Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS IJCCS.
Vol.
No.
July x, pp.
ANALISA HEADLOSS ALIRAN FLUIDA PADA PIPA
LURUS DENGAN VARIASI DEBIT ALIRAN DAN
VARIASI DIAMETER PIPA
Sudirman*1.
Harves2 Jurusan Teknik Mesin.
Universitas Borneo Tarakan e-mail: *sudirman_dhuha@borneo.
id, 2 harvesneymar@gmail.
Abstrak Fluida adalah segala jenis zat yang dapat mengalir dan menyesuaikan bentuk sesuai dengan wadah yang ditempatinya seperti zat cair, dalam memindahkan zat cair tidak terlepas dari sistem perpipaan.
Di mana pipa merupakan sarana alat distribusi fluida yang banyak diterapkan pada rumah tangga maupun industri dari tempat penampungan ke tempat pemakaian yang memerlukan instalasi perpipaan dengan berbagai ukuran diameter dan setiap instalasi pipa terdapat rugi aliran.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dan analisis pengambilan data dengan mengukur headloss serta perbedaan tekanan pada manometer U dan digital pada pipa A.
A, dan 1 inch dengan variasi debit aliran 5, 10, 15 lpm.
Hal tersebut menunjukkan semakin kecil diameter pipa maka rugi aliran dan pressure drop yang terjadi akan semakin besar.
Dimana pada diameter A in headloss sebesar 0,063 m, sedangkan pada diameter A in yaitu 0,024 m, sedangkan untuk diameter 1 in, headloss yang dihasilkan yaitu 0,009 m.
Kata kunciAiheadloss, fluida, manometer, pipa lurus Abstract Fluids are all kinds of substances that can flow and adjust their shape according to the container they occupy, such as liquids, in moving liquids they cannot be separated from the piping system.
Where the pipe is a means of fluid distribution tools that are widely applied to households and industries from shelters to places of use that require piping installations with various diameter sizes and each pipe installation has a flow loss.
This study uses experimental methods and data collection analysis by measuring headloss and pressure differences on U and digital manometers on , , and 1 inch pipes with variations in flow rate of 5, 10, 15 lpm.
This shows that the smaller the pipe diameter, the greater the flow loss and pressure drop.
Where the diameter of in headloss is 0.
063 m, while the diameter of in is 0.
024 m, while for a diameter of 1 in, the resulting headloss is 0.
009 m.
KeywordsAi headloss, fluid, manometer, straight pipe
PENDAHULUAN
Pipa merupakan sarana transportasi fluida seperti air maupun gas dari satu wadah penampungan ke tempat pemakaian yang membutuhkan sistem instalasi perpipaan dengan beragam variasi pipa .
Dalam perpipaan terdapat beberapa variasi seperti pada sistem pipa tunggal dan pada pipa bercabang.
Pada dasarnya fluida yang mengalir pada pipa mengalami ketidakstabilan akibat sistem perpipaan yang ada dan menimbulkan headloss.
Headloss terjadi pada pipa lurus maupun pada sambungan yang dapat mengakibatkan penurunan tekanan karena adanya turbulensi dan mengakibatkan gesekan besar pada bagian permukaan pipa.
Received June 1st,2012.
Revised June 25th, 2012.
Accepted July 10th, 2012 Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS
ISSN: 1978-1520
Headloss dibagi menjadi 2 jenis yaitu, mayor losses serta minor losses.
Mayor losses terjadi akibat adanya kerugian pada sistem perpipaan akibat gesekan fluida dengan dinding pipa yang Sedangkan minor losses merupakan kerugian yang dikarenakan adanya percabangan pada pipa .
Salah satu penyebab terjadinya headloss yaitu konstruksi pada sistem pepipaan tersebut.
Jika konstruksi pipa mempunyai percabangan yang banyak maka rugi alirannya akan semakin besar, ada pula penyebab aliran yang pada awalnya dalam keadaan laminar pada saat melalui pipa lurus yang koefisien geseknya besar akan berubah sebagai aliran turbulen, kondisi aliran turbulen inilah yang bisa menyebabkan kerugian pada instalasi perpipaan tersebut, dan bisa saja menyebabkan adanya getaran serta pengelupasan pada dinding pipa .
