KARAKTERISTIK ALIRAN LUMPUR(SULRRY) PADA PIPA 12,7 mm Ridwan ST, MT *), Sunyoto ST,MT *) Muhammad Alhabah**) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma Depok, Indonesia
Abstraksi Fluida lumpur mempunyai banyak jenis yang terdiri dari banyak campuran material dimana ditunjukan sebagai fluida non-Newtonion atau fluida viscoelastic. Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji sifat-sifat kekentalan aliran dan membuat kurva aliran untuk lumpur dengan menggunakan pipa bulat. Diameter tabung adalah 12.7 mm. tegangan geser dan gradient kecepatan didapatkan dengan perhitungan, dari data pengukuran variasi kecepatan aliran pada masing-masing gradient tekanannya. Nilai power low eksponen di dapat untuk masing-masing perubahan konsentrasi larutan lumpur. Hasil menunjukan kekentalan sesaat dari larutan lumpurtidak proposional dengan tegangan geser dan gradient kecepatan tetapi berhubungan dengan model power law. memindahkannya.
PENDAHULUAN Aliran
dalam
suatu
pipa
Banyak
faktor
yang akan mempengaruhi kekentalan
berfungsi untuk memindahkan fluida
dari
dari suatu tempat ke tempat yang lain.
temperatur, kandungan zat dalam
Pada umumnya fluida yang akan di
fluida tersebut dan lain sebagainya.
suatu
fluida,
antara
lain
pindahkan memiliki nilai kekentalan
Fluida secara umum dapat
yang berbeda-beda. Nilai kekentalan
dibedakan menjadi dua bagian yaitu
ini sangat penting untuk diketahui
fluida Newtonion dan fluida Non-
agar dapat menentukan kebutuhan
Newtonion yang mempunyai sifat
energi yang diperlukan. Disamping itu
yang sangat berbeda. Untuk fluida
pula
Newtonion
kekentalan
fluida
ini
akan
viskositasnya
tidak
menentukan sember energi yang akan
mengalami perubahan ketika ada gaya
digunakan
yang
pompa
untuk 1
bekerja
padanya,
viskositas
fluida ini akan mengalami perubahan
mula-mula
jika terjadi perubahan temperatur.
berdeformasi (biasanya sangat kecil),
Mud
Slurry
(lumpur)
benda
itu
akan
tetapi tidak akan terus menerus
merupakan salah satu contoh fluida
berdeformasi
Non-Newtonion
akan
cairan seperti air, minyak, dan udara
mengental seiring dengan waktu. Pada
memenuhi definisi dari sebuah fluida.
kasus
lumpur
Secara umum fluida dibagi menjadi
bercampur dengan clay sehingga tidak
dua, yaitu statika fluida dan dinamika
begitu mudah untuk dialirkan karena
fluida. Statika fluida adalah fluida
lumpur ini akan cendrung mengendap
yang tidak bergerak (diam), dinamika
sehingga membentuk padatan/sludge
fluida adalah fluida yang bergerak.
yang tidak bisa dialirkan sama sekali.
Dalam penerapannya, fluida tidak
Kondisi
terlepas dari viskositas.
fluida
lumpur
ini
slurry
ini
dipersulit
dengan
(mengalir).
Namun,
kandungan padatan yang lebih tinggi pada material yang telah terakumulasi
Macam-macam Aliran Fluida
dibanding dengan lumpur segar pada
Mekanika fluida adalah ilmu
pusat semburan
yang mempelajari tentang tipe-tipe aliran fluida dalam medium yang berbeda-
LANDASAN TEORI
beda. Aliran fluida terbagi atas beberapa Definisi Fluida
kategori, dibagi berdasarkan sifat-sifat
Fluida didefinisikan
secara sebagai
khusus zat
yang paling dominan dari aliran tersebut,
yang atau berdasarkan jenis dari fluida yang
berdeformasi terus menerus selama dipengaruhi suatu tegangan geser.
terkait.
Sebuah tegangan geser terbentuk apabila
sebuah
bekerja
pada
gaya
sebuah
Berdasarkan pergerakannya aliran fluida
tangensial terdiri dari :
permukaan.
Apabila benda-benda padat biasanya seperti baja atau logam-logam lainnya dikenai oleh suatu tegangan geser, 2
•
Steady Flow
lintasannya. Ini terjadi apabila
Steady flow merupakan suatu
luas penampang medium fluida
aliran
juga berubah.
fluida
dimana
kecepatannya tidak terpengaruh
•
•
oleh perubahan waktu, sehingga
liran Laminer
kecepatan konstan pada setiap
Aliran
titik pada aliran tersebut.
sebagai aliran dengan fluida yang
Non Steady Flow
bergerak dalam lapisan-lapisan,
Non steady flow terjadi apabila
atau lamina-lamina dengan satu
ada suatu perubahan kecepatan
lapisan meluncur secara merata.
pada aliran tersebut terhadap
Dalan
perubahan waktu.
viskositas
Uniform Flow
meredam
Uniform flow merupakam aliran
kecenderungan
fluida yang terjadi besar dan arah
gerakan relative antara lapisan.
dari
Sehingga
vektor-vektor
kecepatan
laminar
aliran
didefinisikan
laminar
berfungsi
ini untuk
kecenderunganterjadinya
aliran
laminar
pasti
hukum
tidak berubah dari suatu titik ke
memenuhi
titik berikutnya dalam aliran
viskositas Newton, yaitu:
fluida tersebut. •
τ =µ
Non Uniform Flow
du dy
Aliran ini terjadi jika besar dan arah
vektor-vektor
dimana :
kecepatan
τ
fluida selalu berubah terhadap
= tegangan geser
dialiri fluida (Pa)
3
µ
=
Dalam keadaan aliran turbulen
viskositas
maka turbulensi yang terjadi
dinamik fluida (Pa.det) du/dy =
mengakibatkan tegangan geser
gradient
yang merata diseluruh fluida
kecepatan (1/det)
sehingga menghasilkan kerugiankerugian aliran.
