PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN INPUT IMPEDANCE

Transkripsi

1 PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN INPUT IMPEDANCE Disusun oleh : RIZKY ADE KURNIA M SKRIPSI PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA September, 2016

2 PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN INPUT IMPEDANCE Disusun oleh : RIZKY ADE KURNIA M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA September, 2016 i

3 HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN INPUT IMPEDANCE Oleh Rizky Ade Kurnia M Telah disetujui oleh Pembimbing 1 Artono Dwijo Sutomo S.Si, M.Si NIP Tanggal. Pembimbing 2 Drs. Darmanto, M.Si NIP Tanggal. ii

4 HALAMAN PENGESAHAN Skripsi dengan judul: Prediksi Jari-jari Kebocoran Pipa berdasarkan Input Impedance Yang ditulis oleh : Nama : Rizky Ade Kurnia NIM : M Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Kamis Tanggal : 29 September 2016 Dewan Penguji: 1. Ketua Penguji Drs. Iwan Yahya, M.Si NIP Sekretaris Penguji Mohtar Yunianto S.Si., M.Si NIP Anggota Penguji 1 Artono Dwijo Sutomo, S.Si M.Si NIP Anggota Penguji 2 Drs. Darmanto, M.Si NIP Disahkan pada tanggal. Oleh Kepala Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. NIP iii

5 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN INPUT IMPEDANCE adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis. Surakarta, 6 September 2016 Rizky Ade Kurnia NIM. M iv

6 MOTTO And I my head oppressed by horror said: "Master, what is it that I hear? Who are those people so defeated by their pain?" And he to me: "This miserable way is taken by the sorry souls of those who lived without disgrace and without praise. They now commingle with the coward angels, the company of those who were not rebels nor faithful to their God, but stood apart. The heavens, that their beauty not be lessened, have cast them out, nor will deep Hell receive them even the wicked cannot glory in them. " Dante Alighieri, Inferno Even in our darkest moments, a fire still burns within. And the darker it gets, the brighter the flame. Oliver Sykes, Raised by Raptors You only live once Suicide Silence v

7 PERSEMBAHAN Dengan rasa syukur dan terimakasih, saya persembahkan karya ini kepada: 1. Tuhan Yang Maha Esa. 2. Orang tua dan keluarga. 3. Bapak Artono dan Bapak Darmanto selaku pembimbing. 4. Teman-teman dan sahabat. vi

8 Prediksi Jari-Jari Kebocoran Pipa Berdasarkan Input Impedance Rizky Ade Kurnia Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Input impedance dari pipa yang bocor dapat digunakan untuk menghitung besar jari-jari dari kebocoran tersebut. Perubahan impedansi pada pipa dapat mengakibatkan perubahan refleksi dari gelombang akustik yang dapat terukur dengan reflektometer sinyal akustik. Pada penelitian ini dilakukan simulasi input impedance pipa yang memiliki sebuah kebocoran. Variasi kebocoran dibuat memiliki jari-jari 0,001 m dan 0,002 m. Hasil dari simulasi input impedance pada penelitian ini dibandingkan dengan hasil simulasi dari perangkat lunak Acoustic Research Tool (ART). Kemudian hasil simulasi input impedance ini digunakan untuk menghitung kembali jari-jari kebocoran pada pipa. Hasil dari perhitungan ini kemudian dibandingkan dengan nilai masukan yang diberikan. Untuk pipa dengan jari-jari kebocoran 0,001m didapatkan hasil perhitungan jari-jari kebocoran sebesar (0, ± 0,000005) m, dan untuk pipa dengan jari-jari kebocoran 0,002 m didapatkan hasil perhitungan jari-jari kebocoran sebesar (0, ± 0,000009) m. Kata kunci: Input impedance, reflektometer sinyal akustik, simulasi, Acoustic Research Tool (ART), kebocoran pipa vii

9 Leak Radius Prediction in a Pipe using Input Impedance Rizky Ade Kurnia Department of Physics, Faculty of Mathematic and Natural Science Sebelas Maret University ABSTRACT Input impedance from a leaked duct can be used to calculate the radius of the leak. Changed in impedance on a duct can affected the change in reflection from acoustic wave that can be measured using acoustic pulse reflectometer. In this research, input impedance from single leaked duct being simulated. The leak had two variation of radius, 0,001 m and 0,002 m. The result of the input impedance simulation on this research being compared to the result of input impedance simulation from software named Acoustic Research Tool (ART). The result from this input impedance simulation being used to calculate the radius of the leak. The result of the leak calculation being compared to the input value of the leak radius. For a duct with leak radius 0,001 m, the result of the leak calculation is (0, ± 0,000005) m, and for a duct with leak radius 0,002 m, the result of the leak calculation is (0, ± 0,000009) m. Keywords: Input impedance, acoustic pulse reflectometer, simulation, Acoustic Research Tool (ART), leak on a duct viii

