Losses in Bends and Fittings (Kerugian energi pada belokan dan sambungan)

Transkripsi

1 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 A. Tujuan Percobaan: Percobaan 5 Losses in Bends and Fittings (Kerugian energi pada belokan dan sambungan) 1. Mengamati kerugian tekanan aliran melalui elbow dan sambungan. Membandingkan perbedaan antara kerugian tekanan pada elbow dan sambungan. 3. Menjelaskan pengaruh jari-jari belokan terhadap perubahan tekanan 4. Menjelaskan Karakteristik katup terhadap perubahan tekanan. 5. Menjelaskan pengaruh angka Reynolds terhadap perubahan tekanan. B. Alat-alat yang digunakan 1. Instalasi Losses in Bends and Fitting. Stopwatch 3. Basic Hydroulics Bench C. Teori Aliran viskos di dalam pipa Aliran fluida dalam sebuah pipa mungkin merupakan aliran laminar atau aliran turbulen. Untuk aliran pipa parameter tak berdimensi yang paling penting adalah bilangan Reynolds, Re yaitu perbandingan antara efek inersia dan viscous dalam aliran. Sehingga istilah laju aliran digantikan dengan bilangan Reynolds. Setiap fluida yang mengalir dalam sebuah pipa harus memasuki pipa pada suatu lokasi. Daerah aliran di dekat lokasi fluida memasuki pipa disebut sebagai daerah masuk (entrance region) seperti diilustrasikan pada Gambar 1. Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1 fluida biasanya memasuki pipa dengan profil kecepatan yang hampir seragam pada bagian (1). Sewaktu fluida bergerak melewati pipa, efek viskos menyebabkannya tetap menempel pada dinding pipa (kondisi lapisan batas tanpa slip). Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 1

2 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 Gambar 1. Daerah masuk aliran sedang berkembang dan aliran berkembang penuh di dalam sebuah sistem pipa. (Munson,et al, 003) Hal ini berlaku baik jika fluidanya adalah udara yang relatif inviscid ataupun minyak yang sangat viskos. Jadi, sebuah lapisan batas (boundary layer) di mana efek viskos menjadi penting timbul di sepanjang dinding pipa sedemikian hingga profil kecepatan awal berubah menurut jarak sepanjang pipa, x, sampai fluida mencapai ujung akhir dari panjang daerah masuk, bagian (), di mana setelah di luar itu profil kecepatan tidak berubah lagi menurut x. Lapisan batas telah tumbuh ketebalannya sehingga memenuhi pipa secara menyeluruh. Efek viskos sangat penting di dalam lapisan batas. Untuk fluida di luar lapisan batas [di dalam inti inviscid (inviscid core) yang mengelilingi garis sumbu dari (1) ke ()], efek viskos dapat diabaikan. Medan aliran di mana tegangan geser diasumsikan dapat diabaikan dikatakan sebagai inviscid, nonviskos atau tanpa gesekan. Bentuk dari profil kecepatan di dalam pipa tergantung pada apakah alirannya laminar atau turbulen, sebagaimana pula panjang daerah masuk, le. Panjang masuk tak berdimensi, le/d, berkorelasi cukup baik Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT

3 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 dengan bilangan Reynolds. Panjang masuk pada umumnya dibebrikan oleh hubungan : Le/D = 0,06 Re (untuk aliran laminar) Le/D = 4,4 (Re) 1/6 ( untuk aliran turbulen) Head Loss Istilah Head Loss muncul sejak diawalinya percobaan-percobaan hidrolika abad ke sembilan belas, yang sama dengan energi persatuan berat fluida. Namun perlu diingat bahwa arti fisik dari head loss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan head loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian. Headloss adalah suatu nilai untuk mengetahui seberapa besarnya reduksi tekanan total (total head) yang diakibatkan oleh fluida saat melewati sistem pengaliran. Total head, seperti kita ketahui merupakan kombinasi dari elevation head (tekanan karena ketinggian suatu fluida), Velocity head (tekanan karena Kecepatan alir suatu fluida) dan pressure head (tekanan normal dari fluida itu sendiri). Headloss tidak dapat dihindarkan pada penerapan sistem pengaliran fluida dilapangan. Head loss dapat terjadi karena: 1. Gesekan antara fluida dengan dinding pipa. Gesekan antara sesama partikel pembentuk fluida 3. Turbulensi yang diakibatkan saat aliran di belokkan arahnya atau hal lain seperti misalnya perubahan akibat komponen perpipaan (valve, flow reducer, atau kran). Kehilangan karena friksi/gesekan adalah bagian dari total headloss yang terjadi saat aliran fluida melewati suatu pipa lurus. Headloss pada suatu fluida pada umumnya berbanding lurus dengan panjang pipa, nilai kuadrat dari kecepatan fluida dan nilai friksi fluida yang disebut faktor friksi. dan juga nilai headloss berbandng terbalik dengan diameter pipa. Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 3

