MODUL III KEHILANGAN TINGGI TEKAN

MODUL III KEHILANGAN TINGGI TEKAN Pernahkah Anda membuka kran air dan mendapat air yang keluar sangat kecil? Padahal Anda yakin bak penampung air terisi penuh dan ketika Anda mencoba membuka kran lain dari penampungan air yang sama, air yang keluar cukup deras. Mengapa hal ini dapat terjadi?

Dalam modul ini akan dipelajari hilangnya kemampuan kerja (kehilangan tinggi tekan) aliran fluida karena gesekan serta sebab-sebab lainnya saat melalui suatu jaringan tata pipa.

3.1. Pendahuluan 3.1.1. Latar Belakang Kehilangan tinggi tekan suatu fluida dalam pipa dapat terjadi karena faktor gesekan (major losses) atau akibat faktor perubahan bentuk geometri pipa (minor losses). Kehilangan tinggi tekan yang akan dipelajari pada modul I ini adalah kehilangan tinggi tekan akbat: a. Faktor gesekan pipa lurus b. Kontraksi tiba-tiba c. Ekspansi tiba-tiba d. Tikungan pada pipa katup (valve) Dalam analisis perhitungan percobaan aliran pada pipa ini, digunakan berbagai acuan dasar rumus yang diambil dari: 1. Persamaan Kontinuitas (continuity equation) 2. Persamaan Bernoulli 3. Persamaan Darcy-Weisbach 4. Persamaan Blassius 5. Bilangan Reynolds (Reynolds series )

3.1.2. Tujuan Tujuan percobaan ini adalah 1.

Mempelajari pengaruh koefisien gesekan pada pipa.

2.

Menghitung besarnya kehilangan tinggi tekan akibat : a.

Gesekan pada pipa lurus,

b.

Ekspansi tiba-tiba,

c.

Kontraksi tiba-tiba,

d.

Tikungan.

12

3.2. Landasan Teori

3.2.1. Kehilangan Tinggi Tekan pada Pipa Lurus

Suatu pipa lurus dengan diameter (D) yang tetap, akan mempunyai kehilangan tinggi tekan akibat gesekan sepanjang pipa (L) sebesar: 𝐿𝑣 2

ℎ𝐿 = 𝑓 2𝐷𝑔

(3.1)

dimana: •

hL = kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (m)

•

f = koefisien gesek (tidak berdimensi)

•

L = panjang pipa (m)

•

D = diameter pipa (m)

•

v = kecepatan aliran (m/detik)

•

g = percepatan gravitasi (m/detik2 )

Persamaan di atas dikenal sebagai persamaan Darcy-Weisbach dengan f sebagai konstanta tidak berdimensi yang merupakan fungsi dari bilangan Reynolds dari aliran dan kekasaran permukaan pipa

3.2.2. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Ekspansi Tiba-tiba a.

Tanpa kehilangan tinggi tekan

Gambar 3.1 Ekspansi tanpa Kehilangan Tinggi Tekan

Persamaannya adalah:

(3.2)

13

b.

Dengan Kehilangan Tinggi Tekan

Gambar 3.2 Ekspansi dengan Kehilangan Tinggi Tekan

Persamaannya adalah: (𝑃1 −𝑃2 ) 𝛾

=

𝑉1 2 𝑔

𝐷

2

𝐷

4

[(𝐷1 ) − (𝐷1 ) ] 2

(3.3)

2

3.2.3. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Kontraksi Tiba-tiba a.

Tanpa kehilangan tinggi tekan

Gambar 3.3 Kontraksi tanpa Kehilangan Tinggi Tekan

Persamaannya adalah: (𝑃1 −𝑃2 ) 𝛾

=

𝑉2 2

𝐷

4

[1 − (𝐷2 ) ] 2𝑔

(3.4)

1

14

b.

