ANALISIS PENGARUH KEKASARAN PERMUKAAN PIPA TERHADAP BESARNYA HEADLOSSES SISTEM PERPIPAAN DI KAPAL Heroe Poernomo 1,Ali Munazid 2, Fajarianto 1 1 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. E-mail: heroe_p@na.its.ac.id 2 Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan, Universitas hang Tuah Surabaya. E-mail: alimunazid@gmail.com Abstract: Pressure drop that happened at the piping system in the ship because of Head losses factor. Head losses in a pipe can happen because there is a fluid friction factor with pipe, valve, elbow, gradual contraction and gradual englargment. The friction is influenced by viscositas, and the charge of pressure, temperature, and speed of fluid. Based on the factor considered is piping science include head losses, a major losses testing appliance is made. The appliance is made to know how many friction factors in a pipe that tested and do a comparison in experiment with theory result. Designing and manufacture major losses testing tool did with assembling. The capability of that tool tested with do a few testing. In the testing time, that tool can measure fluids pressure in suction and discharge about temperature of fluids 30º, 40º, 50º, 60º, and 70º with using a pressure gauge. That tool can also measure fluids flow in every temperature using flow meter. Data will calculated with manually so produce friction factor and head losses from each experiment which later will comported with theory. With compare experiment result with theory, so will be known the relation between pressure, head losses, viscosities and friction loss factor and also an accurate data will be got. The result of manufacture this tool hope can make easier calculating head losses in pipe test at a moment design piping installation. Key word: head losses, major losses, viskositas PENDAHULUAN Perkembangan ilmu perpipaan yang sangat pesat seiring dengan perkembangan kebutuhan di masyarakat seperti di industri maritim maupun darat. Ilmu perpipaan yang paling tradisional adalah memasang pipa sesuai keinginan pengguna. Kini ilmu perpipaan tidak hanya dilihat dari segi keinginan akan tetapi sudah ditinjau dari segi proses yang terjadi dalam sistem perpipaan tersebut dan juga sampai kedalam segi ekonominya. Dengan banyaknya faktor yang harus dipertimbangkan maka pembuatan sistem perpipaan baik di darat maupun dilaut, harus dapat meningkatkan kualitas dan ketelitian dari perencanaan system perpiaan tersebut sehingga dapat dicapai hasil yang memuaskan (Raswari, 1986; Sularso, 2000). Dalam perancangan suatu sistem perpipaan,salah satu faktor yang harus diperhatikan adalah besarnya daya yang hilang mulai dari suction sampai ke dischar- 73
ge termasuk daya yang hilang pada keseluruhan pipa akibat kekasaran pada penampangnya yang sering disebut Head Losses mayor. Sehingga diperlukan masukkan data yang akurat dalam penentuan tahanan tersebut. Masukkan data yang akurat akan lebih mudah didapat jika perancang suatu sistem sudah mempunyai keahlian dalam menentukan head losses pada pipa (Soemitro, 1977; Daugherty, 1989; Sularso, 2000). METODE PENELITIAN Tahapan yang dilakukan dalam penelitian adalah : Persiapan Studi literatur dan informasi mendukung pembuatan alat uji, baik tentang mekanika fluida dan pompa. Persiapan peralatan dan bahan, bahan yang digunakan adalah: (1) Bahan Uji adalah Pipa galvanis, diamater luar (D) = 1,5 inch, diameter dalam (Din) = 1,49 inch, panjang pipa (L) = 6 meter. (2) Fluida uji adalah oli pelumas, jenis fluida = pelumas pertamina SAE-40, berat jenis oli = 0,866. Pelaksanaan (a) Pengujian fluida uji (minyak pelumas SAE-40) di BPPI surabaya. (b) Fabrikasi dan percobaan alat uji, proses percobaan dari alat tersebut yang meliputi besarnya head yang yang dibuat untuk menghitung besarnya head losses pipa yang diujikan. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Percobaan Dari hasil percobaan yang dilakukan dengan membuka gate valve penuh (100%) dan setengah (50%), didapatkan hasil percobaan seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2. Analisa Hasil Percobaan Hubungan Viskositas Pelumas dengan Temperatur antara viskositas pelumas dengan temperatur, adapun hubungan tersebut sperti grafik pada Gambar 1. Gambar 1. Grafik viskositas pelumas SAE-40 terhadap temperatur 74 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011
Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa peningkatan temperatur pelumas maka akan mengakibatkan penurunan viscositas pelumas (fluida akan menjadi semakin cair). Hal ini akan menyebabkan gaya gesek menjadi semakin berkurang dan aliran akan menjadi semakin cepat. Hubungan Viskositas Pelumas dengan Angka Reynold antara viskositas pelumas dengan angka Reymold/Reynold Number (Re) pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 2. Sedangkan hubungan antara viskositas pelumas dengan angka Reymold/Reynold Number (Re) pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 3. Gambar 2. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan Reymold Number (Re) kondisi gate valve terbuka penuh (100%) Gambar 3. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan Reymold Number (Re) kondisi gate valve terbuka setengah (50%) Dari grafik pada Gambar 2 dan gambar 3 tersebut diatas dapat dilihat bahwa besarnya viskositas pelumas dipengaruhi oleh besarnya angka reynold, dimana semakin besar angka reynoldnya maka semakin besar viskositas pelumas tersebut. Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 75
Hubungan Viskositas Pelumas dengan Tekanan antara viskositas pelumas dengan perubahan tekanan (P1-P2) pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 4. Sedangkan hubungan antara viskositas pelumas dengan perubahan tekanan (P1-P2) pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 5. Gambar 4. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan perubahan tekanan kondisi gate valve terbuka penuh (100%) Gambar 5. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan perubahan tekanan kondisi gate valve terbuka setengah (50%) Dari grafik diatas dapat dilihat hubungan viskositas pelumas dengan perubahan tekanan, pada Gambar 4 kondisi gate valve dibuka penuh (100%) dan pada Gambar 5 kondisi gate valve dibuka setengah (50%) dapat disimpulkan bahwa peningkatan tekanan akan menimbulkan peningkatan vislositas pelumas. Dengan kondisi seperti di atas maka peningkatan tekanan mengalirkan pelumas akan menimbulkan kecepatan aliran pelumas menjadi pelan, dan viscositas fluida se- 76 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011
makin rendah pada tekanan akan semakin tinggi untuk mengalirkan fluida, kecepatan aliran fluida akan menjadi cepat. Hubungan Head Losses dengan Viskositas Pelumas antara Head losses dengan Viskositas pelumas pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 6. Sedangkan hubungan antara Head losses dengan Viskositas pelumas pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 7. Gambar 6. Grafik hubungan head losses dengan viskositas pelumas SAE-40 kondisi gate valve terbuka penuh (100%) Gambar 7. Grafik hubungan head losses dengan viskositas pelumas SAE-40 kondisi gate valve terbuka setengah (50%) Dari grafik diatas dapat dilihat hubungan head losses dengan viskositas pelumas, pada Gambar 4 kondisi gate valve dibuka penuh (100%) dan pada Gambar 5 kondisi gate valve dibuka setengah (50%) dapat disimpulkan bahwa peningkatan viskositas pelumas akan menimbulkan penurunan head losses. Dengan kondisi Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 77
seperti di atas maka peningkatan viskositas pelumas akan menimbulkan kecepatan aliran pelumas menjadi pelan, dan viscositas fluida semakin rendah pada tekanan akan semakin tinggi untuk mengalirkan fluida, kecepatan aliran fluida akan menjadi cepat. Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi viscositas maka head losses yang dihasilkan akan semakin besar sehingga alirannya laminar. Viscositas yang rendah maka head losses yang dihasilkan akan semakin kecil sehingga alirannya turbulen. Hubungan dengan Koefisien Gesek (f) Head Losses antara Koefisien gesek (f) dengan Head losses pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 8. Sedangkan hubungan antara Koefisien gesek (f) dengan Head losses pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 9. Gambar 8. Grafik hubungan koefisien gesek (f) dengan Head losses kondisi gate valve terbuka penuh (100%) Gambar 9. Grafik hubungan koefisien gesek (f) dengan head losses kondisi gate valve terbuka setengah (50%) Dari grafik atas hubungan antara head losses mayor dengan koefisien gesek f dapat disimpulkan sebagai berikut: f pada percobaan: dapat disimpulkan bahwa koefisiensi gesek semakin turun maka 78 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011