Headloss minor terjadi karena adanya perubahan arah aliran, perubahan penampang aliran serta perubahan gesekan dikarenakan adanya fitting .
elokan, percabangan, katu.
Headloss minor dapat ditentukan dengan dengan metode equivalent length method.
Metode ini mengasumsikan semua variasi aliran berupa fitting dinyatakan dengan nilai ekuivalen yang sama dengan besarnya losses yang dihasilkan oleh pipa lurus.
Metode lain menentukan headloss minor yaitu dengan menggunakan koefisien Losses.
Faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya head loss minor yaitu jenis-jenis penghubung pipa seperti katup, belokan, percabangan, losses pada bagian entrance, losses pada bagian exit, pengecilan pipa, dan pembesaran pipa.
Pada penelitian ini perancangan alat pengujian headloss aliran fluida dengan variasi debit aliran pada pipa lurus dan perubahan diameter pipa.
Dengan pipa PVC berdiameter A.
A, dan 1 inch dengan mencari nilai kecepatan fluida V dan menentukan nilai headloss mayor pada pipa lurus dengan panjang 1 meter untuk mencari nilai hf.
Sebuah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen pada keadaan setimbang dan tidak dapat menahan gaya atau tegangan geser atau biasa dikenal dengan .
hear forc.
disebut dengan fluida.
Sebuah fluida didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir bila terdapat sebuah perbedaan tekanan .
Suatu sifat dasar fluida kongkrit adalah tahanan terhadap sebuah aliran yang diukur sebagai tegangan geser dan terjadi pada bidang geser yang dikenai oleh tegangan tersebut yaitu viskositas atau kekentalan zat fluida.
Pada suhu serta tekanan tertentu, setiap fluida memiliki densitasnya masing-masing, bila densitasnya sedikit maka akan terpengaruh oleh perubahan suhu dan tekanan yang cukup besar, dikarenakan fluida tersebut bersifat incompressible.
Namun bila densitasnya peka terhadap perubahan variabel temperatur dan tekanan, berarti fluida itu digolongkan compresible .
Selain berdasarkan pengaruh dari tekanan terhadap volume, fluida juga dapat dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan pola alirannya yaitu aliran turbulen, aliran laminar, dan aliran transisi.
1 Aliran laminar adalah aliran fluida yang bergerak secara beraturan dimana Aliran laminar mempunyai bilangan Reynolds yang kurang dari 2300 (Re < 2.
2 Aliran transisi merupakan aliran fluida yang terjadi ketika aliran fluida berubah dari aliran laminar ke aliran turbulen.
Aliran ini mempunyai bilangan Reynolds yang berada diantara 2300 sampai dengan 4000 ( 2300 < Re < 4000 ).
3 Aliran turbulen merupakan fluida bergerak dengan lintasan tidak teratur yang menyebabkan pergantian momentum pada suatu fluida ke bagian fluida yang lainnya.
Aliran turbulen dengan skala kecil terdiri dari beberapa pusaran kecil yang bergerak dengan cepat sehingga mengubah energi dari energi mekanik menjadi energi tak mampu balik, aliran turbulen juga dapat berskala besar dimana aliran ini terdiri dari beberapa pusaran besar.
Intensitas turbulensi sangat dipengaruhi oleh Bilangan Reynolds.
Bilangan Reynolds pada aliran turbulent lebih besar dari 4000 ( Re > 4000 ) Untuk menentukan jenis aliran fluida dapat diketahui melalui bilangan Reynolds (R.
Bilangan Reynolds tidak memiliki dimensi.
dan sangat berpengaruh pada aliran fluida.
ycIyce = A AA.
A IJCCS Vol.
No.
July 201x : first_page Ae end_page Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS IJCCS
ISSN: 1978-1520
A 167
Persamaan Darcy-Weisbach Kehilangan akibat longitudinal terjadi karena gesekan disepanjang lingkaran pipa.