Dengan kehilangan tinggi tekan

Gambar 3.4 Kontraksi dengan Kehilangan Tinggi Tekan

Persamaannya adalah:

(𝑃1 −𝑃2 ) 𝛾

=

𝑉2 2 2𝑔

[1 − (

𝐷2 4 𝐷1 4

1

2

) − ( − 1) ] 𝐶𝑐

(3.5)

Keterangan: 

Pi : Tekanan pada titik tinjau 1



P : Tekanan pada titik tinjau 2



V : Kecepatan fluida pada titik tinjau 1



V : Kecepatan fluida pada titik tinjau 2



Z : Ketinggian titik tinjau 1 dari datum



Z2 : Ketinggian titik tinjau 2 dari datum



γ : pg



p : Massa jenis fluida



g : Percepatan grafitasi

2

1

2

3.2.4. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Adanya Katup

Kehilangan Tinggi Tekan Akibat katup (hL) adalah

ℎ𝐿 =

(𝑃1 − 𝑃2 ) 𝜌𝑔

15

ℎ𝐿 𝑘𝑜𝑟𝑒𝑘𝑠𝑖 = 12,6 ℎ𝐿 Koefisien kehilangan energi K dan Kkoreksi adalah 2𝑔 𝐾 = ℎ𝐿 ( 2 ) 𝑉 2𝑔 𝐾𝑘𝑜𝑟𝑒𝑘𝑠𝑖 = ℎ𝐿 𝑘𝑜𝑟𝑒𝑘𝑠𝑖 ( 2 ) 𝑉

3.2.5. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Tikungan Pada Pipa

Keterangan -------------

=

Panjang lintasan

^----------^

=

Panjang yang diketahui

Rumus umum kehilangan tinggi tekan pada pipa:

ℎ𝐿 = 𝐾

𝑉2 2𝑔

dimana: • hL

= kehilangan energi akibat tikungan

• K

= koefisien kehilangan tinggi tekan

Kehilangan tinggi tekan di dalam pipa di tikungan dan sepanjang yang diamati (h T)

ℎ𝐿 = ℎ𝐿𝐵 + ℎ𝑓 Kehilangan tinggi tekan pada tikungan dibedakan atas dua macam: 1.

Akibat perubahan geometri (hLB) dengan koefisien tinggi tekan KB

2.

Akibat geometri dan gesekan pada tikungan % lingkaran (hLL) dengan koefisien kehilangan tinggi tekan KL a.

Akibat Perubahan Geometri Pipa

16

𝐾𝐵 = b.

(ℎ𝑇 −ℎ𝑓 )2𝑔

(3.6)

𝑉2

Akibat Gesekan Pipa 𝐾𝐿 =

2𝑔 𝑣2

(ℎ 𝑇 − [1 −

𝜋𝑅 2𝐿

] ℎ𝑓 )

(3.7)

dimana: •

g = percepatan gravitasi

•

R = jari-jari tikungan

•

L = panjang lintasan

•

hT = kehilangan tinggi tekan pada tikungan

•

hT = kehilangan tinggi tekan pada pipa lurus

17

3.3. Alat-Alat Percobaan Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah Suatu jaringan/sirkuit pipa, yang terdiri dari dua buah sirkuit yang terpisah, masing-masing terdiri dari komponen pipa yang dilengkapi selang piezometer. Dua sirkuit pipa itu adalah sirkuit biru dan sirkuit abu-abu.

Gambar 3.6 Jaringan/Sirkuit Pipa

3.4. Prosedur Kerja Prosedur kerja percobaan ini adalah 1.

Memeriksa tabung-tabung piezometer sehingga tidak ada udara yang terjebak di dalamnya. Prosedur ini dilakukan dengan jalan memompakan udara ke dalam tabung piezometer untuk menurunkan permukaan air di dalam tabung hingga didapat suatu ketinggian yang sama hingga memudahkan pengamatan.

2.

Sirkuit biru dalam keadaan tertutup, sirkuit abu-abu dibuka semaksimal mungkin guna mendapatkan aliran yang maksimum di sepanjang pipa.

3.

Membaca dan mencatat angka pada piezometer pipa 3 dan 4 untuk gesekan pipa lurus, piezometer pipa 7 dan 8 untuk ekspansi, pipa 9 dan 10 untuk kontraksi.

4.

Catat debit yang dihasilkan dengan prinsip kerja bangku hidrolik.

5.

Mengubah besar debit air dengan jalan mengatur kran pengatur masuk air pada sistem pipa dan catat

18

ketinggian tabung dan debit. Lakukan untuk beberapa pengamatan. 6.

Setelah selesai pada sirkuit abu-abu ganti ke sirkuit biru dengan jalan menutup kran pada sirkuit abu-abu dan buka kran pada sirkuit biru. Ikuti prosedur 2 sampai 4 untuk beberapa pengamatan.