head losses mayor pada pipa akan semakin kecil. f pada teori: dapat disimpulkan bahwa koefisiensi gesek semakin turun maka head losses mayor pada pipa akan semakin kecil. KESIMPULAN Berdasarkan serangkaian percobaan dan analisa data yang telah dibahas maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Dari hasil analisa perbandingan terhadap besarnya selisih faktor gesekan hasil teori dengan percobaan didapat kesimpulan Pada percobaan dengan pipa uji 1.5 dengan gate valve terbuka penuh, selisih nilai f teori dan f percobaan tertinggi sebesar 0.10372 dan terendah 0.00840. Pada percobaan dengan pipa uji 1.5 dengan gate valve terbuka setengah, selisih nilai f teori dan f percobaan tertinggi sebesar 0.31986 dan terendah 0.00731. Dari hasil analisa diatas maka faktor-faktor yang paling mempengaruhi besarnya head losses pada pipa adalah: Viscositas dari fluida, Kecepatan aliran dari fluida dan Perubahan tekanan padad awal dan ujung pipa. Hubungan antara viscoss fluida dengan Reynold Number (Re) adalah berbanding terbalik pada setiap percobaan sehingga alat ini dapat membuktikan kebenaran dari rumus Reynolds Number. Hubungan antara viscositas fluida dengan tekanan adalah berbanding terbalik pada setiap percobaan sehingga alat ini dapat membuktikan kebenaran dari rumus Bernoulli dimana kecepatan yang berbanding lurus deng viscositas berbanding terbalik dengan perubhan tekanan yang terjadi. Nilai viscositas fluida berbanding lurus dengan head total dari system. Hal ini menjelaskan rumus Hagen-Poiseulle. Nilai koefisien gesek berbanding lurus dengan besarnya head losses pada pipa uji. Hubungan ini kurang memperkuat persamaan Hendry Darcy. Hubungan antara suhu dan viscositas adalah berbanding terbalik, hal ini menunjukkan persamaan Poiseulle. DAFTAR RUJUKAN Daugherty. Robert L. 1989. Fluids Mechanics With Engineering Applications. Singapore: Mc- Graw Hill Book Co. Raswari. 1986. Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan. Jakarta: UI press. Soemitro. Herman W. 1977. Mekanika Fluida Dan Hidraulika jilid 3. Edisi kedua. Jakarta: Erlangga. Sularso. Haruo T. 2000. Pompa dan Kompresor. Jakarta: PT. Pradnya Paramita. Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 79
Lampiran Tabel 1. Hasil Percobaan Gate Valve Terbuka Penuh (100%) Total Temp Waktu Q V P1 P2 Viscositas Frection Reynold Head Minor (meter) Head Head Total Head Mayor Factor Number (Re) Minor (f) C det m³/det m/det bar bar m²/det 2xT Kecil Besar meter meter meter 30 40 50 60 70 10 0.00303 2.7054 1.70 1.65 0.00021 487.60893 0.1313 1.34293 0.017160 0.2033 1.56339 4.69533 3.13194 10 0.00280 2.4911 1.65 1.55 0.00021 441.82903 0.1449 1.13862 0.014550 0.1724 1.32554 9.39065 8.06511 10 0.00299 2.6594 1.60 1.50 0.00021 471.68235 0.1357 1.29769 0.016580 0.1965 1.51073 9.39065 7.87992 10 0.00303 2.6931 1.70 1.65 0.00021 477.65301 0.1340 1.33075 0.017000 0.2015 1.54921 4.69533 3.14612 10 0.00307 2.7267 1.70 1.65 0.00021 483.62367 0.1323 1.36423 0.017430 0.2065 1.58819 4.69533 3.10714 10 0.00333 2.9624 1.40 1.30 0.00010 1113.01260 0.0575 1.61021 0.020570 0.2438 1.87455 9.39065 7.51610 10 0.00341 3.0297 1.35 1.25 0.00010 1138.01260 0.0562 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 9.39065 7.42993 10 0.00341 3.0297 1.30 1.25 0.00010 1138.30834 0.0562 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00344 3.0634 1.45 1.30 0.00010 1150.95621 0.0556 1.72186 0.022000 0.2607 2.00453 14.08598 12.08145 10 0.00341 3.0297 1.35 1.30 0.00010 1138.30834 0.0562 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00375 3.3327 1.25 1.20 0.00007 1724.00190 0.0371 2.03792 0.026040 0.3085 2.37248 4.69533 2.32285 10 0.00375 3.3327 1.20 1.15 0.00007 1724.00190 0.0371 2.03792 0.026040 0.3085 2.37248 4.69533 2.32285 10 0.00386 3.4337 1.25 1.20 0.00007 1776.24438 0.0360 2.16330 0.027640 0.3275 2.51844 4.69533 2.17689 10 0.00379 3.3663 1.20 1.15 0.00007 1741.41606 0.0368 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 4.69533 2.27469 10 0.00379 3.3663 1.25 1.15 0.00007 