Ada beberapa persamaan yang bisa dipakai untuk menentukan kehilangan longitudinal hf.
ya ycO2 yayce = yce x ycc x 2ycia.
Persamaan Hazen Williams Rumus dari perhitungan ini umum digunakan untuk menghitung/ mencari nilai kerugian headloss pada pipa lurus yang relatip panjang ataupun pendek.
Nilai C pada persamaan 3 ditentukan berdasarkan jenis pipa pada Tabel 1.
10,666.
ycE1,85 Eayce = ya 1,85.
ya4,85 y ya a.
Tabel 1 Nilai kekasaran Hazen-Williams .
Jenis pipa Uncoated, new cast iron Uncoated, new cast iron Uncoated, new cast iron Coated, very straight, no specials Coated.
Bonn service main, new Coated.
Bonn service main, new Coated, well laid, new cast iro Coated, well laid, new cast iron Coated.
Danzing main, new cast iron Pipe PVC Gambar 1 Manometer U sederhana Ilustrasi pengukuran selisih tekanan antara dua titik yang berbeda menggunakan manometer U sederhana ditampilkan pada Gambar 1.
Pada penelitian ini P1 dan P2 masing-masing adalah tekanan pada sisi masuk dan tekanan pada sisi keluar.
Selisih tekanan P1 dan P2 ditentukan dengan menggunakan persamaan .
, dimana yuUyco adalah massa jenis air raksa yuU adalah massa jenis air yang mengalir pada pipa lurus dan h adalah selisih tinggi permukaan air raksa pada tabung manometer U.
P1 - P2 = .
uUyco Oe yuU)yciEa.
Title of manuscript is short and clear, implies research results (First Autho.
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS
ISSN: 1978-1520
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen dengan alur penelitian ditampilkan pada Gambar 2 sebagai berikut:
Gambar 2 Alur Penelitian Gambar 3 Skema pengujian headloss pada pipa lurus Pengujian headloss menggunakan pipa lurus jenis PVC dengan diameter A.
A dan 1 inch dengan panjang seksi uji 1 meter yang dialiri air menggunakan pompa dengan mengatur debit IJCCS Vol.
No.
July 201x : first_page Ae end_page Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS IJCCS
ISSN: 1978-1520
A 169
aliran fluida sesuai dengan variasi yang ditentukan yaitu, 5 lpm, 10 lpm, dan 15 lpm.
Pengambilan data perbedaan tekanan pada masing-masing diameter pipa pada sisi masuk dan sisi keluar menggunakan manomoter U dan manometer digital.
Pada Gambar 3 ditampilkan skema alat pengujian headloss pada pipa lurus.
Berikut keterangan dari rangkaian skema Keterangan :
Wadah penampungan air Pompa air listrik Rotameter 11 sampai 35 lpm Katub globe Wadah penampung air Katub penghubung manometer dan diferential pressure Katub pengatur debit aliran.
Tahap pengujian dilakukan dengan terlebih dahulu dilakukan pemeriksaan, untuk mengetahui bahwa seluruh bagian dari komponen alat uji berfungsi dengan baik.
Selanjutnya pengujian headloss pada pipa lurus dilakukan dengan urutan proses sebagai berikut:
Menyalakan pompa untuk mengisi aliran fluida pada pipa.
Atur debit aliran yang akan diuji terlebih dahulu dengan menyesuaikan katub buang pada Mengamati rotameter dan memastikan bahwa fluida yang mengalir stabil pada debit aliran yang sudah ditentukan yaitu.
5 lpm, 10 lpm, dan 15 lpm.
Membuka katub pada pipa A.
A, dan 1 inch secara bergantian untuk memastikan tidak adanya hambatan atau kendala.
Biarkan alat beroperasi dan pastikan semua komponen dapat bekerja dengan baik.
Memasang alat ukur manometer U sederhana maupun manometer digital atau diferential pressure meter yang dihubungkan pada titik pengambilan data, dimulai dari diameter A Selanjutnya amati alat ukur manometer U sederhana maupun manometer digital untuk mengambil data perbedaan tekanan manometer P1 dan P2.