Gambar 2.1 Distribusi kecepatan aliran laminar pada pipa tertutup •
Aliran Turbulen Aliran
turbulen
sebagai
aliran
didefinisikan yang
pergerakan
partikel-partikel
fluida
tidak
sangat
Gambar 2.2
dimana
Distribusi kecepatan aliran turbulen Dalam pipa tertutup pada arah aksial
menentu •
karena mengalami pencampuran
Aliran Transisi Aliran transisi merupakan aliran
serta
putaran
partikel
antar peralihan dari aliran laminar ke
lapisan,
yang
mengakibatkan aliran turbulen.
saling tukar momentum dari satu Aliran
berdasarkan
bagian fluida kebagian fluida dicompres yang lain dalam skala yang besar.
4
bisa
tidaknya
•
•
Compressible
flow,
di titik-titik yang bersesuaian
dimana
aliran ini merupakan aliran yang
mempunyai
mampu mampat.
konstan.
perbandingan
Incompressible flow, aliran tidak
Persamaan-persamaan ang berkaitan
mampu mampat.
dengan aliran fluida
Persamaan kontinuitas
Bilangan Reynolds
ρ . A.V = m = kons tan ............(2.10)
Bilangan Reynolds digunakan untuk menentukan sifat pokok aliran,
dimana:
apakah aliran tersebut laminar, transisi
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
atau turbulen. Osborne Reynolds telah
A = luas penampang yang dilalui
mempelajari
untuk
fluida (m2)
mencoba
menentukan bila dua situasi aliran yang
V = kecepatan aliran fluida (m/s)
berbeda akan serupa secara dinamik bila
Karena pada aliran incompressible tidak
memenuhi:
ada perubahan aliran massa jenis maka
1. Kedua aliran tersebut serupa
berlaku:
secara geometrik, yakni ukuran-
A.V = Q = kons tan ...................(2.11)
ukuran linier yang bersesuaian mempunyai perbandingan yang
dimana:
konstan. 2. Garis-garis
Q = debit aliran (laju volumetrik) aliran
yang
bersesuaian adalah serupa secara geometrik, atau tekanan-tekanan
5
Persamaan Bernoulli
D = diameter pipa (m)
⎛P⎞ ⎛V2 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟+⎜⎜ ⎟⎟+g.z =kons tan ⎝ρ⎠ ⎝ 2 ⎠
V = kecepatan rata-rata aliran
...... (2.12)
(m/detik)
dimana : P
g = percepatan gravitasi (m/s2) = tekanan pada suatu titik
f
aliran fluida (N/m2)
=
friction
factor
(tidak
berdimensi)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
untuk mencari f (factor gesekan)
V = kecepatan fluida (m/s)
Aliran laminar
g = percepatan grafitasi (m/s2) z
= tinggi suatu titik dari
f =
permukaan (m)
64 ..............................(2.14) NR
Aliran turbulen
Aliran di Dalam pipa
Dalam aliran takmampu mampat
f =
(incompressible) stedi didalam pipa,
Pada
dinyatakan dalam kerugian tinggi-tekan
analisa
simulasi
atau
eksperimen aliran fluida didalam pipa
atau penurunan tekanan (pressure drop).
ketika berada disekitar pintu masuk
Untuk perhitungan didalam pipa pada
kecepatan aliran diandaikan seragam
umumnya dipakai persamaan Darcy
atau belum berkembang penuh. Untuk
Weisbach. hf = f ⋅
0,316 ………………(2.15) R1 / 4
mencari aliran berkembang penuh dapat 2
L V (m) ........................ (2.13) ⋅ D 2⋅ g
dicari dengan rumus sebagai berikut:
Le = 0,06. Re D
dimana : L = panjang pipa (m)
Untuk
aliran laminar ....................... (2.16) 6
plastik dan pipa fiber glass). Pada
1 Le = 4,4. Re 6 Untukaliranturbulen ...... (2.17) D
pengilangan umumnya pipa bertekanan
Jenis pipa
rendah dan pipa dibawah 2” sajalah yang
Dari sekian banyak pembuatan
menggunakan sambungan lurus.
pipa secara umum dapat dikelompokan menjadi dua bagian 1. Jenis
pipa
SIFAT-SIFAT FLUIDA
tanpa
(pembuatan
sambungan
pipa
Ada beberapa sifat-sifat fluida yang perlu diketahui antara lain:
tanpa
1. Density
sambungan pengelasan) 2. Jenis pipa dengan sambungan (pembuatan
pipa
Semua
fluida
density
ini,
memiliki yang
sifat
dimaksud
dengan densitas adalah jumlah
dengan
zat yang terkandung di dalam
pengelasan)
suatu unit volume, densitas dapat dinyatakan dalam tiga bentuk yaitu :
Sambungan Perpipaan
Sambungan
perpipaan
a. Densitas massa
dapat
Perbandingan jumlah massa
dikelompokan sebagai berikut: 1. Sambungan
dengan
jumlah
Dapat
dirumuskan
volume. dalam
persamaan sebagai berikut :
menggunakan pengelasan 2. Sambungan
dengan
ρ=
dengan
m ………………( 2.13) v Dimana m adalah massa dan
menggunakan ulir
v adalah volume, unit density Selain
sambungan
seperti
diatas, adalah
terdapat pula penyambungan khusus yang
menggunakan
kg dan dimensi dari m3
densitas ini adalan ML-3.
