Percobaan 4 HEAD LOSS (KEHILANGAN ENERGI PADA PIPA LURUS) A. Tujuan Percobaan: 1. Mengukur kerugian tekanan (Pv). Mengukur Head Loss (hv) B. Alat-alat yang digunakan 1. Fluid Friction Demonstrator. Stopwatch 1 7 3 8 4 5 9 6 Keterangan : 1. Katup 7. Pressure tap. Double pressure gauge 8. Saluran buang 3. Katup pengarah aliran 9. Pengukuran katup 4. Rangka alat 5. Pengukur aliran 6. Sambungan ke titik pengukuran
C. Teori Aliran viskos di dalam pipa Aliran fluida dalam sebuah pipa mun gkin 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. Gambar 1. Daerah masuk aliran sedang berkembang dan aliran berkembang penuh di dalam sebuah sistem pipa. (Munson,et al, 003) 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). 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. Head Loss 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 dan dinding pipa. Friksi antara sesama partikel pembentuk fluida tersebut 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. Aliran fluida riil akan mengalami kehilangan energi (head, hl), yang terdiri dari kehilangan head karena gesekan pipa (hf) dah kehilangan head minor (hi). 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 D1 = D sehingga V1 = V, z1 = z dengan aliran berkembang penuh ( 1 ) maka P P1 P hl. Kerugian tekanan dapat dihitung dengan rumus : Sedangkan Head Loss dapat dihitung dengan : (persamaan Darcy-Weisbach) Koefisien Gesekan Pipa Bilangan Reynold dihitung dengan rumus : Laju aliran :
Untuk Pipa dengan Re < 65 d/k dan Reynold 30 < Re < 105000 koefisien gesekan pipa dapat ditentukan dengan rumus blasius : Untuk pipa dengan Re (65 d/k < Re < 1300 d/k dapat dihitung dengan rumus Colebrook ; D. Prosedur Percobaan Pengamatan dilakukan pada bagian II dari instalasi dengan langkahlangkah sebagai berikut : 1. Dudukkan intalasi uji (fluid friction Appartus) di atas tangki (HM 150). Hubungkan instalasi uji dengan tangki menggunakan selang yang telah disediakan. 3. Atus posisi alat ukur tekanan hingga ujung atas alat ukur sejajar dengan ujung tas instalasi uji. 4. Operasikan pompa kemudian atur bukaan katup pada tangki untuk mengatur laju aliran. 5. Pastikan hanya katup pada bagian II (daerah pengamatan) yang terbuka. 6. Lakukan pengaturan alat ukur tekanan dengan penyetelan pada katup alat ukur, hingga posisi normal. 7. Pasang selang alat ukur pada kedua titik pengukuran. 8. Lakukan pengukuran dengan berbagai variasi pengukuran (ditentukan asisten) 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 head loss (h v ), pressure loss (P v ), kecepatan aliran, angka Reynolds dan koefisien gesek pipa. E. Tabel Pengamatan Bukaan katup H 1 (mm) H (mm) d (mm) l (mm) Waktu (s) 10 ltr