1741.41606 0.0368 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001 10 0.00416 3.7030 1.10 1.00 0.00005 3073.96795 0.0208 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 9.39065 6.46166 10 0.00454 4.0396 1.10 1.00 0.00005 3353.41958 0.0191 2.99418 0.038260 0.4533 3.48573 9.39065 5.90492 10 0.00341 3.0297 1.05 1.00 0.00005 2515.06469 0.0255 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00379 3.3663 1.10 1.05 0.00005 2794.51632 0.0229 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 4.69533 2.27469 10 0.00416 3.7030 1.01 0.90 0.00005 3073.96795 0.0208 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 10.32972 7.40073 10 0.00450 4.0059 0.85 0.70 0.00003 3450.25440 0.0186 2.94449 0.037620 0.4458 3.42787 14.08598 10.65811 10 0.00454 4.0396 0.80 0.70 0.00003 3510.22210 0.0182 2.99418 0.038260 0.4533 3.48573 9.39065 5.90492 10 0.00454 4.0396 0.75 0.70 0.00003 3642.26400 0.0176 2.99418 0.038260 0.4533 3.48573 4.69533 1.20960 10 0.00458 4.0733 0.80 0.70 0.00003 3640.05430 0.0176 3.04430 0.038900 0.4609 3.54407 9.39065 5.84658 10 0.00466 4.1406 0.80 0.65 0.00003 3922.66400 0.0163 3.14576 0.040200 0.4762 3.66219 14.08598 10.42379 80 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011
Tabel 2. Hasil Percobaan Gate Valve Terbuka Setengah (50%) Temp Waktu Q V P1 P2 Viscositas Re Frection Factor (f) Head Minor (meter) Total Head Minor Head Total C det m³/det m/det bar bar m²/det 2xT Kecil Besar meter meter meter 10 0.00235 2.7054 1.25 1.15 0.00021 378.17737 0.1692 1.34293 0.017160 0.2033 1.56339 9.39065 7.82726 10 0.00235 2.0871 1.20 1.15 0.00021 370.18108 0.1729 0.79928 0.010210 0.1210 0.93049 4.96533 4.03484 30 10 0.00227 2.0198 1.25 1.20 0.00021 358.23976 0.1787 0.74855 0.009650 0.1133 0.87152 4.96533 4.09381 10 0.00208 1.8515 1.25 1.20 0.00021 328.38644 0.1949 0.62899 0.008040 0.0952 0.73225 4.96533 4.23308 10 0.00208 1.8515 1.20 1.20 0.00021 328.38644 0.1949 0.62899 0.008040 0.0952 0.73225 13.14692 12.41467 40 50 60 70 Head Mayor 10 0.00265 2.3564 1.14 1.15 0.00010 885.35093 0.0723 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 9.39065 8.20454 10 0.02460 2.1881 1.10 1.00 0.00010 822.11158 0.0779 0.87850 0.011230 0.1330 1.02273 4.69533 3.67260 10 0.00227 2.0198 1.05 1.00 0.00010 758.87223 0.0843 0.74855 0.009560 0.1133 0.87143 4.69533 3.82390 10 0.00265 2.3564 1.10 1.00 0.00010 885.35093 0.0723 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 18.78131 17.59520 10 0.00265 2.3564 1.10 1.05 0.00010 885.35093 0.0723 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 9.39065 8.20454 10 0.00303 2.6931 0.80 0.90 0.00007 1393.13285 0.0459 1.33075 0.017000 0.2015 1.54921 14.08598 12.53677 10 0.00322 2.8614 0.85 0.70 0.00007 1480.20365 0.0432 0.50229 0.019200 0.2274 0.74892 14.08598 13.33706 10 0.00303 2.6931 0.85 0.70 0.00007 1393.13285 0.0459 1.33075 0.017000 0.2015 1.54921 14.08598 12.53677 10 0.00265 2.3564 0.85 0.70 0.00007 1218.99124 0.0525 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 18.78131 17.59520 10 0.00284 2.5247 0.85 0.65 0.00007 1306.06204 0.0490 1.16960 0.014940 0.1771 1.36160 4.69533 3.33373 10 0.00341 3.0297 0.80 0.75 0.00005 2515.06469 0.0255 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00371 3.2990 0.80 0.75 0.00005 2738.62599 0.0234 1.99695 0.025520 0.3023 2.32479 4.69533 2.37054 10 0.00322 2.8614 0.80 0.75 0.00005 2375.33887 0.0269 1.50229 0.019200 0.2274 1.74892 9.39065 7.64173 10 0.00322 2.8614 0.80 0.70 0.00005 2375.33887 0.0269 1.50229 0.019200 0.2274 1.74892 9.39065 7.64173 10 0.00341 3.0297 0.80 0.70 0.00005 2515.06469 0.0255 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00379 3.3663 0.75 0.70 0.00003 3649.96416 0.0175 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001 10 0.00416 3.7030 0.65 0.55 0.00003 3768.95650 0.0170 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 9.39065 6.46166 10 0.00416 3.7030 0.70 0.60 0.00003 3768.95650 0.0170 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 9.39065 6.46166 10 0.00379 3.3663 0.70 0.60 0.00003 3649.96416 0.0175 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001 10 0.00379 3.3663 0.70 0.60 0.00003 3649.96416 0.0175 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001 Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 81