerah 1. Tinggi Suatu Tempat Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya tinggi suatu tempat berbanding terbalik dengan tekanan udara di daerah tersebut.
2.5. Bilangan Reynold Bilangan reynold merupakan bilangan tak berdiamensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminer, transisi atau turbulen.Perilaku dalam bilangan reynold yang sedang alirannya tidak lagi tenang dan tunak, melainkan menjadi bergolak. Perubahan tersebut disebut transisi, bahwa transisi pada silinder dan bola kira kira pada Re= 3 x 105 dimana tampak penurunan yang tajam dan koefisien seretan. Transisi tergantung pada banyak efek,missal kekerasan dinding atau gejolak aliran dilubang masuk. Tetapi parameter yang diutamakan adalah bilangan Reynold (Frank M. White). Persamaan bilangan Reynold
2. Suhu Udara
(2.2)
Suhu udara sangat mempengaruhi tekanan udaranya. Ketika suhu tinggi molekul udara akan mengembang dan volume udara menjadi lebih besar. Jika volume di udara di atas suatu tempat adalah tetap maka ketika suhu udara naik, massa udara total akan berkurang, berat udara berkurang, demikian juga dengan tekanan udara. Sebaliknya, ketika suhu rendah makan tekanan udara akan semakin tinggi. Tekanan udara di berbagai tempat berbeda-beda terutama tergantung pada tinggi daerah tersebut dari permukaan air laut.Perbedaan tekanan udara inilah yang mengakibatkan berbagai fenomena cuaca seperti angin, topan, badai, dan sebagainya. Tekanan didefinisikan sebagai besarnya gaya (F) tiap satuan luas bidang yang dikenainya (A). Apabila suatu zat (padat, cair, dan gas) menerima gaya yang bekerja secara tegak lurus terhadap luas permukaan zat tersebut, maka dapat dirumuskan :
(2.1)
Dimana :
= Bilangan Reynold = Kecepatan aliran fluid = Diameter = viskositas dinamis fluida
2.6. Kerugian tekanan Kerugian tekanan menyebabkan penurunan tekanan dan oleh sebab itu menyebabkan kerugian energi.Kerugian ini harus ditanggulangi oleh penggerakan (misalnya motor listrik) kompresor, yang terlihat dari naiknya biaya energi. Oleh sebab itu harus selalu diusahakan agar kerugian tekanan ini tetap serendah mungkin. Biasanya kerugian tekanan tidak boleh melampaui batas nilai 0,1sampai 0,2 bar. Besar kerugian tekanan dalam saluran antara lain tergantung pada:
P = tekanan (N/m2) F = gaya (N) A = luas penampang (m2)
4
Panjang saluran
Diameter dalam saluran
Kecepatan aliran
2.7. Persamaan Darcy Weisbach Dalam dinamika fluida persamaan darcy weisbach adalah persamaan fenomenologika yang bekaitan dengan head loss atau kehilangan tekanan akibat gesekan sepanjang pipa terhadap kecepatan aliran rata – rata. Persamaan ini terbentuk karena kontribusi Hendry Darcy dan Julius Weisbach Persamaan Darcy Weisbach mengandung faktor gesekan tak berdimensi yang dinamai faktor gesekan Darcy dan pada Persamaan Darcy Weisbach head loss dapat di hitung dengan persamaan:
3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian
mulai
Rancangan Percobaan
Pengukuran alat dan bahan pendukung
(2.3) hf
: head loss akibat gesekan (m)
L
: panjang pipa (m)
D
: diameter hidroulik dari pipa (m)
V
: kecepatan rata-rata aliran (m/s)
g
: percepatan grafitasi
f
: koefisien gesek
Pengaturan variasi kecepatan
udara Ukur kecepatan udara menggunakan anemometer
Catat perbedaan tinggi air dalam pipa ukur
Analisa hasil pengujian
selesai
Gambar2. Flowchart Metode Penelitian
3.2. Rancangan percobaan Dalam proses penelitian tahap pertama adalah mengetahui variabel tetap yang kita gunakan. Dalam penelitian ini mengambil kecepatan udara sebagai variabel tetap,dengan variasi kecepatan 11,8 m/s, 11,6 m/s, 11,2 m/s, 10,7 m/s, 10,5 m/s dan 9,7 m/s dengan mengatur voltasetegangan listrik pada alat regulator AC
5
