Vol. 2, No. 3, September 2017 e-issn: ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin

Transkripsi

1 PENELITIAN KERGIAN ENERGI PADA SAMBNGAN PIPA T 90 0 Salimin Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, niversitas Halu Oleo Jln. H.E.A Mokodompit, Kampus Bumi Tridarma Andonohu, Kendari 9 ; Ir.salimin@gmail.com Abstrak Aliran gabungan dan percabangan adalah suatu proses tak mampu balik di mana didalam aplikasi teknis akan dapat menurunkan kemampuan kerja.dengan jalan mengukur kerugian tekanan pada aliran gabungan dan percabangan maka diperoleh kerugian head dan koefisien kerugian. Bentuk penelitian yang dilakukan adalah dengan menggunakan 4 jenis ukuran pipa dengan variasi Bilangan Reynolds (Re) 009 sampai , Hasil penelitian menunjukkan bahwa aliran pertemuan total koefisien kerugian K tot(1,7mm) = (,176 0,164), K tot(19,1mm) =(,86 0,515), K tot(5,4mm) =(,66 0,47), K tot8,1mm (,89 0,508 ). Kerugian Head total H T1,7mm = (0,789 0,101) mh O, H T19,1mm (0,97 0,446) mh O, H T5,4mm (1,1 0,498 ) mh O, H T8,1mm ( 1,004 0,9 ) mh O. Aliran percabangan K tot1,7mm = (,98 0,74 ), K tot19,1mm = (6,0 1,455), K tot5,4mm = (8,664,098 ), K tot8,1mm = ( 1,985,9 ), Kerugian Head total H T1,7mm = ( 1,08 0,96 ) mh O, H T19,1mm (0,94 0,404 ) mh O H T5.4 mm = ( 0,90 0,40 ) mh O, H T8,1mm = ( 0,577 0,411) mh O. Kata kunci: Koofisien kerugian, kerugian head, aliran kombinasi dan cabang. Abstract The combination and branching flow is a irreversible process in which the irreversibility in technical application will decrease the system performance.the way to discover the pressure loss at the combination and branching flow is by measuring the head loss and coefficient of loss. The experiment used 4 kinds of pipe with the variation of Reynolds (Re) from 009 to The results of the study indicate the meeting flow: Total coefficient of loss, K tot(1,7mm) = (,176 0,164), K tot(19,1mm) =(,86 0,515), K tot(5,4mm) = (,66 0,47).K tot8,1mm = (,89 0,508), Total Head Loss H T1,7mm = (0,789 0,101)mH O, H T19,1mm (0,97 0,446)mH O, H T5,4mm = (1,1 0,498)mH O, H T8,1mm = (1,004 0,9 )mh O branching flow; total coefficient loss, K tot(1,7mm) = (,98 0,74) K tot(19,1mm) = (6,0 1,455) K tot (5,4mm) = (8,664,098), K tot8,1mm = (1,985,9). Total Head Loss H T1,7mm = (1,08 0,96)mH O, H T19,1mm = (0,94 0,404)mH O, H T5,4mm = (0,90 0,40)mH O, H T8,1mm = (0,577 0,411)mH O Key words : coefficient of loss, Head Losses, combination and branching flow 1. Pendahuluan Dalam rangka memenuhi kebutuhan manusia dan industri tentang penggunaan air bersih,maka dibutuhkan alat atau media guna mendistribusikan air tersebut diantaranya penggunaan pipa. Pada th 1850 seorang peneliti berkebangsaan Jerman telah melakukan penelitian aliran dalam pipa meneliti rugi pada hulu pipa, yang kemudian dilanjutkan oleh Insinyur Perancis, Henry Darcy pada tahun 1857 yang melakukan eksperimen aliran pipa dan pertama kalinya mengungkap efek kekasaran pada hambatan pipa yang dikenal dengan persamaan Darcy-Weisbach. Kemudian Osborne Reynold melakukan eksperimen melalui 1