pengeleman
harga
(perekat) serta pekeleman (untuk pipa
standarnya
pada
tekanan p = 1.013 x 105 N/m2 7
dan temperatur T = 288.15 K
dapat dinyatakan dalam bentuk Cw yang
untuk air adalah 1000 kg / m3
artinya persentase konsentrasi padatan
b. Berat spesifik
yaitu perbandingan presentase antara
Berat spesifik adalah nilai densitas
massa
dengan
gravitasi,
dirumuskan
padatan dengan air sebagai pelarut.
dikalikan dapat
2. Viskositas
dengan
Viskositas
persamaan :
adalah
sifat
(kekentalan) fluida
yang
mendasari diberikannya tahanan
γ = ρ .g ………………...(2.14)
terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut. Hukum viskositas
Satuan dari berat spesifik ini adalah
Newton
N , dan dimensi dari m3
menyatakan
bahwa
untuk laju aliran maka viskositas
berat spesifik ini adalah ML-
berbanding
3 -2
tegangan geser ini berlaku pada
T dimana nilai γ air adalah 3
3
9.81 x 10 N/m .
lurus
dengan
fluida Newtonian.
c. Densitas relatif
Pada dasarnya viskositas
Densitas relatif disebut juga
ini disebabkan karena kohesi dan
spesific grafity (s.g) yaitu
pertukaran momentum molekuler
perbandingan antara densitas
diantara lapisan layer fluida pada
massa dengan berat spesifik
saat
suatu zat terhadap densitas
mengalir.viskositas
massa atau berat spesifik dari
dipengaruhi oleh banyak hal
suatu zat standar, dimana
antara
yang dianggap memiliki nilai
konsentrasi
zat standar adalah air pada
partikel dan sebagainya.
0
temperatur 4
C. densitas
fluida
ini
temperatur,
larutan,
bentuk
bentuk, yakni :
satuan. fluida
lain
tersebut
Viskositas dinyatakan dalam dua
relatif ini tidak memiliki Pada
fluida
1. Viskositas dinamik (µ) Non-Newtonian
Viskositas dinamik adalah
khususnya slurry density dari fluida
perbandingan tegangan geser
8
dengan laju perubahannya,
kekentalan (viscosity) merupakan fungsi
besarnya
nilai
daripada waktu. Fluida Non-Newtonian
dinamik
tergantung
viskositas dari
ini tidak mengikuti hukum Newton
faktor-faktor diatas tersebut,
tentang aliran. Sebagai contoh dari fluida
untuk viskositas dinamik air
Non-Newtonian ini antara lain : cat,
pada
minyak pelumas, lumpur, darah, obat-
temperatur
standar
lingkungan (27oC) adalah 8.6
obatan cair, bubur kertas, dsb.
x 10 -4 kg/m.s Berikut ini ada beberapa model 2. Viskositas kinematik
pendekatan untuk fluida Non-Newtonian
Viskositas
kinematik
merupakan
perbandingan
: a. Bingham plastic Bingham plastic adalah suatu
viskositas dinamik terhadap kerapatan(density)
model pendekatan fluida Non-Newtonian
massa
jenis dari fluida tersebut.
dimana
Viskositas
tergantung pada shear stress dari fluida
terdapat
kinematik dalam
ini
tersebut,
beberapa
Reynolds
merupakan
bilangan
berdimensi.nilai
tak
pastic ini ditunjukan oleh persamaan
pada
τ =τ y + µp
temperatur
standar
lama
Persamaan untuk model Bingham berikut ini:
air
semakin
sangat
yang
viskositas
kinematik
dimana
akan
viscositasnya akan menjadi konstan.
penerapan antara lain dalam bilangan
viscositasnya
(27oC)
adalah 8.7 x 10-7 m2/s.
Fluida Non-Newtonian
Fluida Non-Newtonian adalah fluida yangtidak tahan terhadap tegangan geser (shear stress), gradient kecepatan (shear rate) dan temperatur. Dengan kata lain
9
∂u ………………….(2.2) ∂y
Gambar 2.1. Distribusi Kecepatan Bingham plastic fluid pada pipa b. Pseudoplastic Pseudoplastis pendekatan
adalah fluida
suatu
Gambar 2.2. Distribusi Kecepatan model
pseudoplastis fluid pada pipa
Non-Newtonian
c. Dilatant
dimana viscositasnya cendrung menurun
Dilatan
adalah
suatu
model
tetapi shear stress dari fluida ini akan
pendekatan
semakin meningkat.contoh fluida ini
dimana viscositas dan shear stress dari
adalah vinil acetate/vinylpyrrolidone co-
fluida ini akan cendrung mengalami
polymer
peningkatan.contoh dari fluida jenis ini
( PVP/PA).
Persamaan
untuk
model
ini
fluida
Non-Newtonian
adalah pasta
ditunjukan sebagai berikut ini :
Persamaan
untuk
model
ditunjukan sebagai berikut ini :
n
⎛ ∂u ⎞ τ = K ⎜⎜ ⎟⎟ , n<…..............(2.3) ⎝ ∂y ⎠
n
⎛ ∂u ⎞ τ = K ⎜⎜ ⎟⎟ , n>1..............(2.4) ⎝ ∂y ⎠
10
ini
Penggolongan lainnya untuk fluida NonNewtonnion adalah : a. Thixotropic (Shear thining), fluida dimana viscositasnya seolah-olah
semakin
lama
semakin berkurang meskipun laju gesernya tetap. Apabila
Gambar.2.3 Kurva aliran hubungan
terdapat gaya yang bekerja
antara shear stress dan gradien kecepatan
pada
fluida
ini
maka
Kurva
viscositasnya akan menurun
(shear rate) pada fluida thixotropic dan
dan berbagai jenis jel.
rheotropic
(shear adalah
fluida
Persamaan – persamaan Fluida
yang viscositasnya seolaholah
makin
lama
makin
1. Laju Aliran Volume
besar. Sebagai contoh adalah minyak
Laju aliran volume disebut juga
pelumas dimana
viscositasnya
dengan debit aliran (Q) yaitu
akan
jumlah volume aliran per satuan
bertambah besar saat minyak
waktu.
pelumas tersebut mengalami
padanya
yang
maka
aliran
dapat
Q = A.V……………………(2.16)
fluida rheopectic jika ada gaya
Debit
dituliskan dalam persamaan :
guncangan. Dalam hal ini suatu
akan
(shear stress) dengan gradien kecepatan
campuran tanah liat (clay)
thickening),
ini
menunjukan hubungan tegangan geser
contoh fluida ini adalah cat,
b. Rheopectic
dibawah
Dimana Q adalah debit aliran
bekerja
dalam satuan m3/s, A adalah luas
viscositas
penampang pipa dalam satuan m2
fluida ini akan bertambah.
dan V adalah kecepatan aliran dalam
satuan
m/s.
Selain
persamaan diatas debit aliran juga dapat di hitung dengan persamaan 11
:Q =
Dimana :
v ………………..(2.17) t
V
Dimana Q adalah debit aliran [m /s], v adalah volume aliran
vc
3
[m ] dan t adalah satuan waktu
rata-rata
= kecepatan aliran pada
titik pusat pipa [m/s]
[s]
v
2. Distribusi kecepatan
= kecepata aliran dalam
jarak r atau y [m/s]
Distribusi kecepatan merupakan aliran
kecepatan
aliran [m/s]
3
distribusi
=
dalam
r
pipa
= kecepatan aliran v dari
titik pusat diameter dalam pipa [m]
terhadap jarak aliran terhadap
y
permukaan pipa. Distribusi aliran
= jarak kecepatan aliran v
dari permukaan dalam pipa [m]
ini berbeda antara aliran laminer
R
= jari-jari pipa [m]
dan aliran turbulen. Distribusi
Untuk aliran turbulen, maka berlaku
aliran digunakan untuk melihat
persamaan :
profol aliran kecepatan dalam pipa
V 49 = …………………(2.20) vc 60 m
v ⎛ y⎞ = ⎜ ⎟ ………..…….(2.21) vc ⎝ R ⎠
Dimana : V
=
kecepatan
rata-rata
aliran [m/s]
Gambar 2.6 Kecepatan aliran laminer[7]
vc
= kecepatan aliran pada
titik pusat pipa [m/s] v
Untuk aliran laminer maka kecepatan
jarak r atau y [m/s]
berlaku : V =
y
1 vc …………..………….….(2.18) 2
⎛ ( R − y )2 ⎛ r2 ⎞ v = vc⎜⎜1 − 2 ⎟⎟ = vc⎜⎜1 − R ⎝ R ⎠ ⎝
= kecepata aliran dalam = jarak kecepatan aliran v
dari permukaan dalam pipa [m] R
⎞ ⎟ (2.19) ⎟ ⎠
12
= jari-jari pipa [m]
m
=
melaui pipa uji dan perbedaan head (∆h)
1 untuk Re lebih kecil 7
akan terbaca pada manometer.
5
dari 10
ALAT PENGUJIAN RANCANGAN ALAT UJI
Pada penelitian ini alat uji dirancang sendiri berdasarkan dasar teori dang
Gambar 3.1 Setup alat penelitian
pengalaman dari dosen pembimbing. Alat uji ini dirancang sebagai alat uji
PERALATAN PENDUKUNG
dengan skala laboratorium, yaitu
Pada alat uji ini terdapat beberapa
penggunaan alat yang hanya ditunjukan
komponen yang digunakan antara lain:
untuk penelitian dan pengambilan data
Pompa Slurry
dari sample fluida yang akan dilakukan
Pompa yang digukanan apa alat
penelitian.
uji ini adalah pompa slurry jenis
Rancangan alat uji seperti terlihat
reciprocating (pompa piston) dengan
pada gambar 3.1 dimana fluida yang aka
putaran
di uji di tempatkan pada penampungan fluida
(tank)
kemudian
dimana
saluran
atas
10 meter. Daya
phase.sistem pelumasannya menggunakan oli dengan SAE 30
maka maka aliran dari pompa akan
sebanyak 0.1 liter pada crank case.
penampungan
sehingga tidak akan ada fluida yang menuju ke pipa uji. Sesaat setelah katup by-pass mulai di tutup dan katup utama dibuka
yang dibutuhkan
sebesar 370 watt dengan aliran listrik 1
Pada saat katup by-pass terbuka penuh menuju
RPM
sejauh 15 meter dan section lift sebesar
akan
yang bawah berfungsi sebagai by-pass.
lagi
1450
dimana pompa ini memiliki section head
terhubung dengan pompa dan saluran
kembali
sebesar
dengan kapasitas pompa sebesar ½ hp
dari
penampungan ini akan ada dua saluran keluar
motor
maka fluida akan mengalir 13
Valve
Untuk mengatur jumlah debit yang akan mengalir maka digukanalah valve, jenis valve yang digunakan adalah close valve tujuannya agar dapat diatur Gambar 3.3 Prinsip Kerja Pompa Slurry
variasi pembukaan yang sangat banyak, pada valve ini terdapat busur derajat yang
Manometer
Manometer
berfungsi
untuk
fungsinya
untuk
menentukan
berapa derajat pembukaan dari valve
mengukur perbedaan tekanan dalam
tersebut
sebuah pipa jika terdapat fluida yang mengalir di dalamnya.pada alat uji ini manometer
yang
digunakan
adalah
manometer jenis pipa kapiler tetapi terdapat
setting
bottle.