3.3. Pengukuran Alat dan Bahan Pada rancangan ini pengambilan data bertujuan untuk mengatahui kehilangan tekanan udara yang terjadi pada pipa dengan cara mengukur perbedaan tekanan pada setiap segmen pada pipa udara tersebut. Pipa di bagi menjadi 9(Sembilan) segmen dan setiap segmen diukur tekanan ststisnya sehingga diketahui perubahan dari segmen ke segmen Sifat fisik dasar aliran udara yang dapat dipakai untuk menganalisa aliran udara dalam pipa terutama adalah tekanan, temperature, massa jenis, viskositas, kemudian sifat fisik pipa, antara lain adalah diameter dan kekasaran permukaan aliran fluida dirancang laminer pada kecepatan subsonic
Gambar4. Dimensi alat kerugian tekanan aliran udara dalam pipa
3.3.1
Air Blower Air Blower ini sebagai alat pembantu untuk memberikan tekanan aliran udara yang melalui pipa, yaitu dihubungkan dengan kipas yang berguna untuk menghisap udara dari saluran masuk. Air Blower yang dipakai adalah: Merk
: Krissbow
Power
: 550 Watt
Voltase Rpm
: 220 V – 240 V : 2900/3000 r/min
Gambar 3.Rancangan alat kerugian tekanan aliran udara dalam pipa
Alat uji kehilangan tekanan udara di dalam pipa ini untuk mengetahui kehilangan tekanan udara yang mengalir di dalam instalasi pemipaan udara yang disebabkan karena panjangnya pipa yang di gunakan dan kerugian gesek. Aliran udara dapat ditemui pada sistem pemipaan baik pada sistem aliran terbuka maupun aliran tertutup kemudian dikenaldengan sistem tunggal maupun sistem sirkuit.Sistem tunggal jika terjadi aliran udara hanya sekali terjadi melewati pipa tersebut, misalnya adalah pada sistem sirkulasi udara ruangan yang menggunakan blower.Sedangakan pada system sirkuit terjadi jika aliran uadar tersebut terjadi berulang uang atau bersirkulasi ulang, misalnya pada ruangan yang ber AC.
Gambar 5.Air Blower
3.3.2 Tabung U Untuk mengetahui perbedaan tekanan pada masing - masing segmen penelitian ini menggunakan tabung U atau manometer air
6
balik(AC) menjadi sumber tegangan (AC) yang dapat di atur luarannya dengan frekuensi tetap.
Gambar 6. Tabung U
Gambar 7. Regulator tegangan
Spesifikasi tabung U adalah sebagai berikut: Diameter dalam Diameter luar
= 7,5mm = 9 mm
Pipa menggunakan warna yang bening tujuannya adalah untuk mempermudah dalam pengukuran selisih ketinggian air yang ada didalam pipa tersebut saat ada aliran udara yang mengalir. Untuk mempermudah pengambilan data dalam pengukuran selisih ketinggian air dalan pipa bening maka jarak air dari atas meja di buat dengan ketinggian 10 cm. jarak antar alat ukur/manometer satu dengan yang lainnya adalah 20 cm. 3.3.3 Regulator Fungsi regulator dalam perancangan ini adalah untuk mengatur tegangan arus yang masuk kedalam motor listrik untuk menghasilkan putaran yang berbeda beda .Dengan adanya putaran yang berbeda pada motor maka putaran pada kipas juga berbeda, aliran udara yang masuk ke pipa juga berbeda. Ada dua jenis rangkaian pengaturan tegangan bolak balik(AC REGULATOR), jika ditinjau dari frekuensi luaran yag dihasilkan yaitu: 1. Rangkaian pengaturan tegangan bolak balik dengan hasil luran frekuensi yang tetap seperti sumbernya. 2. Rangkaian pengaturan tegangan bolak balik dengan hasil keluaran frekuensi yang dapat diatur. Rangkaian pertama disebut dengan pengatur tegangan bolak balik (ac regulator), yaitu suatu rangkaian elektronika daya yang dapat mengubah sumber tegangan bolak
Rangkaian kedua disebut cyclonverter, yaitu suatu rangkaian elektronika daya yang dapat mengubah sumber tegangan bolak balik menjadi tegangan AC dengan frekuensi yang dapat di atur luarnya.Komponen semikonduktor daya yang digunakan umumnya beroperasi sebagai sakelar dan pengatur.Jenis sumber tegangan masukan mengacu rangkaian, baik AC regulator maupun cycloconverter, dapat digunakan tegangan bolak balik baik satu fasa maupun tiga fasa.AC regulator dikenal juga dengan nama AVR(Automatic Voltage Regulator), berfungsi untuk menjaga agar tegangan generator tetap konstan dengan kata lain regulator tetap mengeluarkan tegangan yang selalu stabil tidak terpengaruh pada perubahan beban yang selalu berubah ubah, dikarenakan beban sangat mempengaruhi tegangan output. 3.4. Pengaturan variasi kecepatan udara Pada proses penelitian ini dalam pengaturan variasi kecepatan udara menggunakan regulator AC untuk mengatur voltase yang masuk pada motor listris sehingga kecepatan udara yang di hasilkan oleh putaran kipas atau blower dapat di atur. 3.5. Pengukuran kecepatan udara menggunakan anomometer Dalam pengukuran kecepatan udara yang di hasilkan dalam proses penelitian ini penulis menggunakan alat anemometer yang di letakan pada ujung ducting. 3.6. Pencatatan perbedaan tinggi air dalam pipa ukur 7