2 pipa klasiknya pada tahun 188 yang memperlihatkan pentingnya bilangan Reynolds dalam aliran fluida. Sambungan pipa yang berfungsi untuk membelokan, membagi aliran menjadi bercabang dan menggabungkan aliran. Penggabungan aliran fluida pada percabangan sendiri adalah suatu proses irreversibel dimana irreversibilitas ini di dalam aplikasi teknik akan menurunkan unjuk kerja dari sistem. Selama fluida mengalir melalui pipa banyak terjadi rugi tekanan yang disebut rugi tekanan Major (Major Head loss) dan rugi tekanan Minor (Minor Head loss) (Mechanical Engineering Laboratory Spring Quarter, 00). Kerugian Major adalah rugi tekanan yang terjadi karena gesekan fluida dengan dinding sepanjang pipa dan kerugian Minor adalah kerugian akibat fluida melewati sambungan. Aliran turbulen mempunyai koefisien gesek yang lebih tinggi dibandingkan dengan aliran laminar, tingginya koefisien gesek berpengaruh secara langsung pada besarnya penurunan tekanan dan besarnya energi yang diperlukan untuk mengalirkan fluida (Indartono, 006). Apabila fluida mengalir melalui suatu percabangan maka akan terjadi separasi yang mengakibatkan terjadinya kerugian tekanan. Menurut Dwiyantoro (004), Adanya percabangan pada aliran fluida incompressible menyebabkan terganggunya aliran akibat separasi yang menyebabkan kerugian dari tekanan total. Aliran yang terjadi pada percabangan pipa mengakibatkan aliran menjadi turbulen dan separasi, sehingga koefisien gesek menjadi tinggi dan menyebabkan penurunan tekanan yang akan berpengaruh pada energi yang dibutuhkan oleh Pompa.. Tinjauan Pustaka Rugi Tekanan Mayor (Mayor Head Loss) Persamaan untuk rugi pipa : = (1) Persamaan ini adalah persamaan Darcy-Weisbach berlaku untuk aliran dalam pipa untuk aliran laminar dan turbulen. Koefisien gesek (f) untuk aliran laminar dihitung dengan : 64 f Re () Bilangan Reynolds di dalam sebuah saluran yang melewati saluran dapat dihitung melalui persamaan (Munson, 004) : D Re () Sedang untuk koefisien gesek aliran turbulen diperoleh dengan diagram Moody, adapun batasan bilangan Reynolds untuk aliran menurut (Olson, 199) adalah: R 000, aliran laminer R R e e e 00, aliran turbulen , aliran transisi Rugi Tekanan Minor (Minor Head Loss) ntuk sebuah sistem perpipaan, disamping kerugian Major yang dihitung untuk seluruh panjang pipa, ada pula yang disebut kerugian Minor yang disebabkan oleh (White, 1994) : a. Lubang masuk atau lubang keluar pipa. b. Pemuaian atau penyusutan tiba-tiba. c. Kelokan, siku, sambungan T dan suaian lain. d. Katup, yang terbuka atau sebagian tertutup. e. Pemuaian atau penyusutan berangsur. Kerugian head total dalam pipa adalah penambahan antara kerugian mayor dan kerugian minor yang dirumuskan : h L = h f + h m (4) Dari hasil eksperimen para ahli dengan fluida pada bilangan Reynolds yang tinggi memperlihatkan bahwa kerugian minor adalah sama dengan hasil kali energi kinetik