Secara umum, prosedur kerja tersebut dapat terangkum dalam diagram alir sebagai berikut:

Gambar 3.7 Diagram alir prosedur kerja praktikum kehilangan tinggi tekan pada aliran melalui pipa

19

3.5. Pengambilan Data Data yang diperlukan dalam percobaan ini adalah debit yang dihasilkan dengan prinsip kerja bangku hidrolik dan bacaan pada piezometer. Untuk lebih jelasnya dalam pengambilan data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel di bawah ini: Tabel 3. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan

Jumlah Data No.

Lembar Data

Data yang Diambil

Simbol

Sat.

Total

Keterangan Temperatur pada saat praktikum berlangsung

Temperatur

T

°C

1

perhitungan yang

Tabel debit

membutuhkan data

(Modul I dan 1

Modul II)

digunakan pada seluruh

Waktu pengisian air

t

detik

1x perubahan debit = 8

Berat beban

W

kg

1

Baca peringatan pada temperatur flowchart Beban untuk bangku hidrolik disamakan untuk seluruh pengukuran debit

Tinggi air pada pipa

1

mm

tikungan standar

2

mm

Tinggi air pada

5

mm

tikungan siku tajam

6

mm

Tinggi air pada

11

mm

12

mm

13

mm

14

mm

Tinggi air pada

15

mm

tikungan, R = 50 mm

16

mm


3

mm

lurus sirkuit biru

4

mm


8

mm

KTT Pada Aliran lurus sirkuit abu-abu

9

mm

1x perubahan

7

mm

debit = 8

8

mm

9

mm

10

mm

TabelBacaan Piezometer 2

M : KTT odul IAliran Pada Melalui Belokan

tikungan, R = 100 mm Tinggi air pada tikungan, R = 150 mm

TabelBacaan Piezometer Modul II :

3

Melalui Pipa Lurus, Pelebaran, dan Penyempitan

Tinggi air pada ekspansi sirkuit abu- abu Tinggi air pada kontraksi sirkuit abu-abu

1x perubahan debit = 8

20

3.6. Pengolahan Data Tabel 3.2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No

Langkah

Formulir Pengamatan

. 1

Keterangan

Acuan Menghitung besar Debit (Q) Tabel data pada lihat dengan

prinsip

bangku lembar 1 dan 2

lampiran

prinsip

bangku

kehilangan • Lembar 2 Data Untuk hidraulik. a. Gunakan

2 hidrolis. Menghitung

tinggi tekan akibat gesekan ke empat grafik

b.

• Grafik 1.1 log h vs f

rumus 1.1.

Hitung h .

pipa biru

L

Hitung

besarnya

• Grafik 1.3 log h vs

bilangan

f

Reynolds (Re) c.

Hitung

log Q pipa abu-abu

besarnya

• Grafik 1.4 log f vs

koefisien

gesekan menurut Blassius

Re pipa abu- abu

d.3 Hitung besarnya kehilangan koefisien Lembar 2 Data a. Menghitung gesekan Darcy- Untuk Membuat tinggi tekanmenurut akibat ekspansi Grafik

Weisbach tiba-tiba: a.

Hitung kecepatan pada

c.

Hitung

d.

Hperhitungan vs

s

D yang telah

tekan

hasil

tinggi

perhitungan kehilngan

diketahui. b. Lembar 2 Data a.

Hitung perbedaan tinggi Untuk Membuat tinggi tekan akibat konstraksi Grafik

Hperhitungan

adanya kecepatan kehilangan Hitung padatinggi titik Hpengukuran

Hitung

tinggi

Berdasarkan Gunakan Grafik 1.6 Hasil

Persamaan Pengamata Kontinuita n.

vs

c.

akibat kontraksi

perbedaan

s Gunakan memasukka Gunakan n nilai Q1.2 dan rumus .

Cari harga koefisien kontraksi

D yang telah

Cc.

diketahui.

Hitung perbedaan tinggitekan perhitungan kehilangan

( he * 0 ). 5 tekan Menghitung

d.

b.

dengan

Hpengukuran akibat

kontraksi

Berdasarkan

Hasil

tinggi

Pengamata

kehilangan Lembar 1 Data a.

Hitungtekan tinggi perbedaan akibat tikungan tinggi: Untuk

Membuat b. c. tekan hasilkecepatan perhitungan tanpa Grafik K vs R/D a. Hitung aliran c. d. adanya kehilangan tinggi tekan ( he = 0 ).

Hperhitungan vs

dengan 1.3. rumus

tekan hasil pengukuran.

adanya

ekspansi

memasukka n nilai Q dan

adanya

Hpengukuran akibat

dengan

perbedaan

hasil

e.