Tujuan
dipasangnya setting bottle karena fluida Non-newtonion
pada
umumnya Gambar 3.5 Katup utama
memiliki sifat histerisis yaitu suatu sifat yang sangat cepat berubah baik karena
Pipa Penyalur
waktu maupun karena tegangan geser
Pipa ini terdiri dari pipa PVC
yang diterimanya.
dengan ukuran 1 inch. Dimana pipa ini di
instalasi
sesuai
dengan
gambar
rancangan yang telah disetujui oleh dosen pembimbing. Panjang keseluruhan pipa ini kurang lebih 6 meter
KONDISI DALAM PENGUJIAN
Sebelum
pengambilan
data
dilakukan fluida yang terdapat di dalam
Gambar 3.4 Manometer
14
bak penampung diaduk terlebih dahulu tujuannya agar konsentrasi campuran
TAHAP PENGUJIAN
antara air dan Lumpur bercampur. Pada
Tahap pengujian dalam pengambilan
saat mulai pompa mulai dihidupkan
data adalah sebagi berikut : 1. Masukan fluida uji (Lumpur) ke
semua katup dibuka penuh tujuannya untuk mengindari tekanan yang terlalu
dalam
bak
penampungan,
tinggi menuju ke pipa uji, jika tekanan
pastikan seberapa besar volume
ini masuk ke pipa uji kemungkinan akan
Lumpur tersebut 2. Tambahkan air sebagai pelarut
terjadi kerusakan pada pipa uji.
sesuai dengan konsentrasi yang dikehendaki
PROSEDUR PENGAMBILAN DATA
Fluida yang berupa slurry ditempatkan pada
tangki
dipompakan
bawah
3. Aduk
kemudian
menggunakan
rata
Lumpur
pompa
campuran
dan
air
antara sehingga
konsentrasi anatara lumpur dan
khusus yaitu pompa slurry, sehingga
air menjadi merata
fluida akan mengalir menuju papa
4. Menghidupkan pompa, dengan
dengan diameter 1 inch kemudian
semua katup dalam keadaan
menuju ke pipa selanjutnya menuju pipa
terbuka hal ini bertujuan untuk
bulat ( circular pipe ) dengan diameter ½
menstabilkan aliran pada saat
inch, dimana kedua manometer terdapat
pengambilan data 5. Menutup perlahan katup by-pass
pada pipa bulat ini dengan jarak 1000mm anatara manometer pertama
sehingga
dan manometer kedua. Manometer yang
maksimum pada pipa uji dengan
digunakan
cara memperhatikan ketinggian
harus
dilengkapi
dengan
setting bottle hal ini disebabkan karena
didapat
aliran
maksimum dari manometer.
fluida Non-Newtonian ini memeliki
6. Menutup katup utama sehingga
suatu sifat histeris maka setting bottle
aliran dalam pipa uji menjadi
ini
kosong
bertujuan
menstabilkan
sifat
7. Mulai membuka katup utama
histerisis ini guna mendapatkan data
sebesar
yang lebih akurat.variasi
perbedaan
15
30o
dan
membaca
ketinggian
pada
manometer
dan
11. Setelah semuanya selesai rapikan
kemudian
semua peralatan yang digunakan
pada pembuangan di pipa uji
dan tutup semua katup agar tidak
diukur debit alirannya dengan
ada padatan yang masuk ke
cara fluida yang keluar dari pipa
dalam pipa penyalur hal ini dapar
uji ditampung dengan gelas ukur
menyebabkan
dengan jumlah volume tertentu
pengendapan
dalam satuan waktu, kemudian
penyalur
timbang berat fuida tadi untuk
disirkulasikan
mengetahui massa jenis dari
menyebabkan
fluida tersebut.
sambungan pipa karena tekanan
manometer
pertama kedua,
8. Lakukan langkah ke 7 dengan pembukaan
katup
terjadinya dalam
dan
ANALISA DATA
dan
PERHITUNGAN DATA
untuk
dapat pecahnya
PENGOLAHAN DATA DAN
pembukaan penuh sebesar 90 . didapat
lagi
alat
utama o
semua
apabila
yang besar dari pompa.
diperbesar 5o sampai dengan cata
pipa
hasil
yang
Dari
melakukan
percobaan didapatkan
yang data
telah
pengolahan data serta analisa
dilakukan,
mentah
hasil.
berupa perbedaan tekanan manometer
9. Setelah semua data di dapat
(∆h), debit aliran dari variasi pembukaan
maka kita tambahkan air untuk
katup utama dan konsentrasi campuran
membuat perbedaan konsentrasi
antara padatan dengan pelarut. Massa
antara padatan dengan air. Dan
jenis campuran diketahui dengan cara
lakukan langkah ke dua sampai
mengukur berat dari fluida tesebut
langkah ke delapan
berdasarkan jumlah volume dari fluida
10. Pengujian dilakukan berulang-
tersebut, sedangkan kecepatan aliran
ulang untuk mendapatkan data
didapat dari debit aliran di bagi dengan
yang benar dan berusaha agar
luas penampang pipa, debit sendiri
penyimpangan
didapat dengan menampung fluida yang
data
sekecil
mungkin.
keluar dari pipa uji dengan gelas ukur
16
dibagi dengan waktu yang dibutuhkan untuk memenuhi volume tertentu.