3 persatuan berat dari fluida dengan koefisien kerugian : hm K (5) g Dimana: h m = Kerugian minor (m H O), K = koefisien kerugia g = gaya gravitasi (9,81 m/s ), = kecepatan aliran (m/s) Aliran Pertemuan (Combining) Gambar. Aliran pertemuan (Combining) Kerugian Head (Head Losses) khusus sambungan T (h T ) h ( ) T1 h1 f 1 f (6) h ( h f f ) (7) Koefisien kerugian (K) 1 K1 (8) g K (9) g Aliran Percabangan (dividing) Gamabar 4. Aliran percabangan (dividing) Kerugian Head (head losses) khusus sambungan pipa T (h T ) h ( ) T 1 h 1 f f 1 (10) h ( ) T h f f (11) Koefisien kerugian (K) ; 1 K 1 (1) g. Metode Penelitian Tempat Penelitian Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Fluida Jurusan Teknik Mesin niversitas Haluoleo, dengan terlebih dahulu, mempersiapkan alat penelitian berikut bahan yang akan digunakan. Bahan dan Peralatan Bahan dan peralatan yang akan digunakan adalah : Bahan penelitian fluida yang akan digunakan adalah air, dan alat instalasi penelitian tangki air, pipa uji, pompa, katub, manometer, stop watch, tangki penampungan dan gelas ukur. Prosedur Penelitian Adapun persiapan awal untuk melaksanakan penelitian ini adalah: a. Perencanaan dan perakitan alat Perancangan dan pembuatan alat dimaksudkan untuk mempermudah kelancaran penelitian. Pengumpulan data pembanding dan literature salah satu objek perencanaan serta pengadaan alat dan bahan yang diperlukan sudah siap, maka dilakukan pembuatan instalasi penelitian seperti pada gambar diatas. b. Sebelum dilakukan penelitian terlebih dahulu harus dilakukan pemeriksaan terhadap peralatan yang akan diuji sebagai berikut : 1. Mengisi kedua bak penampungan (tangki air) no. dan 4 dengan air

4 secukupnya dan memastikan pompa sentrifugal berjalan dengan baik.. Setelah tangki diisi air, Pompa dijalankan dan di periksa apakah semua komponen bekerja dengan baik. Setelah kondisi pompa dan aliran stabil maka mulai dilakukan eksperimen.. Memeriksa alat ukur tekanan Manometer apakah sudah bekerja dengan baik. 4. Memeriksa kembali semua sistem dan memastikan tidak ada kebocoran. Data Variabel Penelitian Variabel Penelitian Terdiri atas variabel bebas dan variabel terikat, di mana masing-masing sebagai berikut: a. Variabel bebas (independent variable). Variabel bebas adalah variabel yang besarnya ditentukan sebelum penelitian. Besar variabel bebas diubah-ubah untuk mendapatkan hubungan antara variabel bebas dengan variabel terikat, sehingga tujuan penelitian dapat tercapai. Dalam penelitian ini variabel bebas yang digunakan adalah laju aliran yang melewati pipa T. b. Variabel terikat (dependent variable) Variabel terikat adalah variabel yang besarnya tidak dapat ditentukan sebelum penelitian, tetapi besarnya tergantung dari variabel bebas. Dalam penelitian ini variabel terikat adalah Bilangan Reynolds (Re), koefisien kerugian (K)) dan besarnya head losses (h). Instalasi Penelitian Keterangan; 1. Bak penampungan bawah. Bak penampungan atas. Pipa distribusi 4. lubang taping pengukur tekanan manometer 5. Sambungan T 90 0 diameter dalam (d 1 =d =d ) 6. Tangki pengukur aliran 7. Pipa pembuangan 4