Persamaan

Hitung

tekan 2 ( he tinjau (V2=) 0 ).

c.

Grafik 1.5

tekan hasil pengukuran.

tekan hasil perhitungan tanpa tiba-tiba:

b.

Gunakan

Kontinuita

tinggi

tekan ( hekehilangan * 0 ). 4 tinggi Menghitung

a.

vs

akibat ekspansi

perbedaan

dengan

d.

Hperhitungan

titik Hpengukuran

tinjau 1 (V1). b.

log Q pipa biru

• Grafik 1.2 f vs Re

pada pipa lurus : a.

Nama Gambar/Grafik

e.

-n. Gunakan

Grafik 1.7 K vs R/D

rumus 1.5. Gunakan

rumus 1.4.

21

No.

Langkah

Formulir Pengamatan Acuan

(V) pada tikungan b.

Hitung

besarnya

bilangan

Keterangan d.

-

e.

Gunakan

rumus 1.6.

Reynolds (Re) c.

Hitung koefisien gesekan (f)

f.

Gunakan

menurut Blassius d.

Nama Gambar/Grafik

rumus 1.7.

Hitung kehilangan tinggi tekan total hT (dari selisih piezometer untuk

tikungan),

menghitung

kehilangan tinggitekan akibat gesekan (hf). e.

Hitung kehilangan tinggi tekan akibat

perubahan

3.7. Analisis Data (tikungan),

geometri

yaitu

hLB.,

menghitung besarnya KB. Darif.hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis Hitung besarnya K L. sebagai berikut: Tabel 3.3 Grafik dan Analisis

No. 1

Grafik Grafik 1.1 log hf Vs Log Q untuk pipa • lurus

2

Hal-hal yang Perlu Dianalisis

Grafik 1.2 fblasisus dan fdarcy-weisbach

vs Re untuk pipa lurus

Tujuan pembuatan grafik tersebut.

•

Hubunganlog h dan logQ

•


•

Hubunganfdengan Re

f

•

Hubungan/perbedaan nilai fblasisus dan fdarcy-weisbach

3

Grafik 1.3 Hperhitungan vs Hpengukuran

•


4

untuk ekspansi tiba-tiba Grafik 1.4 Hperhitungan vs Hpengukuran

• •

Hubungan/perbedaan Hperhitungan dan Hpengukuran Tujuan pembuatan grafik tersebut.

5

untuk kontraksi tiba-tiba Grafik 1.5 K vs R/D pada tikungan

• •

Hubungan/perbedaan nilai Hperhitungan dan Hpengukuran Tujuan pembuatan grafik tersebut.

•

Hubungan/perbedaan nilai K dan K B

L

3.8. Kesimpulan Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.

3.9. Daftar Pustaka Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

22

FORMULIR PENGAMATAN Modul II: KEHILANGAN TEKAN PADA ALIRAN MELALUI BELOKAN DALAM SALURAN TERTUTUP Praktikan: Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil No. Kelompok:

Lembar -1/2

No

Nama

NIM

Paraf

TANGGAL PRAKTIKUM

1 Asisten :

2 3 4 5

TANGGALTERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN :

( ................................ )

Data alat • •

Diameter pipa sirkuit biru = 13.6 mm Diameter pipa sirkuit abu-abu = 26.2 mm Jam

No. Percobaan

Jam Pengukuran Debit dan Temperatur Waktu t (detik)

Berat W (kg)

Debit Q (l/dt)

Suhu T (o)

No. Percobaan

Pengukuran Debit dan Temperatur Waktu T (detik)

Berat W (kg)

Debit Q (l/dt)

Suhu T (o)

