Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX JURNAL Analisa Head Losses Akibat Perubahan Penampang, Variasi Material Pipa Dan Debit Aliran Fluida Pada Sambungan Elbow 900 Analysis Of Head Losses Consequent Section, Pipe Material And Fluid Flow Debit At 900 Elbow Joint Oleh: SAUT KASDIARDI SILALAHI..0.0.00 Dibimbing oleh :. IRWAN SETYOWIDODO, M.Si.. AM. MUFARRIH, M.T. PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NUSANTARA PGRI KEDIRI TAHUN 07
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX Saut Kasdiardi Silalahi 0000
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX ANALISA HEAD LOSSES AKIBAT PERUBAHAN DIAMETER PENAMPANG, VARIASI MATERIAL PIPA DAN DEBIT ALIRAN FLUIDA PADA SAMBUNGAN ELBOW 900 SAUT KASDIARDI SILALAHI..0.0.00 Email: sautkasdiardisilalahi7@gmail.com Irwan Setyowidodo, M.Si dan Am. Mufarrih, M.T UNIVERSITAS NUSANTARA PGRI KEDIRI Abstrak Sistem perpipaan merupakan hal perlu diperhatikan dalam kalangan penduduk padat. Aliran air keluar di rumah masyarakat terkadang tidak stabil saat dipergunakan. Hal ini disebabkan faktor perubahan penampang, material pipa, dan debit aliran fluida saat melewati belokan (elbow) pipa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan diameter penampang, variasi material, debit aliran fluida terhadap head losses serta mengetahui koefisien kerugian akibat bilangan reynold. Desain penelitian ini menggunakan faktorial orthogonal array L kemudian analisa data digunakan Analysis Of Variance (ANOVA) dengan bantuan software minitab 6 serta tahap uji lanjut kontras (metode scheffe). Hasil penelitian menunjukkan nilai head losses tertinggi pada diameter pipa inch menuju ¾ inch, material pipa PVC (Poly Vinyl Chloride) dan debit aliran fluida 0 liter/menit sebesar 4. mm. Nilai head losses terendah pada diameter pipa ¾ inch menuju inch, material pipa PE (Polyethylene) dengan debit aliran fluida 0 liter/menit sebesar 5. mm. Koefisien kerugian terbesar pada diamater ¾ inch menuju inch, material pipa PVC dan debit aliran fluida 0 liter/menit sebesar.460 sedangkan untuk reynold number sebesar 5.. sehingga dari hasil ANOVA dan uji lanjut kontras (metode scheffe) dapat disimpulkan diameter penampang, material pipa dan debit aliran fluida berpengaruh signifikan terhadap head losses. Kata kunci : head losses, diameter elbow 900, material pipa, debit aliran Saut Kasdiardi Silalahi 0000
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX Sehingga A. PENDAHULUAN Secara umum setiap hari kita semua selalu berhubungan dengan fluida hampir persamaan kontinuitas dapat kita ketahui dengan rumus (White, 988:8): dimanapun dan kapanpun kita berada, fluida selalu mempengaruhi berbagai kegiatan kita dalam kehidupan sehari-hari baik dalam bentuk liquid ataupun gas. Namun pada dasarnya fluida () Dimana: A = luas penampang (m) v = kecepatan aliran penampang (m/s) Q = debit aliran (m/s) digunakan sering mengalami kerugian atau Menurut tidak stabil saat mengalir melalui sistem (987:9), persamaan bernoulli merupakan akibat dari perpipaan. Dalam penelitian ini memiliki tujuan masalah antara lain: () untuk mengetahui pangaruh perubahan diameter penampang, () variasi material pipa, () debit aliran fluida terhadap head losses serta (4) mengetahui Streeter koefisien kerugian 0 sambungan elbow 90 gerakan fluida sehingga menimbulkan atau menghasilkan reynold. Menurut Raswari (987:), fluida merupakan suatu zat/bahan dalam keadaan setimbang tidak dapat menahan energi mekanik yaitu sebagai akibat dari kecepatan fluida. Bentuk persamaan energi dapat diketahui dengan persamaan: () Dimana: P = tekanan pada cairan (N/m) ρ = massa jenis (kg/s) g = gravitasi bumi (9.8 m/s) z = elevasi (m) gaya atau tegangan geser (shear force). Adapun sifat sifat dasar fluida yaitu kerapatan (density), berat jenis (specific gravity), tekanan (pressure), dan kekentalan Sedangkan Untuk persamaan persamaan dasar aliran fluida ada persamaan antara lain persamaan kontinuitas diperoleh dari untuk persamaan momentum adalah sesuatu benda sebanding dengan gaya bekerja pada benda tersebut. (viscosity) (Orianto, 989:). Saut Kasdiardi Silalahi 0000 terutama pada akibat bilangan hukum kekekalan massa. energi, Fluida bergerak dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa katagori aliran laminar Perbedaan antara dan aliran aliran turbulen. laminar dan turbulen secara eksperimen pertama sekali
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX dipaparkan oleh Osborne Reynolds pada Dimana: tahun 88. = koefisien kerugian actual = kerugian head aktual (m) Metode Scheffe merupakan salah satu metode uji kontras digunakan untuk membandingkan Gambar. Aliran laminar (atas) dan aliran turbulen (bawah) Teori Reynolds merumuskan bahwa untuk aliran internal (internal flow) atau aliran mengalir dalam pipa, jenis kemungkinan semua bersifat data kontras atau menonjol di antara rata-rata perlakuan (Montgomery, 00: 95). Himpunan kontras menggunakan aliran terjadi dapat diketahui dengan standar kesalahan (standard error) sebagai mendapatkan bilangan Reynoldsnya dari berikut : a Scu MS E (c u / ni ) persamaan (White, 986:): (5) i () Sedangkan nilai kritis akan Dimana: dibandingkan dengan Cu dapat ditentukan Re = Bilangan Reynold (tak berdimensi) melalui formulasi berikut: D = diameter pipa (ft atau m) v = S.u Scu (a ) F a N a viskositas kinematik (m/s) (6) Sehingga jenis aliran berdasarkan Bila nilai C u S.u maka rata rata bilangan Reynolds untuk aliran internal. Re himpunan data tersebut berbeda secara < 00, aliran adalah laminar, Re 4000, signifikan atau bisa disebut sebagai aliran adalah turbulen dan 00 < Re < kontras. 4000, aliran adalah transisi. B. METODE PENELITIAN Untuk mencari koefisien kerugian atau nilai k dapat menggunakan persamaan sebagai berikut: Desain penelitian ini menggunakan rancangan percobaan faktorial orthogonal array L dengan penyimbolan m x n x o (4) sehingga dalam percobaan ini terdapat perlakuan. Maka dapat dibuat tabel seperti berikut. Saut Kasdiardi Silalahi 0000 4
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX Tabel. Variabel dan Level Penelitian Di bawah ini adalah gambar 4. Variabel Bebas Level Penampang inch ¾ Inch - Material Pipa Pipa PVC Pipa PE - Debit Aliran 0 l/menit 5 l/menit 0 l/menit merupakan skema pipa uji akan Nilai Variabel diletakkan pada instalasi. Sehingga untuk tabel hasil percobaan menggunakan replikasi. Untuk rancangan alat penelitian Head Losses pada sambungan elbow 900 sebagai berikut: Gambar 4. Pengujian Pipa Elbow 900 Kemudian dipasang alat ukur manometer nantinya diamati dan diambil data secara berkala. Beberapa bahan seperti sambungan Elbow 900 dari masing-masing material pipa beserta pipa reduce untuk perubahan penampang dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Gambar. Rancangan alat penelitian Pada gambar. Lingkaran hitam nomor merupakan sesi uji perubahan penampang pipa elbow 900 dengan diameter inch menuju ¾ inch dan ¾ inch menuju inch serta penggantian material pipa sesuai (a) (b) Gambar 5. Sambungan Elbow 900 (a) Pipa PVC dan (b) Pipa PE Tahap pelaksanaan penelitian diawali prosedur penelitian. dengan study literatur untuk mendapatkan informasi, data, dan teori berkaitan dengan obyek dilanjutkan persiapan penelitian. prosedur alat Kemudian penelitian penelitian, () () tahap 0 Gambar. Sesi Pengujian Elbow 90 Penelitian, () kemudian tahap pengambilan data head losses pada alat ukur manometer. Saut Kasdiardi Silalahi 0000 5
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX Metode statistik digunakan Analysis Of Variance (ANOVA) dengan Tabel. Pengambilan data hasil pengujian Head Losses persyaratan terlebih dahulu dilakukan uji No asumsi IIND (Identik, Independen, dan Distribusi Normal). ANOVA menggunakan taraf signifikan 0,05 atau 5% artinya 0 l/mnt 95 9 88 04 98 94 99 9 89 79 75 7 5 l/mnt 4 0 7 9 4 9 6 0 98 94 90 0 l/mnt 8 78 75 06 00 95 04 98 95 60 56 54 4 0 l/mnt 8 78 76 88 8 80 86 8 76 7 69 64 5 l/mnt 44 4 4 57 5 50 5 48 44 8 5 0 l/mnt 8 5 40 5 0 9 6 - -0-9 hipotesis diterima sebesar 95%. Software digunakan adalah Minitab 6, kemudian diuji kembali dengan uji lanjut kontras metode Scheffe Pengambilan Data (mm) ¾ Material Debit inch inch Replikasi Pipa Aliran menuju menuju ¾ inch inch h h h h4 Pipa PVC untuk mengetahui kontras tidaknya setiap data diujikan. 5 Pipa PE C. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil eksperimen dapat diketahui 6 dengan beberapa uji sehingga sebelum masuk hasil uji perlu diketahui dulu deskripsi hasil data pada setiap variabel.. Deskripsi Hasil Data Variabel Nilai head losses telah diukur pada manometer dari berbagai variasi. Untuk tabel hasil h h h Gambar 6. Pengambilan Data dibawah ini. Tabel. Data rata-rata Penelitian Head Losses No. Material Pipa Penampang.. Penampang ¾ menuju 4. inch 5. Pipa PVC (PolyVinyl Chloride) Pipa PE (Poliethilene) 6. 7. Tabel dibawah ini merupakan hasil pengambilan data dari alat ukur manometer untuk pengujian Head Losses dengan replikasi. 8. 9. Penampang 0. menuju ¾ inch.. Saut Kasdiardi Silalahi 0000 data penelitian head losses dapat kita lihat tabel. h4 rata-rata Pipa PVC (PolyVinyl Chloride) Pipa PE (Polyethylene) Debit Aliran Head Losses (hl) 0 l/menit 7. mm 5 l/menit.67 mm 0 l/menit mm 0 l/menit 5. mm 5 l/menit mm 0 l/menit 7 mm 0 l/menit 8. mm 5 l/menit.66 mm 0 l/menit 4. mm 0 l/menit. mm 5 l/menit mm 0 l/menit 6 mm 6
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX Pada tabel. menunjukkan bahwa rata-rata head losses Untuk mempermudah mengetahui dihasilkan hubungannya lihat gambar grafik hubungan diameter penampang inch menuju ¾ inch nilai koefisien kerugian dan bilangan lebih tinggi serta semakin naiknya debit reynold di bawah ini. aliran head losses dihasilkan juga semakin tinggi, sedangkan untuk material pipa PVC lebih tinggi dari pada Pipa PE. Gambar 8. Grafik Rata-Rata Hubungan Nilai Koefisien Kerugian Dari gambar 8. dapat kita lihat bahwa diamater penampang ¾ menuju inch Gambar 7. Grafik Rata - Rata Head Losses memiliki koefisien kerugian lebih Sedangkan untuk hubungan nilai besar, tampak pipa PE memiliki koefisien koefisien kerugian dan bilangan reynold kerugian lebih kecil dari pipa PVC dapat kita ketahui sesuai tabel 4. serta Tabel 4. Data Rata-Rata Hubungan Nilai Koefisien Kerugian Dan Bilangan Reynold. No. Penampang Material Bilangan Koefisien Debit Aliran Pipa Reynold Kerugian perubahan menyebabkan reynold melebihi 4000 sehingga dapat 0 l/menit 5..4606 958.4.47 0 l/menit 54.0987 0 l/menit 087.6.048 5 l/menit 8887. 0.977 6. 0 l/menit 490.8 0.87 7. 0 l/menit 90.5.0046 8. Pipa PVC 5 l/menit 4097.7 0.77866 0 l/menit 8608.8 0.597 dilakukan 0 l/menit 895.4 0.85855 Anderson-Darling 5 l/menit 989.8 0.6066 0 l/menit 8466.6 0.54996 5. Pipa PE Penampang 0. menuju ¾ inch. diartikan semua aliran turbulen.. Analisa Data Prosedur analisa data, perlu terlebih dahulu diuji dengan asumsi IIDN (Identik, Independen, dan Distribusi Normal). 9.. kecepatan tabel 5. dapat dipastikan hasil bilangan Pipa PVC 5 l/menit 4. fluida aliran dan bilangan reynold. Dilihat dari. Penampang ¾ menuju inch aliran meningkatnya.. debit Pipa PE Saut Kasdiardi Silalahi 0000 Pertama Uji kenormalan residual dengan menggunakan terdapat Uji pada program minitab 6. 7