Sedangkan
volumeLumpur x100% ….(4.1) vol.lumpur + vol.air
percobaan
pada
konsentrasi
penelitian
h1
h2
∆h
t
[mm]
[mm]
[mm]
[s]
40
35
24
11
12.4
45
46
32
14
8.2
50
54
36
18
8
55
63
42
21
7.5
60
76
42
24
7.2
65
56
38
28
6.3
70
62
32
30
6.1
75
74
40
34
5.6
80
78
40
38
5.2
85
82
42
40
4.8
padatan
A
Q
∆P
[m/s]
[m^2]
[m^3/s]
[Pa]
30 liter Lumpur
Untuk konsentrasi 45% maka jumlah lumpur yang digunakan agak banyak, tujuannya agar volume campuran di bak penampung melebihi saluran isap pompa
Konsentrasi Padatan 45%
20%,
v
yang
30 x100% = 45% 30 + 35
Penelitian
mendapatkan
campuran
maka dari perhitungan
20%dan 45% untuk
mendapatkan
ditambahkan 35 liter air sebagai pelarut
menggunakan dua variasi padatan yaitu [derajat]
45%,
dipergunakan adalah
ini
pembukaan valve
untuk
konsentrasi
selanjutnya
padatan
45%,
dengan dimana
komposisi yang digunakan adalah 30 liter Lumpur dan 35 liter pelarut, setelah
0.493923
0.000127
6.25369E-05
149.5206299
0.741884
0.000127
9.39319E-05
199.36
0.929854
0.000127
0.000117731
249.2018898
1.117825
0.000127
0.000141531
299.0412598
1.413779
0.000127
0.000179002
348.8806299
1.634744
0.000127
0.000206979
398.7225197
1.859709
0.000127
0.000235463
422.808189
Data
2.043681
0.000127
0.000258756
478.1858268
2.291642
0.000127
0.000290151
538.1644094
konsentrasi padatan 45%
2.411622
0.000127
0.000305342
558.7048819
komposisi yang dibuat tepat sirkulasikan campuran
tersebut
sesuai
dengan
prosedur pengujian.
campuran yang digunakan adalah 10
tabel
4.1
Hasil
penelitian
Data tabel 4.2 Hasil perhitungan debit, ∆P, luas penampang dan kecepatan untuk padatan 45%
liter Lumpur ditambahkan 10 liter pelarut, dari perhitungan yang ada maka didapatkan konsentrasi padatan (Cw) 10 X 100 % = 20% 35 + 10
17
Pada data diatas terlihat debit aliran
untuk mendapatkan hsil grafik yang
bertambah
dengan
lebih baik maka sebaiknya nilai gradient
pembukaan katup demikian juga dengan
kecepatan pada grafik dimulai dari skala
kecepatan aliran, kerugian tekanan pada
300/s
pipa uji juga mengalami pertambahan
sedangakan untuk nilai tegangan geser
seiring
dimulai dar 0.5 pa sampai denga 2.5 Pa
besar
dengan
sesuai
bertambah
besarnya
sampai
pembukaan katup.selanjutnya dilakukan
sehingga
perhitungan tegangan geser dalam pipa
profosional.
uji dan gradient kecepatan pada pipa uji
tabel
log du/dx
[1/s]
pada dasar teori
Data
didapatkan
du/dx
sesuai dengan persamaan yang terdapat
dengan
4.3 Hasil perhitungan Tegangan geser dan Gradient kecepatan pada konsentrasi padatan 45%
Nilai aliran untuk air terdapat pada tabel
1550
Pa.
grafik
yang
τ
log τ
[Pa]
311.1324
2.492945
0.59341
-0.22665
467.3284
2.669622
0.79121
-0.10171
585.7351
2.767701
0.98902
-0.00479
704.1418
2.84766
1.18682
0.074385
890.5693
2.949668
1.38462
0.141331
1029.76
3.012736
1.58243
0.199325
1171.47
3.068731
1.67802
0.224797
1287.358
3.109699
1.8978
0.27825
1443.554
3.159433
2.13584
0.329569
1519.132
3.181596
2.21736
0.345836
4.4 maka untuk kurva aliran untuk 3
kurva aliran padatan 45%
konsentrasi padatan 45 % adalah sebagai
2.5
du/dx
µ
du/dx air
µ air
[1/s]
[pa.s]
[1/s]
[pa.s]
80
0.003
444.2554
0.00094
387.9708
0.0021
554.244
0.00094
684.7174
0.002
877.3704
0.00094
825.0677
0.0019
1100.09
0.00094
1100.93
0.0018
1329.2
0.00094
1365.456
0.00175
1547.564
0.00094
1496.459
0.00172
1743.349
0.00094
1784.388
0.00163
250.4482
0.00094
180
0.00094
shear stress [Pa]
2
newtonian air
1.5
konsentrasi padatan 45%
1
0.5
0 0
500
1000 1500 shear rate, du/dx[1/s]
2000
2500
Gambar 4.1 Hubungan antara shear stress dan shear rate pada konsentrasi padatan 45%
berikut, nilai tegangan geser dimasukan
Data tabel 4.4 Hubungan apparent viscosity dan gradient
pada sumbu axis dan nilai gradient kecepatan di plot pada sumbu ordinat
18
kecepatan untuk air dan padatan 45% Dari data diatas dapat dibuat grafik hubungan
antara
apparent
pada
teori.