5

1 2 3 4

6 7 8

No. Percobaan 1

2

3

Jam

Bacaan Piezometer Standar, (l) = .................... mm 1 2

Ah

Siku tajam, (l) = ..................... mm 5 6

Ah

R : 100 mm, (l) = ....................... mm 11 12

Ah

R : 150 mm, (l) = ..................... mm 13 14

Ah

R : 50 mm, (l) = ..................... mm 15 16

Ah

Standar, (l) = .................... mm 1 2

Ah

Siku tajam, (l) = ..................... mm 5 6

Ah

R : 100 mm, (l) = ....................... mm 11 12

Ah

R : 150 mm, (l) = ..................... mm 13 14

Ah

R : 50 mm, (l) = ..................... mm 15 16

Ah

Standar, (l) = .................... mm 1 2

Ah

Siku tajam, (l) = ..................... mm 5 6

Ah

R : 100 mm, (l) = ..................... mm 11 12

Ah

R : 150 mm, (l) = ..................... mm 13 14

Ah

R 50 mm, (l) = ......................... mm 15 16

Ah

R....... Mm, (l) = ................... mm Ah

R....... mm, (l) = ....................mm Ah

R mm, (l) = ............................mm Ah

23

No. Jam

Bacaan Piezometer

Perco baan 4

Standar, (l) = .................... mm 1

2

Siku tajam, (l) = ..................... mm Ah

R 100 mm, (l) = ....................... mm 11

12

5

16

2

12

6

16

2

12

7

16

2

12

8

16

2

12

16

Ah

5

6

Ah

13

14

Ah

Ah

5

6

Ah

R 150 mm, (l) = ....................... mm Ah

13

14

Ah

R ....... mm, (l) = ....................mm Ah

Ah Siku tajam, (l) = ..................... mm

Ah

5

6

Ah

R 150 mm, (l) = ....................... mm Ah

R 50 mm, (l) = ....................... mm 15

Ah

Siku tajam, (l) = ..................... mm Ah

R 100 mm, (l) = ....................... mm 11

14

R ....... mm, (l) = ....................mm

Standar, (l) = .................... mm 1

13

Ah

R 50 mm, (l) = ....................... mm 15

Ah

R 150 mm, (l) = ....................... mm Ah

R 100 mm, (l) = ....................... mm 11

6

Siku tajam, (l) = ..................... mm Ah

Standar, (l) = .................... mm 1

5

R ....... mm, (l) = ....................mm

R 50 mm, (l) = ....................... mm 15

Ah

Ah

R 100 mm, (l) = ....................... mm 11

Ah

R 150 mm, (l) = ....................... mm Ah

Standar, (l) = .................... mm 1

14

Siku tajam, (l) = ..................... mm Ah

R 50 mm, (l) = ....................... mm 15

Ah

R ....... mm, (l) = ....................mm

R 100 mm, (l) = ....................... mm 11

13

Ah

Standar, (l) = .................... mm 1

6

R 150 mm, (l) = ....................... mm Ah

R 50 mm, (l) = ....................... mm 15

5

13

14

Ah

R ....... mm, (l) = ....................mm Ah

Ah

24

FORMULIR PENGAMATAN Modul II: KEHILANGAN TEKAN PADA ALIRAN MELALUI PIPA LURUS, PELEBARAN DAN PENYEMPITAN Praktikan: Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil No. Kelompok: .................................................................................................................................. Lembar - 2/2 No

Nama

NIM

Paraf

TANGGAL PRAKTIKUM

1 2

Asisten :

3 4 5

TANGGALTERAKHIR PEMASUKANLAPORAN :

(.......................... )

Data alat Diameter pipa sirkuit biru Jarak antara titik 3 dan titik 4 Diameter pipa sirkuit abu-abu Jarak antara titik 8 dan titik 9

Jam

No.

Pengukuran Debit & Temperatur Waktu

Per-

= 13.6 mm = 914.4 mm = 26.2 mm = 914.4 mm

No.

Berat

Debit

Suhu

Per-

Q

T

coba-

o

an

coba

t

W

an

(detik)

(kg)

(l/dt)

()

1 2 3 4

Jam

Pengukuran Debit & Temperatur Berat

Debit

Suhu

t

W

Q

T

(detik)

(kg)

(l/dt)

(o)

Waktu

5 6 7 8

No. Jam

Bacaan Piezometer

Percobaan 1

Ah

Pipa lurus sirkuit abu-abu 8 9 Ah

Pelebaran sirkuit abu-abu 7 8 Ah

Penyempitan sirkuit abu-abu 9 10 Ah

3

2 3

7 3 3

7

Pipa lurus sirkuit biru 4


Ah

8

Pipa lurus sirkuit abu-abu 9 Ah

Pelebaran sirkuit abu-abu 8 Ah

9

Penyempitan sirkuit abu-abu 10 Ah

Ah

8



9



25

No. Jam

Bacaan Piezometer

Perco Baan 4 3

7 5 3


Ah

8



9


8



Ah




Pipa lurus sirkuit abu-abu 8 9 Ah

6 3

7 7 3

7 8 3

Ah


9


Ah

8



9


8




Ah



26

MODUL III KEHILANGAN TINGGI TEKAN

Recommend Documents