5 4. Hasil dan Pembahasan Dalam mengevaluasi data pengukuran dan perhitungan dengan mempelajari gejala yang terjadi, maka sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai dapat dianalisis sebagai berikut: 1. Delapan variasi debit aliran pada setiap cabang pada aliran pertemuan setiap bilangan Reynolds (Re) bervariasi antara 009 dan pada 64 pengujian menghasilkan nilai koefisien kerugian (K) antara 0,164 dan,89 serta Kerugian Head demikian pula pada aliran percabangan setiap bilangan Reynolds (Re) bervariasi antara dan 6618 menghasilkan nilai koefisien kerugian (K) antara 0,74 dan 1,985 Serta Kerugian Head antara 0,96.dan 0,577.karena arah aliran dari cabang 1- dibelokan akibat adanya tumbukan dari aliran langsung (cabang ) yang tidak mengalami perubahan arah.. Pada aliran pertemuan diperoleh laju aliran (Q) bervariasi antara 0,0008. Dan 0,0085 m /s pada 64 pengujian sedangkan percabangan menghasilkan laju aliran (Q) bervariasi antara 0,00106 dan 0,0016 m /s seiring dengan bertambahnya laju aliran serta diameter pipa yang dilalui oleh fluida dan berakibat pada perbedaan head disetiap cabang yang semakin kecil.. Berdasarkan pada koefisien kerugian diatas maka nilai koefisien kerugian total (K tot ) tertinggi pada aliran pertemuan sebesar,89 dan Kerugian Head total 1,1 mho Aliran Percabangan tertinggi sebesar K tot 1,985 Serta Kerugian head 1,08 mho Kesimpulan Dari hasil penelitian dan dianalisis, maka dapat disimpulkan : 1. Penelitian ini dilakukan pada Bilangan Reynolds (Re) Peningkatan laju aliran (Q) dan semakin besar ukuran diameter pipa untuk seksi 1,, dan pada aliran pertemuan dan aliran percabangan mengakibatkan turunnya nilai koefisien kerugian (K).serta Kerugian Head (H). Akibat perubahan arah aliran hasil penelitian nilai Koefisien kerugian (K) dan Kerugian Head (H) diperoleh : a. Aliran pertemuan: 0,017 m, K tot = (,176-0,164) 0,0191 m, K tot = (,86-0,515) 0,054 m, K tot = (,66-0,47) 0,081 m K tot = (,89 0,508) 0,017 m H Tot = (0,789 0,101) 0,0191 m H Tot = (0,97 0,446) 0,054 m H Tot = (1,1 0,498) 0,081 m H tot = (1,004 0,9) b. Aliran Percabangan; 0,017 m, K tot = (,98 0,74) 0,191 m, K tot = (6,0-1,455) 0,054 m, K tot = (8,664,098) 0,081 m, K tot =(1,985 -,9) 0,017 m, H Tot = (1,08 0,96) 0,0191 m H Tot = (0,94 0,404) 0,054 m H Tot = (0,90-0,400) 0,081 m H tot = (0,577 0,411) Saran ntuk penelitian lebih lanjut sedapat mungkin dilakukan dengan memvariasikan sudut cabang dan variasi diameter pipa agar dapat membandingkan koefisien keruagian yang terjadi terhadap perubahan aliran baik pada aliran pertemuan maupun aliran percabangan Daftar Pustaka. Arip Dwiyantoro, B., 004, Studi Ekperimental Tentang Pengaruh Protituding (Tonjolan) pada Pipa Lurus Bercabang 45 0 dan 60 0 terhadap Distribusi Kecepatan dan Tekanan Aliran, ITS, Surabaya. 5

6 Bird R. B., Stewart W. E. & lighfoat E. N., 1994, Transport Phenomena, John Willey & Sons, Singapore, Toronto. Costa N.P., Mania.R, 006. Edge Effects on the Flow Characteristics in a 90 deg Tee Junction, Journal of Fluids Engineering, Vol. 18, pp. 104:117, ( Daily James, W & Harleman Donald R. F., Fluid Dynamics, Addison- Wesley Publishing Company,inc. Miller S. Donald., Internal Flow Sistem, Vol-5, In the BHRA Fluid Engineering Series. Saleh M. Jamal. 00. Fluid Flow Handbook, McGraw-Hll, New York. Setyo Indartono, Y., 006, Meredam Turbulensi Membuat Air Mengalir (jauh) Lebih Cepat, Artikel Iptek, ( diakses 1 Maret 007). White Frank M, Fluid Mechanics, Third Edition, Mc Graw-Hill Book Company, N Miller S. Donald., Internal Flow Sistem, Vol-5, In the BHRA Fluid Engineering Series. MD Bassett, 001.Calculation of Steady Flow Pressure Loss Coefficients for Pipe Junctions, Proc Instn Mech Engrs Vol 15 Part C 6