4 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 Aliran fluida riil akan mengalami kehilangan energi (head, h l ), yang terdiri dari kehilangan head karena gesekan pipa (h f ) dah kehilangan head minor (h i ). Kehilangan Head Minor disebabkan oleh hambatan karena adanya perubahan diameter pipa, sambungan, katup (valve), belokan (elbow), percabangan dan sebagainya. Persamaan energi untuk aliran tak mampu mampat, tunak diantara dua lokasi adalah : P1 V1 P V 1 z1 z g g h L Dimana h L adalah kerugian head antara bagian 1 dan. Dengan asumsi D 1 = D sehingga V 1 = V, z 1 = z dengan aliran berkembang penuh ( 1 ) maka P P1 P hl. Kerugian tekanan dapat dihitung dengan rumus : l Pv V d Sedangkan Head Loss dapat dihitung dengan : l V hv (persamaan Darcy-Weisbach) d g Gambar. Koefisien Gesekan Pipa Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 4

5 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 Gambar 3. Difuser (pembesaran penampang) ditentukan dengan rumus blasius : 0, Re Bilangan Reynold dihitung dengan rumus : Re Vd 4Q Kecepatan aliran : V d Untuk Pipa dengan Re < 65 d/k dan Reynold 30 < Re < koefisien gesekan pipa dapat Untuk pipa dengan Re (65 d/k < Re < 1300 d/k dapat dihitung dengan rumus Colebrook ;.51 0, 7 log Re d k Koefisien resistan untuk aliran yang melalui pipa yang mengalami pembesaran penampang pipa dapat dihitung dengan persamaan : d d1 A A Sedangkan untuk menghitung koefisien resistan untuk aliran yang melalui pengecilan penampang dengan menggunakan persamaan : 1 d d0 A A Gambar 4. Reduser (pengecilan penampang) D. Prosedur Percobaan 1. Dudukkan intalasi uji di atas tangki (Besic Hydraulics bends).. Hubungkan instalasi uji dengan tangki menggunakan selang yang telah disediakan. 3. Semua katup pada instalasi uji dalam keadaan tertutup 4. Hubungkan manometer ke titik pengukuran yang dikehendaki. Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 5

6 Panduan Praktikum Fenomena Dasar Jalankan pompa kemudian perlahan-lahan buka katup pada tangki untuk mengatur laju aliran 6. Buka katup pada alat uji hingga air mengisi manometer 7. Secara serempak atur fluida yang masuk ke dalam manometer dengan menggunakan katup angin dan katup buang. 8. Hitung laju aliran 9. Catat waktu yang dibutuhkan untuk volume 10 liter, 0 liter atau 30 liter pada masing-masing perubahan kecepatan. 10. Catat penunjukan alat ukur tekanan air. 11. Hitung pressure loss (P v ), kecepatan aliran, angka Reynolds dan koefisien gesek pipa. 1. Dari hasil perhitungan buat kurva karakteristik untuk setiap obyek pengamatan. 13. Amati fenomena yang terjadi pada elbow 90 0, Rounded Elbow 90 0, belokan 90 0 dengan jari-jari, R = 40 mm, belokan 90 0 dengan jarijari, R = 100 mm dan katup bola. 14. Buat Grafik hubungan antara debit ( ltr/menit) dengan kerugian tekanan ( mmwc ) 15. Buat kurva karakteristik antara titik-titik pengukuran dengan tekanan dalam ( bar ) E. Tabel Pengamatan Untuk masing-masing obyek pengamatan : 1. Elbow,. Reducer, 3. Difuser, 4. Elbow Rounded, 5. Elbow ΔP ( mm WC) radius sempit, 6. Elbow radius luas, 7. Katup bola Debit ( ltr/mnt) Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 6

7 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 Debit (ltr/menit) Titik Pengukuran Daerah Pengukuran Tekanan (bar) 1 Pipa Elbow 3 reducer 4 Reducer/enlarger 5 enlarger/ rounded elbow 6 Rounded elbow 7 8 Bend 90 0 tight 9 Bend 90 0 large 10 Bend 90 0 / katup 11 Katup bola Technical data Instalasi uji : Panjang = 875 mm Lebar = 640 mm Tinggi = 900 mm Berat = 5 Kg Componen : - pengecilan penampang : PVC, d = 17 mm ke d = 9,6 mm - pembesaran penampang : PVC, d = 9,6 mm ke d = 17 mm - pipa Elbow 90 0, d = 17 mm - Rounded Elbow 90 0, d = 17 mm - Bend 90 0, d = 17 mm, R = 40 mm - Bend 90 0, d = 17 mm, R = 100 mm - Katup Bola, d = 17 mm Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 7

8 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 Gambar 5. Instalasi pengujian Keterangan : 1. Base Frame with Rear Wall 8. Reducer. Hose Connection, Water Inlet 9. Enlarger 3. Hose Connection, Water Outlet 10. Spherical Valve 4. Pipe Elbow Channel Manometer 5. Rounded Pipe Elbow 1. Spring-Tube Manometer 6. Tight Radius Pipe Bend 13. Circular Chamber with Measuring Gland 7. Large Radius Pipe Bend 14. PVC Hose with Plug-In Connector Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 8

9 Panduan Praktikum Fenomena Dasar 010 Mengukur perbedaan tekanan Gambar 5. Manometer Vent Valve dalam keadaan tertutup. Untuk mengukur tekanan P 1 dan P : P 1 = P L + h 1 ρ g P = P L + h ρ g Perbedaan tekanan : ΔP = P 1 P = Δh ρ g = (h 1 h ) ρ g Disusun Oleh : Muhammad Hasbi,ST.,MT 9