10 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan berkat dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul Prediksi Jari-Jari Kebocoran Pipa Berdasarkan Input Impedance. Penelitian ini dilakukan selama kurang lebih 8 bulan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains. Banyak pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Artono Dwijo Sutomo S.Si, M.Si selaku pembimbing I. 2. Drs. Darmanto, M.Si selaku pembimbing II. 3. Mohtar Yunianto S.Si., M.Si selaku pembimbing akademik. 4. Orang tua, keluarga, teman dan sahabat. Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan balasan atas segala kebaikan dan bantuan yang telah diberikan. Dalam penulisan penelitian ini, masih terdapat banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapka kritik dan saran yang membangun perbaikan di masa datang. Penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat. Surakarta, 6 September 2016 Rizky Ade Kurnia ix

11 PUBLIKASI Sebagian skripsi saya yang berjudul Prediksi Jari-Jari Kebocoran Pipa berdasarkan Input Impedance telah dipublikasikan pada: Sebelas Maret University Institutional Repository (UNS-IR), pada tanggal 5 September 2016, Universitas Sebelas Maret Surakarta. x

12 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN. iii HALAMAN PERNYATAAN iv HALAMAN MOTTO. v HALAMAN PERSEMBAHAN. vi HALAMAN ABSTRAK. vii HALAMAN ABSTRACT... viii KATA PENGANTAR. ix HALAMAN PUBLIKASI... x DAFTAR ISI xi DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR SIMBOL. xiv DAFTAR LAMPIRAN... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Batasan Masalah Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Kebocoran pada Pipa Penyebab Kebocoran pada Pipa Klasifikasi Teknologi Pendeteksi Kebocoran pada Pipa Gelombang Akustik di dalam Pipa Persamaan Gelombang Akustik di dalam Pipa yang Berisi Udara Reflektometri Sinyal Akustik Input Impulse Response (IIR) Refleksi Tunggal dari Sebuah Diskontinuitas Beberapa Refleksi dari Beberapa Diskontinuitas Perambatan Gelombang Datar pada Persambungan Antar Segmen Pipa Perambatan Gelombang Datar yang Melalui Segmen Silinder Gelombang Datar yang Melalui Beberapa Segmen Impedansi Impedansi Karakteristik Impedansi Karakteristik pada Ruang Bebas Impedansi Karakteristik pada Pipa Berisi Udara Input Impedance commit to user 21 xi

13 Input Impedance pada Pipa Impedansi Radiasi Impedansi Lubang Kebocoran Menghitung Jari-Jari Kebocoran dari Impedansi Lubang Simulasi BAB III METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Alat dan Bahan Alat Penelitian Bahan Penelitian Metode Penelitian Studi Literatur Penulisan Persamaan Persamaan Input Impedance pada Pipa dengan Sebuah Kebocoran Persamaan Perhitungan Jari-Jari lubang Kebocoran Simulasi Input Impedance Pipa dengan Sebuah Kebocoran Program Perhitungan Jari-Jari Kebocoran Analisa Hasil.. 36 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Konstanta dan Dimensi Pipa Simulasi Input Impedance Pipa yang Memiliki Sebuah Lubang Kebocoran Input impedance dari Perangkat Lunak Acoustic Research Tool (ART) sebagai Pembanding Hasil Simulasi Input Pipa yang Memiliki Sebuah Lubang Kebocoran Perhitungan Jari-Jari Kebocoran dari Nilai Input Impedance Pipa.. 45 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran.. 49 DAFTAR PUSTAKA.. 50 LAMPIRAN 53 xii