Matikan pompa.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perakitan dari perancangan alat uji headloss aliran fluida pada pipa lurus dengan variasi debit aliran dan variasi diameter pipa ditampilkan pada Gambar 4 sebagai berikut:
Gambar 4 Alat uji headloss pada pipa lurus dengan variasi debit aliran fluida dan diameter pipa Title of manuscript is short and clear, implies research results (First Autho.
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS
ISSN: 1978-1520
Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Fakultas Teknik Universitas Borneo Tarakan.
Data yang diperoleh dari hasil pengujian alat yaitu debit aliran .
, diameter pipa .
, selisih tekanan pada manometer U sederhana dan selisih pada manometer digital sebagaimana disebutkan dalam Tabel 2 sebagai berikut:
Tabel 2 Hasil pengujian headloss dan pressure drop pada pipa lurus dengan variasi diameter dan debit aliran Diameter h pada P1 - P2
P1 - P2
h pada Pipa Debit Headloss Luar Dalam .
U .
U (P.
digital (P.
0,008273243 123,5065 111,15581 0,029825057 185,2597 185,25969 0,063146621 308,7662 321,1168 0,003126061 61,75323 0,011269456 123,5065 135,85711 0,023860073 247,0129 234,66227 0,001157799 37,051938 0,004173868 61,75323 61,75323
0,008837054 61,75323 86,454522
Berdasarkan grafik pada Gambar 5 ditunjukkan hubungan antara diameter pipa dan nilai kehilangan energi/headloss berbanding terbalik, dimana semakin kecil diameter pipa, semakin besar nilai headloss .
Dapat dilihat pada debit aliran 5 lpm, pada pipa A inch dengan nilai headloss 0,008 m, sedangkan pada pipa A inch diketahui nilai headloss 0,003 m dan pipa 1 inch sebesar 0,001 m.
Selanjutnya pada Gambar 6, pressure drop dari aliran fluida melalui pipa lurus dengan variasi debit dan diameter pipa diukur.
Tujuan dari pengukuran manometer U sederhana dan digital adalah memvalidasi atau membandingkan kedua alat ukur, hasil pengukuran manometer U sederhana dan manometer digital didapatkan ih .
elisih tinggi air raks.
Gambar 5 Grafik hubungan headloss dan debit aliran pada pipa masing-masing diamater pipa IJCCS Vol.
No.
July 201x : first_page Ae end_page Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS IJCCS
ISSN: 1978-1520
A 171
Dari grafik hasil pengukuran pressure drop pada pipa lurus dengan menggunakan manometer U sederhana ditunjukkan pada Tabel 2.
Semakin besar debit aliran pada pipa lurus, maka selisih tekanan P1 dan P2 semakin besar.
Demikian pula hubungan diameter pipa dan pressure drop dapat diamati dari hasil pengukuran menggunakan manometer U maupun manometer digital pada Tabel 2.
Semakin besar diameter pipa, maka selisih tekanan P 1 dan P2 akan semakin kecil.
Tren hubungan masing-masing varisi ini dapat divisualisasikan pada Gambar 6 sebagai berikut.
Gambar 6 Grafik hubungan debit aliran pada pipa dan selisih tekanan antara inlet dan oulet pipa untuk alat ukur manomoeter U Pressure drop terjadi karena adanya rugi aliran akibat gesekan fluida dengan permukaan Selain itu berdasarkan persamaan .
Darcy-Weisbach, hubungan headloss dan diameter pipa serta kecepatan fluida adalah berbanding lurus dengan kecepatan fluida dan berbanding terbalik dengan diameter pipa.
Sehingga semakin besar nilai kecepatan aliran akan meningkatkan nilai headloss, yang secara langsung berkontribusi terhadap pressure drop yang Demikina pula dengan diameter pipa yang lebih besar, maka headloss akan berkurang dan memberikan kontribusi selisih tekanan P1 dan P2 yang lebih kecil.
Hal ini dapat diamati pada Gambar 6, pressure drop pada pipa 1 in jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan pressure drop pada pipa A in dan A in.