Factor
gesekan
mengikuti persamaan fanning.
viscosity
dengan gradient kecepatan antara air
Pembukaan
h1
h2
∆h
t
(30-90)
[mm]
[mm]
[mm]
[s]
30
78
66
12
14
35
78
64
14
12.3
0.003
40
76
55
21
12.2
0.0025
45
84
56
28
12
0.002
50
76
42
34
11.7
0.0015
55
64
62
2
11.5
0.001
60
71
66
5
11.3
0.0005
65
76
66
10
11
70
79
57
16
10.9
75
84
64
20
10.8
80
80
56
24
10.7
85
82
50
32
9.6
90
84
46
38
8.7
dengan padatan 45% sebagai berikut : 0.0035
apparent viscosity vs shear rate apparent viscosity[pa.s]
dasar
air padatan 45%
0 0
500
1000 shear rate[1/s]
1500
2000
Gambar 4.3 Hubungan antara apparent viscosity dan shear rate pada konsentrasi padatan 45% pada
grafik
diatas
terlihat
dengan
bertambahnya gradient kecepatan maka apparent viscosity ( kekentalan sesaat) pada konsentrasi 45% semakin menurun dan mendekati viskositas dari fluida Newtonian (air) hubungan antara koefisien gesek dengan
bilangan
Reynolds(generatif
Reynolds) dapat ditampilkan pada grafik 4.5 berikut ini
Pada tabel diatas ditampilkan hubungan antara factor gesekan dan bilangan Reynolds, perhitungan untuk tabel diatas berdasarkan pada persmaan 2.9 dan 2.10
19
Data tabel 4.5 Hubungan factor gesek
padatan laminer Re
Turbulent f
water
45%
Re
f
Re
f
Re
f
600
0.106
2000
0.0473
954.2633
0.06766
1550
0.06545
2200
0.02908
30000
0.02404
1212.679
0.05612
1850
0.06543
1337.983
0.0487
2050
0.0672
1577.469
0.04158
2450
0.06173
1813.816
0.0371
3050
0.05674
1854.978
0.03581
3850
0.05567
2309.132
0.04578
4350
0.05467
2391.08
0.0427
5225
0.05267
2715.473
0.04414
7050
0.05067
3329.123
0.04195
7900
0.04857
terhadap
bilangan
Reynolds
3
kurva aliran 2.5
2 shear stress[Pa]
1.5
Newton water
1
4513.37
0.03995
800
0.09975
6035.937
0.037
1200
0.076
6985.161
0.034
1000
0.0889
4524.102
0.033
10500.57
0.03283
15000
0.0278
17000
0.02708
20000
0.0265
pada
Padatan 20%
0.5
Padatan 45%
0 0
500
1000
1500
2000
2500
shear rate[1/s]
Gambar 4.6 Kurva aliran berbagai variasi konsentrasi padatan entrasi padatan 45% Data yang didapat sama seperti data
pada
perbedaan
konsentrasi
45%
yaitu
ketinggian
head
pada
manometer, debit aliran dan massa jenis dari konsentrasi padatan 20 %.
Konsentrasi Padatan 20%
Penelitian konsentrasi
selanjutnya
padatan
20%,
Data
dengan
diatas
penelitian
maka
dilakukan
perhitngan
kecepatan aliran, debit aliran, luas
komposisi yang dibuat tepat sirkulasikan sesuai
Hasil
Setelah didapatkan data seperti
liter Lumpur dan 10 liter pelarut, setelah tersebut
4.6
konsentrasi padatan 20%
dimana
komposisi yang digunakan adalah 10
campuran
tabel
penampang pipa uji dan ∆P untuk
dengan
konsentrasi padatan 20% sesuai dengan
prosedur pengujian.
persamaan yang ada.
20
jika nilai kemantapan aliran (power law index) n = 1 maka fluida tersebut adalah
ANALISA DATA
Dari beberapa kali percobaan
Newtonian sedangkan jika diatas 1(n>1)
dengan berbagai konsentrasi padatan
maka
maka didapatkan beberapa data beserta
kedalam jenis dilatant, apabila nilai
grafik dengan analisa sebagai berikut :
kemantapan aliran (power law index)n
Pada konsentrasi padatan 20%
<1 maka fluida tersebut merupakan jenis
Kurva aliran mendekati garis Newton ini
pseudoplastis. Jadi untuk konsentrasi
berarti bahwa dengan campuran pelarut
kepadatan
20%
fluida
ini
masih
sebanyak 80% sifat dari konsentrasi
memiliki
kecendrungan
ke
jenis
larutan lebih kepada fluida Newtonian,
Newtonian
hal ini menunjukan kekentalan pada
konsentrasi 45% keatas fluida ini sudah
konsentrasi ini sangat dipengaruhi oleh
tergolong
pelarut dalam hal ini air sehingga pada
Pseudoplastis.
grafik
hubungan
antara
apparent
fluida
tersebut
akan
digolongkan
tetapi
jenis
dengan
Non-Newtonian
apparent viscosity 0.0035 [pa.s]
viscosity dengan gradient kecepatan
water
0.003
padatan 20% padatan 45%
0.0025
cendrung mendekati kekentalan daripada
0.002
air.