Tahap selanjutnya dalam proses peneliyian ini adalah mengukur perbedaan tinggi level air pada tabung U disetiap masing – masing segmen dengan mengunakan jangka sorong. 3.7. Analisa Hasil Menganalisa hasil pengujian dari alat perancangan kerugian tekanan aliran udara dalam pipa.Menentukan kesimpulan dari perancangan alat kerugian tekanan aliran udara dalam pipa. 4. HASIL DAN ANALISA 4.1. Data Hasil Pengujian Pengujian alat analisa kerugian tekanan aliran udara dalam pipa menggunakan beberapa ketentuan antara lain adalah: a. Variasi kecepatan aliran udara yang diambil adalah 11,8 m/s, 11,6 m/s, 11,2 m/s, 10,7 m/s, 10,5 m/s dan 9,7 m/s b. Jarak antar manometer adalah 200mm, 400 mm, 600 mm, 800 mm, 1000 mm, 1200 mm, 1400 mm, 1600 mm, 1800 mm c. Pipa penampang aliran udara adalah persegi dengan dimensi 0,2 m x 0,2 m d. Pengukuran selisih ketinggian air pada manometer menggunakan jangka sorong. e. Pengujian dilakukan pada sisi tekan
Gambar IV.1 Gambar Grafik jarak vs Head
4.2 Analisis Grafik Head Dari Gambar IV.1 yang terbentuk maka dapat di analisis hubungan jarak dan head adalah berbanding terbalik semakin jauh jarak segmen semakin kecil head yang di hasilkan, hal ini di pengaruhi oleh faktor gesek disepanjang pipa atau segmen. Hal ini sesuai dengan persamaan darcy weisbach
dimana : h : head loss akibat gesekan (m) L : panjang pipa (m) D : diameter hidroulik dari pipa (m)
Hasil yang didapat dari pengujian yang didapatkan di tampilkan dalam tabel dibawah.
V : kecepatan rata-rata aliran (m/s)
Tabel. IV.1 Data Head hasil pengujian
f : koefisien gesek
kecepatan (m/s)
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
11,8
11,6
11,2
10,7
10,5
9,7
8,45 8,2 7,8 7,6 7,3 7,1 7,25 6,6 6,4
8,05 7,8 7,4 7,2 6,9 6,7 6,7 6,2 6
7,85 7,6 7,2 6,95 6,6 6,35 6,55 5,85 5,6
7,6 7,35 6,95 6,7 6,3 6 6,15 5,45 5,2
7,35 7,1 6,7 6,45 6,05 5,75 5,95 5,15 4,9
6,95 6,65 6,3 6 5,5 5,2 5,35 4,6 4,3
g : percepatan grafitasi
Dari rumus tersebut nilai ( f )berbanding lurus dengan jarak (L) maka semakin besar nilai jarak (L) nilai koefisien gesek ( f ) juga akan semakin besar dimana akan menurunkan nilai Head (h). Head tertinggi pada segmen 1 pada kecepatan aliran udara 11,8 m/s dengan hasil 8,45 mm dan head terendah pada segmen 9 pada kecepatan aliran udara 9,7 m/s dengan hasil head 4.3 mm 4.3. Data Perhitungan Dari data dan tabel Head vs Jarak maka dapat digunakan untuk menghitung besarnya koefisien gesek di setiap segmen Langkah- langkah perhitungan Variasi kecepatan aliran udara 11.8 m/s 1. Segmen 1 Diketahui : 8
Kecepatan Aliran Udara ( v)
: 11.8 m/s
Kecepatan Aliran Udara rata rata : 5.9 m/s Panjang segmen (L)
: 0.2 m
Percepatan Gravitasi bumi ( g )
: 9.81 m/s2
Head loss akibat gesekan (hf )
: 0,00025 m
Karena pipa berpenampang persegi maka persamaan d adalah:
Gambar IV.2 Grafik kecepatan Vs Koefisien Gesek
4.4 Analisis Grafik Koefisien Gesek ( f ) Dari Gambar IV.2 yang terbentuk ketika kita bandingkan dengan bentuk grafik pada diagram moody maka terdapat kesamaan dimana semakin besar nilai kecepatan aliran fluida maka koefisien gesek yang ditimbulkan akan semakin rendah, maka dapat di analisis bahwa pengaruh kecepatan aliran terhadap koefisien gesek adalah berbanding terbalik karena semakin besar kecepatan aliran yang di timbulkan akan bidang kontak antara pipa dan fluida akan semakin kecil, sehingga akan mengakibatkan faktor gesekan atau koefisien gesek akan semakin kecil, hal ini sesuai dengan persamaan darcy weisbach :
Maka :
Hasil lengkap perhitungan gesek disajikan pada tabel 2.
koefisien maka
:
segmen 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,6 1,8
9,7 0,00025 0,00029 0,00025 0,00038 0,00025 0,00025 0,00025 0,00027
10,5 0,00018 0,00028 0,00018 0,00028 0,00021 0,00021 0,00018 0,00022
10,7 0,00017 0,00027 0,00017 0,00027 0,00021 0,00019 0,00017 0,00021
11,2 0,00016 0,00025 0,00016 0,00022 0,00016 0,00016 0,00016 0,00018
11,6 0,00015 0,00023 0,00012 0,00017 0,00012 0,00015 0,00012 0,00015
11,8 0,00014 0,00023 0,00011 0,00017 0,00011 0,00014 0,00011 0,00014
dimana : hf
: head loss akibat gesekan (m)
L
: panjang pipa (m)
D
: diameter hidroulik dari pipa (m)
V
: kecepatan rata-rata aliran (m/s)
g
: percepatan grafitasi
f
: koefisien gesek Dari rumus tersebut jika diasumsikan nilai h, L, D, g konstan maka dapat disimpulkan bahwa besarnya koefisien gesek berbanding terbalik dengan kecepatan aliran, semakin besar nilai kecepatan aliran maka nilai koefisien gesek akan semakin kecil.
9
5. PENUTUP 5.1. Kesimpulan Berdasarkan dari pengujian yang telah dilakukan pada alat praktikum kerugian tekanan aliran udara dalam pipa, maka dapat ditarik kesimpulanbahwa pengaruh kecepatan aliran terhadap koefisien gesek adalah berbanding terbalik karena semakin besar kecepatan aliran yang di timbulkan maka bidang kontak antara pipa dan fluida akan semakin kecil, sehingga akan mengakibatkan faktor gesekan atau koefisien gesek akansemakin kecil dan besarnya koefisein gesek berbanding lurus dengan head loss, maka pengaruh kecepatan aliran terhadap kerugian tekanan adalah berbanding terbalik. 6. DAFTAR PUSTAKA Giancoli, D.C., 2001, Fisika jilid 1, Erlangga, Jakarta Holman, J.P., Gajda Jr, W.J., 1985, Metode Pengukuran Teknik, Erlangga, Jakarta Halliday,D., 1996, Fisika 2, Erlangga, Jakarta Indrajit,D., 2009, Mudah dan Aktif Belajar Fisika, Grafindo Media Pratama, Bandung Koestoer, R.A., 2005, Pengukuran Teknik, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Jakarta Khurmi, R.S., Gupta, J.K., 1982, A Text Book Machine Design, Eurasia Publising House, New Delhi Munson, B.R., Young, D.F.,Okhiisi, T.H, 2003, Mekanika Fluida, Erlangga, Jakarta Olson, R.M., Wright, S.J., 1993, Dasar Dasar Mekanika Fluida Teknik edisi kelima, PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Soedrajat, S., 1983, Mekanika Fluida dan Hidrolika, Nova, Bandung Sularso, 1997, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, PT Pradnya Paramita, Jakarta Sularso.,Tahara,H., 2006, Pompa dan Kompresor,Pemilihan Pemakaian, dan Pemeliharaan, PT Pradnya Paramita, Jakarta
10