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Klasifikasi metode pendeteksi kebocoran berdasarkan sifat teknik yang digunakan.. 7 Gambar 2.2. Perubahan panjang dari bagian gas di dalam pipa saat dilalui gelombang akustik. 10 Gambar 2.3. Skematik alat reflektometri sinyal akustik Gambar 2.4. Refleksi dari sebuah diskontinuitas.. 14 Gambar 2.5. Pipa dengan segmen yang bervariasi 16 Gambar 2.6. Segmen silinder jth dan (j + 1)th Gambar 2.7. Skema pipa dengan panjang l dan jari-jari r. 23 Gambar 2.8. Skema pipa yang memiliki sebuah kebocoran.. 25 Gambar 3.1. Diagram alir tahapan penelitian 29 Gambar 3.2. Diagram alir program simulasi input impedance pipa dengan sebuah kebocoran. 31 Gambar 3.3. Diagram alir program perhitungan jari-jari kebocoran pipa Gambar 4.1. Skema pipa dengan sebuah ubang kebocoran Gambar 4.2. Impedansi input pipa dengan sebuah lubang kebocoran (r h = 0,001 m) yang dihasilkan dari ART Gambar 4.3. Impedansi input pipa dengan sebuah lubang kebocoran (r h = 0,002 m) yang dihasilkan dari ART Gambar 4.4. Grafik hasil simulasi impedansi input pipa yang memiliki sebuah kebocoran dengan jari-jari kebocoran 0,001 m 44 Gambar 4.5. Grafik hasil simulasi impedansi input pipa yang memiliki sebuah kebocoran dengan jari-jari kebocoran 0,002 m 44 Gambar 4.6. Grafik hubungan antara frekuensi dengan jari-jari kebocoran hasil perhitungan untuk jari-jari kebocoran 0,001 m 46 Gambar 4.7. Grafik hubungan antara frekuensi dengan jari-jari kebocoran hasil perhitungan untuk jari-jari kebocoran 0,002 m 47 xiii

15 DAFTAR SIMBOL Satuan f c = Frekuensi cut-off Hertz π = phi, 3,1416 c = Kecepatan suara dalam udara m/s r = Jari-jari pipa m δx = Panjang awal segmen gas pada sumbu x m ξ(x, t) = Perubahan panjang segmen gas pada sumbu x m S = Tampang lintang pipa m 2 p 0 = Tekanan atmosfer Pa atau N/m 2 p 1 = Tekanan tambahan Pa atau N/m 2 F = Gaya Newton m = Massa Kg a = Percepatan m/s 2 ρ 0, ρ 1, ρ = Kerapatan Kg/m 3 γ = Rasio panas spesifik R = Konstanta gas universal, 8,314 J Kg K T = Suhu absolut Kelvin M r = Berat molekul rata-rata Kg/mol f 1, f 2 = Fungsi kontinu gelombang k = Bilangan gelombang f = Frekuensi Hertz ω = Frekuensi anguler Hertz A,B = Gelombang yang bergerak ke kanan dan kiri + p 0 = Gelombang tekan masuk Pa atau N/m 2 p 0 = Gelombang tekan refleksi Pa atau N/m 2 + p 1 = Gelombang tekan transmisi Pa atau N/m 2 Z c = Impedansi karakteristik Acoustic Ohm r j,j+1 = Koefisien refleksi t j,j+1 = Koefisien transmisi L = Panjang segmen m Γ = Bilangan gelombang kompleks α = Koefisien atenuasi v p = Kecepatan fase m/s r v = Rasio perbandingan antara jari-jari pipa dengan lapisan pembatas viskositas v C p = Akar dari bilangan Prandtl = Panas spesifik J Kg K xiv

16 κ k r t = = Konduktivitas thermal = konstanta perambatan kompleks Rasio perbandingan antara jari-jari pipa dengan lapisan pembatas thermal Watt m K u = Kecepatan partikel pada ruang bebas m/s U = Kecepatan volume partikel m 3 /s v(x) = Kecepatan pada sumbu x m/s Z = Impedansi Acoustic Ohm l = Panjang pipa m l 1 = Panjang segmen pertama pipa m l 2 = Panjang segmen kedua pipa m l h = Ketebalan pipa m r h = Jari-jari kebocoran m Z c = Impedansi karakteristik dengan efek losses Acoustic Ohm k = Bilangan gelombang dengan efek losses Z r = Impedansi radiasi Acoustic Ohm Z h = Impedansi lubang kebocoran Acoustic Ohm Z s = Impedansi seri Acoustic Ohm Y s = Admitansi seri xv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Data Puncak Amplitudo Input Impedance. 53 Lampiran 2 Penjabaran Persamaan Lampiran 3 Program Matlab 63 xvi