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX Yang terakhir pengujian independen, Probability Plot of Head Losses Normal 99 Mean StDev N AD P-Value 95 90 0.08.5 0.0 0.487 ini dilakukan dengan menggunakan auto coreelation function 80 Percent penelitian 70 60 50 40 0 (ACF). 0 0 5 Autocorrelation Function for Head Losses (with 5% significance limits for the autocorrelations) -0 0 0 0 Head Losses 0 40 50.0 0.8 Gambar 9. Plot uji distribusi normal pada respon head losses Autocorrelation 0.6 0.4 0. 0.0-0. -0.4-0.6-0.8 H0 ditolak jika p-value lebih kecil dari -.0 Lag pada α = 0.05. Gambar 9. menunjukan bahwa dengan uji Anderson-Darling diperoleh P-Value sebesar 0.487 berarti lebih besar dari α = 0.05. oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa H0 merupakan residual berdistribusi normal. Kemudian uji identik untuk mengetahui apakah data penelitian dihasilkan identik atau tidak Gambar. Plot ACF pada respon head losses Berdasarkan plot ACF ditunjukan pada gambar. Tidak ada nilai AFC pada tiap lag keluar dari batas interval. Hal ini membuktikan bahwa tidak ada kolerasi antar residual artinya bersifat independen.. Hasil Analisa Data Versus Fits (response is Head Losses) Analisa data menggunakan analysis 4 of varians (ANOVA). Residual Tabel 5. Analisa Varians Variabel Proses Terhadap Head Losses 0 - - - 0 0 0 Fitted Value 0 40 Analysis of Variance for Head Losses, using Adjusted SS for Tests Source Gambar 0. Plot residual head losses versus fitted values Gambar 0. menunjukkan bahwa DF Seq SS Adj SS Adj MS F P 650.04 650.04 650.04 68.6 0.000 Material Pipa 7. 7. 7. 7.7 0.07 residual terbesar secara acak disekitar harga Debit Aliran 666.68 666.68.4 5.05 0.000 minus dua dan tidak membentuk pola Error 7 Total 456.59 tertentu. Dengan demikian asumsi residual identik terpenuhi. Saut Kasdiardi Silalahi 0000 66.56 66.56 9.5 S =.0869 R-Sq = 95.4% R-Sq(adj) = 9.8% 8
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX Sedangkan nilai persentase kontribusi pengaruh dari setiap faktor penelitian ada pengaruh debit aliran fluida terhadap head losses. (variabel bebas) terhadap head losses adalah sebagai berikut : variabel ini mampu terlihat dengan jelas Tabel 6. Persentase Kontribusi Untuk Setiap Faktor Penelitian Variabel Bebas Penampang Pengaruh diberikan dari tiga DF Seq SS Adj MS SS' % Kontribusi 650.04 650.04 640.5 44.6 7. 7. 6.8 5.0 melalui gambar main effect plot untuk head losses didapat dari uji ANOVA pada Software Minitab 6 sebagai berikut. Main Effects Plot for Head Losses Data Means Debit Aliran 666.68 5.05 Error Total 7 66.56 456.59 9.5 647.66 Material Pipa 5 45.77 4.57 00.00 0 0 5 Mean Material Pipa 0 inch - /4 inch /4 inch - inch PE PVC Debit Aliran 0 5 4. Pengujian Hipotesis 0 Dalam pengujian hipotesis untuk 5 0 0 5 0 menarik kesimpulan sesuai analisa data dapat menggunakan cara membandingkan nilai Fhitung dihasilkan dari analisis varian dan Ftabel dari tabel distribusi F, (signifikan) 0.05. Untuk variabel bebas Gambar. Plot efek diberikan variabel bebas terhadap Head Losses 5. Pengujian Lanjut (Metode Scheffe) Pengujian lanjut dengan metode Penampang. Kesimpulan: Fhitung = 68.6 Scheffe ini digunakan oleh peneliti untuk F(0.05;,) =.8, maka H0 ditolak, artinya membandingkan data hasil penelitian. ada pengaruh diameter penampang terhadap Tabel 7. Hasil Pengujian Lanjut head losses. Untuk variabel bebas Material Pipa Kesimpulan: Fhitung = 7.7 F(0.05;,) =.8, maka H0 ditolak, artinya ada pengaruh material pipa terhadap head losses. C μ-μ4 μ-μ5 μ-μ6 μ7-μ0 μ8-μ μ9-μ.00.67 5.00 5.00 8.66 6. < S0,05 Hasil Uji Tidak Untuk variabel bebas Debit Aliran Hasil uji kontras pada tabel 8 untuk Fluida. Kesimpulan: Fhitung = 5.05 rata rata head losses perbandingan F(0.05;,) =.8, maka H0 ditolak, artinya diameter inch menuju ¾ inch (μ7, μ8, μ9, μ0, μ, μ) memiliki hasil uji kontras Saut Kasdiardi Silalahi 0000 9
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX lebih tinggi. Kemudian diuji kontras halus dari pada pipa PVC. Hal ini diperkuat kembali dapat dilihat tabel dibawah ini. penelitian Hendarwati Pamungkas (0:6) Tabel 8. Hasil Pengujian Lanjut Analisi Pengaliran Dalam Pipa C μ-μ7 μ-μ8 μ-μ9 μ4-μ0 μ5-μ μ6-μ 7.66 0. 8 9 S0,05 Hasil Uji menjelaskan kekasaran permukaan pipa dapat mempengaruhi laju aliran. Semakin besar debit aliran head losses juga semakin meningkat. Head losses tertinggi berada pada debit aliran Berdasarkan hasil pengujian kontras fluida 0 liter/menit. Sehingga sesuai pada tabel 8. menerangkan bahwa nilai penelitian Sugi dan Irawan (00:47) head losses pada data μ dan μ9 dengan bahwa semakin besar laju aliran maka debit diameter penampang inch menuju ¾ inch aliran juga semakin meningkat. variasi material pipa PVC memiliki uji Koefisien kerugian terbesar pada lebih kontras dengan debit aliran diameter penampang ¾ inch menuju inch tertinggi 0 liter/menit. dan debit aliran 0 liter/menit untuk pipa PVC sebesar.4606 serta pipa PE sebesar 6. Pembahasan Beberapa kombinasi mampu menghasilkan head losses optimal. Dimana pengaruh diameter penampang inch menuju ¾ inch mampu menghasilkan head losses tertinggi. Sesuai teori Bernoulli. Simpulan Penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : a. penampang pipa berpengaruh terhadap head losses dengan hasil dari mengalir besar menuju analisa varians untuk nilai Fhitung lebih penampang kecil, tekanan zat cair pada besar dari Ftabel atau nilai P-value tidak melewati zat Fluid D. PENUTUP cair Mechanics ketika Handbook.048. penampang penampang besar lebih besar dari tekanan zat cair pada penampang kecil (White, 988:8). Pipa PVC memiliki head losses tinggi dibandingkan pipa PE. Karena kontruksi pipa PE lebih baik atau lebih Saut Kasdiardi Silalahi 0000 lebih besar dari nilai signifikan (0.05 = 5%), untuk presentasi kontribusi diperoleh sebesar 44.6%. b. Material pipa memiliki pengaruh terhadap hasil head losses dengan presentasi kontribusi hanya memperoleh 0
Simki-Techsain Vol. 0 No. 0 Tahun 07 ISSN : XXXX-XXXX sebesar 5.0%. nilai head losses tertinggi ada pada material pipa PVC c. Debit aliran fluida juga mempengaruhi hasil head losses hasil analisa varian nilai Fhitung lebih besar dari Ftabel atau nilai P-value tidak lebih besar dari nilai signifikan (0.05 = 5%), untuk presentasi kontribusi hanya memperoleh sebesar 45.77%. Nilai head losses tertinggi ada pada debit aliran 0 liter/menit. d. Koefisien kerugian terbesar pada diameter penampang ¾ inch menuju inch dan debit aliran 0 liter/menit untuk pipa PVC sebesar.4606 serta pipa PE sebesar.048.. Saran Cara mengurangi head losses pilihlah perubahan diameter penampang terkecil menuju diameter terbesar dengan Pamungkas, Hendarwati. 0. Analisis Pengaliran Air Dalam Pipa Dengan Berbagai Perubahan Penampang Pada Suatu Jaringan Pipa. (Skripsi). Surakarta: Universitas Sebelas Maret. Rahmat, Sugi dan Adhe Irawan. 00. Analisa Kerugian Head Perluasan dan Penyempitan Penampang Pada Sambungan 900. Skripsi. Makassar: Universitas Hasanuddin. Raswari. 987. Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan. Jakarta: Universitas Indonesia. Streeter, Victor L dan Prijono Arko. 987. Mekanika Fluida (Terjemahan). Jakarta: Erlangga. White, Frank M dan Manahan Hariandja. 986. Mekanika Fluida (Edisi Pertama). Terjemahan. Jakarta: Erlangga. White, Frank M. 988. Handook Fluid Mechanics (Fifth Edition). Boston: McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering. material pipa kontruksinya baik. Untuk debit aliran fluida mengalir, aturlah hingga paling rendah sesuai kebutuhan. E. DAFTAR PUSTAKA Montgomery, Douglas C. 00. Design And Analysis of Experiments (Fifth Edition). New York: Jhon Wiley & Sons, INC. Orianto, M dan W.A Pratikto. 989. Mekanika Fluida I. (Edisi Pertama). Yogyakarta: BPFE. Saut Kasdiardi Silalahi 0000