0.0015
0.001
Pada konsentrasi 45%
0.0005
Pada konsentrasi ini terlihat pada kurva
0 0
membuktikan
bahwa
1000
1500
2000
2500
shear rate, du/dx [1/s]
alirannya berada diatas garis Newton hal ini
500
Gambar 4.7 Kurva apparent viscosity dan shear rate Pada berbagai variasi konsentrasi padatan
pada
konsentrasi ini campuran antara air dan Lumpur merupakan jenis fluida Non-
Hubungan
Newtonian dengan sifat Pseudoplastis
antara
apparent
atau plastis semu. Dilihat dari kurva
viscosity (kekentalan sesaat) dengan
aliran dalam skala log-log maka pada
shear rate (gradient kecepatan) pada
konsentrasi ini nilai kemantapan aliran
konsentrasi padatan 20% kekentalan
(power law index) berdada antara 0.91
sesaatnya hampir mendekati air akan
sampai 0.96. dari penjelasan sebelumnya
tetapi
jika
gradient
kecepatannya
bertambah maka apperent viscosity akan 21
berimpit dengan air dan kemungkinan
1
hubungan koef.gesek terhadap bilangan Reynold laminer (f=64/Re0
akan di bawah air sedangkan untuk
turbulen (0.3164*Re*1/4) padatan 20%
apparent viscosity untuk 45% memiliki kekentalan
lebih
tinggi
walaupun
gradient
dari
padatan 45%
f
air,
kecepatannya
bertambah kekentalan sesaatnya tetap
0.01 100
berada di atas air. Jadi untuk konsentrasi Newtonian tetapi pada saan konsentrasi
padatan diatas 45% fluida ini memiliki sifat Thixotropic (shear thining) yaitu viscositasnya
konsentrasi padatan 20% dimana konsentrasi padatan 20% memiliki sifat
45% gesekan fluida terhadap dinding
yang hampir sama dengan sifat air.
pipa uji lebih besar di bandingkan pada padatan dibawah 20%. Untuk padatan
KESIMPULAN
dibawah 20% factor gesekan antara dinding
pipa
masih
Dari penelitian ini dapat disimpulkan
mendekati factor gesekan pada air
beberapa hal antara lain :
murni. Hubungan
antara
1. Kekentalan
generatif
partikel
daperlihatkan pada grafik di bawah ini
dalam
konsentrasi padatan maka terlihat
45% sedangkan untuk padatan di bawah
perubahan baik pada kurva aliran
20% memiliki sifat hampir sama dengan padatan
penyusunya
penelitian ini dengan merubah
diasumsikan untuk konsentrasi padatan
karena
dari
dari beberapa faktor antara lain
konsentrasi padatan 45% dan 20%
20%
(viscositas)
suatu fluida sangat tergantung
Reynolds dan factor gesekan pada
padatan
100000
berada diatas faktor gesekan untuk
Pada konsentrasi padatan diatas
dengan
10000
gesekan untuk padatan 45% keatas
semakin
menurun.
fluida
Re
Pada grafik diatas terlihat nilai factor
fluida yang viscositasnya seolah-olah lama
1000
Gambar 4.8 Kurva friction factor dan bilangan Reynolds Pada berbagai variasi konsentrasi padatan
padatan 20% masih mendekati sifat
makin
water
0.1
dan apparent viscosity terhadap
ini
gradient kecepatan (shear rate)
memiliki kecendrungan ke sifat air.
22
2. Pada umumnya lumpur memiliki
1. Energi yang digunakan pada
sifat pseudoplastis atau plastis
penelitian seluruhnya merupakan
semu
daya
dan
shear
thining
yang
dihasilkan
oleh
(thixotropic) dimana fluida ini
pompa, dalam hal ini aliran
akan
penurunan
merupakan aliran paksa. Untuk
kekentalan seiring bertambahnya
mendapatkan hasil yang lebih
kecepatan
akurat sebaiknya digunakan juga
mengalami
3. Nilai koefisien gesek lumpur
aliran alami yaitu fluida dialirkan
lebih tinggi daripada koefisien
dari
gesek pelarut air murni hali ini
diletakan diatas dan dialirkan
terlihat jelas pada konsentrasi
secara gravitasi
penampungan
yang
padatan diatas 45% dibandingkan
2. Penambahan additif pada aliran
dengan padatan dibawah 20%.
juga sangat berpengaruh pada
Hal ini juga menunjukan bahwa
viscositas, data yang dihasilkan
konsentari
akan
campuran
(pada
jauh
lebih
baik
padatan 20%) faktor pelarut jauh
penambahan
lebih
additif dapat dilakukan.
dominan
dibandingkan
3. Alat
dengan lumpur.
uji
berbagai
ini
mampu
jika
macam untuk
4. Lumpur sangatlah susah untuk
menguji jenis fluida Newtonian
dialirkan dengan sistem open
maupun Non-Newtonian, oleh
duct (parit) oleh karena itu untuk
karena
mengalirkan lumpur ini harus
lumpur
menggunakan pipa atau sistem
fluida lain pada alat ini
itu
sebaiknya
dilakukan
selain
penelitian
close duct
DAFTAR PUSTAKA SARAN
Dari penelitian ini ada beberapa
1. Reuben M. Olson & Steven J.
saran yang dapat digunakan untuk
Wright, Dasar - Dasar Mekanika
penelitian selanjutnya, antara lain adalah
Fluida Teknik, Jakarta: Gramedia
sebagai berikut :
Pustaka Utama. 1993.
23
2. Victor L. Streeter & E. Benjamin Wylie. Mekanika Fluida, Jakarta: Erlangga. 1993. 3. Bruce R. Munson & Donald F. young Mekanika Fluida, Jilid 1, Jakarta: Erlangga 2005. 4. Bruce R. Munson & Donald F. young Mekanika Fluida, Jilid 2, Jakarta: Erlangga 2005. 5. Raswani,
Perencanaan
dan
Penggambaran Sistem Perpipaan,
Universitas Indonesia. Jakarta, 1987. 6. http://www.petra.ac.id/~puslit/journa ls/articles.php?PublishedID=MES06 080206
24