Pada pengujian debit aliran 5 lpm perbandingan kenaikan pressure drop dari pipa 1 in dan pipa A in adalah sebesar 67 % dan dari pipa 1 in dan pipa A in adalah sebesar 200 % untuk panjang pipa pengujian 1 meter.
Peningkatan pressure drop juga dapat diamati pada diameter pipa yang sama dengan debit aliran yang berbeda.
Saat debit alliran divariasikan pada 5 lpm, 10 lpm, dan 15 lpm pada diameter pipa A in peningkatan pressure drop dari variasi 5 lpm terjadi sebesar 67 % saat debit aliran ditingkatkan menjadi 10 lpm dan meningkat 189 % saat debit aliran 15 lpm.
Sedangkan peningkatan pressure drop pada diameter pipa A in masing-masing 120% dan 280 %.
Selanjutnya untuk pipa 1 in peningkatan pressure drop masing-masing 67% dan 133 %.
Sehingga pipa 1 in adalah diameter pipa yang mengalami peningkatan pressure drop paling kecil dari variasi debit aliran dan variasi diameter pipa lainnya pada penelitian ini.
Title of manuscript is short and clear, implies research results (First Autho.
Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS
ISSN: 1978-1520
Gambar 7 Grafik hubungan debit aliran pada pipa dan selisih tekanan antara inlet dan oulet pipa untuk alat ukur manomoeter digital Pada Gambar 7 ditampilkan hasil pengukuran pressure drop pipa A in.
A in, dan 1 in dengan menggunakan manometer U, dimana sebelumnya pada Gambar 6 pengukuran pressure drop pada masing-masing variasi diameter pipa dilakukan dengan menggunakan manometer Dari kedua grafik tersebut baik grafik pada Gambar 6 dan grafik pada Gambar 7 menunjukkan tren yang sama yaitu peningkatan pressure drop pada variasi debit aliran dan diameter pipa paling besar adalah pada pipa A in, disusul pada pipa A in, dan 1 in.
Pada Gambar 7 pengujian pada pipa A in dan 1 in untuk debit aliran 5 lpm hasil pengukuran pressure drop tidak menunjukkan pembacaan yang akurat pada alat ukur manometer U, sehingga pengukuran dilanjutkan dengan menggunakan manometer digital.
KESIMPULAN
Setelah mengamati dan menganalisa data yang diperoleh dari pengolahan data pengukuran maka disimpulkan sebagai berikut:
Hubungan antara diameter pipa dan headloss yaitu.
semakin kecil diameter pipa, semakin besar nilai headloss.
Headloss yang paling besar pada masing-masing diameter pipa terjadi pada saat debit 15 Dimana pada diameter A in headloss sebesar 0,063 m, sedangkan pada diameter A in yaitu 0,024 m, sedangkan untuk diameter 1 in, headloss yang dihasilkan yaitu 0,009 m.
Semakin besar kecepatan aliran akan meningkatkan nilai headloss, yang secara langsung berkontribusi terhadap pressure drop yang terjadi.
Demikina pula dengan diameter pipa yang lebih besar, maka headloss akan berkurang dan memberikan kontribusi selisih tekanan P1 dan P2 yang lebih kecil.
IJCCS Vol.
No.
July 201x : first_page Ae end_page Jurnal Mekanova : Mekanikal.
Inovasi dan Teknologi Vol 8 No.
Oktober 2022
P-ISSN : 2477-5029
E-ISSN : 2502-0498IJCCS IJCCS
ISSN: 1978-1520
A 173
SARAN
Berikut saran-saran untuk penelitian lanjutan dalam mengembangkan hasil yang telah dicapai pada penelitian ini yaitu:
Pengukuran perbedaan tekanan antara dua titik pengukuran yang menghasilkan selisih tekanan yang kecil dapat menggunakan inclined manometer.
Perbandingan headloss pada jenis pipa yang berbeda dapat dilakukan untuk mengetahui persentase perubahan pressure drop dan headloss untuk debit aliran yang berbeda.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Program Studi Teknik Mesin Universitas Borneo Tarakan yang telah yang telah memberi dukungan sarana dan prasarana serta financial terhadap penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA