aliran fluida dalam sistem perpipaan

Friction Loss
NRe
Kecepatan(ft/s)
Head loss(inHg)
Friction loss
NRe
Kecepatan(ft/s)
Head Loss (inHg)
Friction loss
NRe

LOG V
LOG H
LOG V
LOG H




Laporan Praktikum Dosen Pembimbing
Oprasi Teknik Kimia I Elvie Yenie,ST,M.Eng

"ALIRAN FLUIDA DALAM SISTEM PERPIPAAN"




DISUSUN OLEH :
Kelompok IX
CRISVAN HARDINATA(1307035684)
SELA ANGGITA(1307036536)
TITU AWLIYA (1307035870)

Tanggal Praktikum : 11 Oktober 2014
Tanggal Penyerahan Laporan : 27 Oktober 2014



LABORATORIUM INSTRUKSIONAL
DASAR PROSES & OPERASI PABRIK
PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS RIAU
2014
Abstrak

Headloss adalah suatu nilai untuk mengetahui seberapa besarnya reduksi tekanan total (total head) yang diakibatkan oleh fluida saat melewati sistem pengaliran. Total head, seperti ini 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) . Percobaan bertujuan untuk mempelajari head loss dan friction loss aliran fluida pada pipa no.2 dan 4, elbow 900 dan 450, enlargement dan contraction. Percobaan ini menggunakan serangkaian alat yang secara skematik yaitu ''general Arrangement of Apparatus" dan "Manometer Connection Diagram". Percobaan dilakukan dengan memvariasikan bukaan yaitu pada bukaan 75% dan 100% dan volume 10, 15, dan 20 liter. Head loss terbesar cenderung pada bukaan 100% yaitu pada pipa no.2 sebesar 11,218 inHg; pipa no.4 sebesar 1,58; pipa elbow 900 sebesar 0,196 inHg; pipa elbow 450 sebesar 0,184; pipa enlargemant sebesar 0,223 inHg sedangkan pipa contraction penurunan tekanan terbesar pada bukaan 75% sebesar 0,14 inHg. Friction loss terbesar pada bukaan 100% pada pipa no.2 adalah 100,09 ft/lbm; pada pipa no.4 sebesar 2,18 ft/lbm; elbow 900 sebesar 2,173 ft/lbm; elbow 450 sebesar 2,20 ft/lbm; pipa enlargement adalah 99,2 ft/lbm;namun pada pipa contraction friction loss terbesar pada bukaan 75% sebesar 34,02 ft/lbm. Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa terjadi aliran turbulen pada setiap pipa yang diuji, karena bilangan reynold nya >4000.
Kata kunci : aliran fluida, head loss, friction loss, enlargement, contraction.







BAB I
PENDAHULUAN

Latar belakang
Untuk mengalirkan fluida dari tempat yang satu ke tempat yang lain diperlukan
suatu peralatan. Selain peralatan utama yang digunakan, ada bagian-bagian yang tidak kalah penting dimana dalam bagian ini, sering terjadi peristiwa-peristiwa yang dapat mengurangi efisiensi kerja yang diinginkan. Bagian dari peralatan ini dapat berupa pipa-pipa yang dihubungkan. Dalam menggunakan pipa yang harus diperhatikan adalah karakteristik dari fluida yang digunakan, misalnya : sifat korosi, explosive, racun, suhu dan tekanan. Apabila fluida dilewatkan ke dalam pipa maka akan terjadi gesekan antara pipa dengan fluida tersebut. Besarnya gesekan yang terjadi tergantung pada kecepatan, kekerasan pipa, diameter dan viskositas fluida yang digunakan.
Praktikum ini dilakukan untuk mengetahui peristiwa yang terjadi dalam pipa apabila fluida dilewatkan ke dalamnya. Gesekan yang terjadi dapat mempengaruhi aliran fluida dalam pipa, aliran ini dapat terjadi secara laminar atau turbulen yang nilainya dapat didekati dengan bilangan Reynolds.
Tujuan Percobaan
1. Mengukur friction loss dan head loss pada pipa 2 dan 4.
2. Mengukur friction loss dan head loss pada elbow 450 dan 900.
3. Mengukur friction loss dan head loss pada enlargement dan contruction.
Dasar Teori
Tipe aliran fluida
Ada 3 tipe aliran fluida didalam pipa, yaitu :
Aliran Laminer,aliran fluida dengan kecepatan rendah. Partikel-partikel fluida mengalir secara teratur dan sejajar dengan sumbu pipa. Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran laminer berlaku Bilangan Reynold, NRe < 2100. Pada keadaan ini juga berlaku hubungan Head Loss berbanding lurus dengan kecepatan linear fluida, atau H α V.
Aliran Turbulen,aliran fluida dengan kecepatan tinggi. Partikel-partikel fluida mengalir secara tidak teratur atau acak didalam pipa. Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran turbulen berlaku Bilangan Reynold, NRe < 4000. Pada keadaan ini juga berlaku hubungan Head Loss berbanding lurus dengan kecepatan linear berpangkat n, atau H α Vn.
Aliran Transisi,aliran fluida dengan kecepatan diantara kecepatan linear dan kecepatan turbulen. Aliran berbentuk laminar atau turbulen sangat tergantung oleh pipa dan perlengkapannya. Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran transisi berlaku hubungan Bilangan Reynold, 2100 < NRe < 4000.

Bilangan Reynold
Angka Reynolds adalah bilangan tanpa dimensi yang nilainya bergantung pada kekasaran dan kehalusan pipa sehingga dapat menentukan jenis aliran dalam pipa. Profesor Osborne Reynolds menyatakan bahwa ada dua tipe aliran yang ada didalam suatu pipa yaitu :
1. Aliran laminar pada kecepatan rendah dimana berlaku h α v
2. Aliran Turbulen pada kecepatan tinggi dimana berlaku h α vn
Dalam penelitiannya, Reynolds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran
berubah menjadi aliran jenis lain, dan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen. Keadan ini bergantung pada empat buah besaran yaitu: diameter tabung, viskositas, densitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair. Lebih jauh ia menemukan bahwa ke empat faktor itu dapat digabungkan menjadi suatu gugus, dan bahwa perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu. Pengelompokan variabel menurut penemuannya itu adalah :

Dimana : D = Diameter pipa ( m )
V = Kecepatan rata-rata zat cair ( m / s )
μ = Viskositas zat cair ( kg / m.s )
ρ = Densitas zat cair ( kg / m3 )
Gugus variabel tanpa dimensi yang didefinisikan oleh persamaan di atas dinamakan Angka Reynolds ( Reynolds Number ). Aliran laminar selalu ditemukan pada angka Reynold di bawah 2.100, tetapi bisa didapat pada angka Reynold sampai beberapa ribu, yaitu dalam kondisi khusus dimana lubang masuk pipa sangat baik kebundarannya dan zat cair di dalamnya sangat tenang. Pada kondisi aliran biasa, aliran itu turbulen pada angka Reynolds di atas kira-kira 4.000. Terdapat suatu daerah transisi yatu pada angka Reynolds antara 2100 sampai 4000, dimana jenis aliran itu mungkin laminar dan mungkin turbulen, bergantung pada kondisi di lubang masuk pipa dan jaraknya dari lubang masuk itu (Raswari 1986). Berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volume, fluida dapat digolongkan menjadi 2 yaitu :
1. Fluida tak termampatkan (incompressible), pada kondisi ini fluida tidak mengalami
perubahan dengan adanya perubahan tekanan, sehingga fluida tak termampatkan.
2. Fluida termampatkan (compressible), pada keadaan ini, fluida mengalami
perubahan volume dengan adanya perubahan tekanan.

Head loss & Friction loss pada pipa horizontal
Head loss biasanya dinyatakan dengan satuan panjang. Sehingga untuk persamaan (2), Head Loss adalah harga p yang dinyatakan dengan satuan panjang mmHg atau inchHg. Harga F sendiri bergantung pada tipe alirannya. Untuk aliran laminar, dimana N Re < 2100, berlaku persamaan :
……………………………...(1)
Untuk aliran turbulen dengan N Re > 4000, berlaku persamaan:
…………………………..(2)

Head loss & Friction loss pada Elbow
Sambungan-sambungan didalam pipa, misalnya elbow, kran, valve, tee akan mengganggu pola aliran fluida dan menyebabkan terjadinya rugi gesekan atau Friction Loss. Friction Loss ini biasanya dinyatakan sebagai rugi gesekan yang setara dengan panjang pipa lurus. Untuk 45o Elbow, dengan diameter pipa 1 in – 3 in, misalnya, maka setara dengan panjang pipa 15 x D, sedangkan untuk 90o Elbow, dengan diameter 3/8 in – 2,5 in, misalnya maka setara dengan panjang pipa 30 x D.
Persamaan-persamaan yang digunakan didalam pipa Horizontal, termasuk untuk menentukan Head Loss juga berlaku untuk elbow dengan catatan elbow juga dalam posisi horizontal didalam sistem perpipaan. Hasil pengujian head loss menunjukkan bahwa, sudut sambungan belokkan berbanding lurus dengan head loss. Semakinn besar sudut sambungan belokan pipa, nilai head loss yang dihasilkan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh perbedaan tinggi tekan pada sebelum dan setelah belokan pipa yang semakin meningkat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kecepatan air berbanding terbalik dengan sudut sambungan belokan pipa, semakin besar sudut sambungan belokan pipa maka kecepatan air semakin kecil, dan sebaliknya semakin kecil sudut sambungan belokan pipa kecepatan air semakin besar. Hal tersebut disebabkan karenan waktu yang diperlukan lebih lama untuk sudut belokan yang semakin besar (Haruo Tahara,Sularso.2000).
Friction Loss pada Enlargement dan Contraction
Untuk pipa dimana diameternya berubah kecil kebesar, pipa pertama dengan diameter D1 dan pipa kedua dengan diameter D2, atau Enlargement, dan pipa masih didalam posisi horizontal, tidak ada kerja pada sistem, maka Z =0, W = 0 dengan persamaan :
……………………….(3)
Jika pρ sangat kecil,dan bisa diabaikan terhadap harga dari v22gc , maka :
v22gc = -F....................................................(4)

Pressure Drop
Pressure menunjukkan penurunan tekanan dari titik 1 ke titik 2 dalam suatu sistem aliran fluida. Penurunan tekanan,biasa dinyatakan juga dengan P saja. Jika manometer yang digunakan adalah manometer air raksa,dan beda tinggi air raksa dalam manometer H ft, maka :
p = H ( Hg) g/g ……………....(5)
Pressure drop adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik di dalam pipa atau aliran air. "Penurunan Tekanan" adalah hasil dari gaya gesek pada fluida seperti yang mengalir melalui tabung. Gaya gesek disebabkan oleh resistensi terhadap aliran. Faktor utama yang mempengaruhi resistensi terhadap aliran fluida adalah kecepatan fluida melalui pipa dan viskositas fluida. Aliran cairan atau gas selalu akan mengalir ke arah perlawanan sedikit (kurang tekanan). Pada aliran satu fase, pressure drop dipengaruhi oleh Reynold number yang merupakan fungsi dari viskositas, densitas fluida dan diameter pipa(Deslia Prima. 2011).
Gesekan dalam pipa
Gesekan pada pipa dapat menyebabkan hilangnya energi mekanik fluida. Gesekan inilah yang menetukan aliran fluida dalam pipa, apakah laminar atau turbulen. Gesekan juga dapat menimbulkan panas pada pipa sehingga merubah energi mekanik menjadi energi panas (kalor).
Dalam aplikasi kesehariannya, ada banyak sekali bentuk dan model pipa, seperti pipa bentuk elbow, mitter, tee, reducer, cross, dan lainnya. Bentuk serta model yang beraneka ragam tersebut sangat membantu dalam desain layout sistem perpipaan didunia industri. Pada saat operasi, bentuk dan model pipa yang bermacam-macam tersebut akan memiliki karakteristik tegangan yang berbeda-beda sebagai akibat dari pembebanan yang diterimanya. Akumulasi dari berat pipa itu sendiri dan tekanan fluida yang mengalir didalamnya, akan menyebabkan tegangan pada pipa yang dikenal sebagai beban static. Namun efek dari pembebanan seperti ini dapat diminimalisasi dengan memilih jenis penyangga (support) yang sesuai, dan menggunakan penyangga tersebut dalam jumlah cukup. Secara umum, beban dinamik dan beban termal pada pipa merupakan dua hal yang lebih penting, dan lebih sulit untuk ditangani. Pembebanan dinamik terjadi pada pipa yang berhubungan langsung dengan peralatan bergetar seperti pompa atau kompresor. Beban dinamik juga terjadi pada pipa yang mengalami beban termal, sehingga beberapa bagian pipa berekspansi dan menimbulkan tegangan pada pipa. Oleh sebab itu, perlu digunakan beberapa alat atau mekanisme yang didesain untuk memperkecil tegangan pada system perpipaan tersebut, agar kelebihan beban yang bisa mengakibatkan kegagalan pada bagian pipa, atau kerusakan pada alat yang terhubung dengannya dapat dihindari.
Salah satu komponen penyambungan dalam sistem perpipaan adalah pipe bend (pipa lengkung) atau elbow. Pipe bend berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluida didalam pipa. Namun pipe bend lebih sulit untuk dianalisa karena permukaannya menjadi oval dibawah pembebanan momen bending. Hal ini menyebabkan pipe bend memiliki fleksibilitas yang lebih besar dibandingkan dengan pipa lurus yang sama ukuran dan jenis materialnya. Lebihnya fleksibilitas ini menjadikan pipe bend berfungsi sebagai penyerap ekspansi thermal. Dengan berbagai karakteristik tersebut, pipe bend menjadi komponen yang sangat penting di dalam sistem perpipaan dan memerlukan berbagai macam pertimbangan dalam proses perancangannya(Mc.Cabe.1985)
1.2.8 Persamaan Kontinuitas
Persamaan kontinuitas mengatakan hubungan antara kecepatan fluida yang masuk pada suatu pipa terhadap kecepatan fluida yang keluar(White.1988). Hubungan tersebut dinyatakan dengan :
Q = A V…………(6)
Dimana :
A = Luas penampang(m2)
V = kecepatan (m/det)
Debit adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang mengalir tiap satuan waktu.
Q = V/ t………….(7)
Dimana :
V = Volume(m3)
t = waktu(detik)
Jika disubtitusikan persamaan 6 dan 7 maka akan dihasilkan persamaan:
v = Vt. A ………..(8)
Dimana :
V = volume(m3)
t = waktu(detik)
A = Luas penampang(m2)
v = kecepatan (m/det)
Jika fluida bergerak dalam pipa yang mengalir dengan luas penampang
yang berbeda maka volume yang mengalir(Tipler.1998) :
V=A.v. t……………(9)
A1.v1.t1 = A2.v2.t2.....(10)





BAB II
METODOLOGI PERCOBAAN

2.1 Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah air, dan peralatan yang dipakai
adalah rangkaian alat general arrangement of apparatus, manometer connection Diagram, stopwatch, internal vernier calliper.

2.2 Prosedur Percobaan
Tangki diisi dengan air, lalu pompa dihidupkan.
Valve yang akan digunakan dibuka sehingga air akan mengalir melalui pipa yang diinginkan sesuai penugasan.
Ketika akan menentukan head loss pada pipa 2, maka aliran menuju pipa selain pipa 2 ditutup.
Sambungkan selang untuk menentukan pressure drop yang menghubungkan manometer dengan 2 titik pada pipa 2.
Memutar bukaan valve pada peralatan diantaranya bukaan 75 dan 100 %.
Untuk menentukan kecepatan volumetrik air, aliran air dibuka.Stopwatch digunakan untuk menentukan waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan air setiap 10, 15, dan 20 liter.
Selang untuk menentukan pressure drop disambungkan dengan alat manometer dengan dua titik pada pipa no.2, ketika aliran air dihentikan maka pembacaan pada manometer dilakukan.
Cara yang sama dilakukan untuk penentuan head loss pada pipa no.4, pipa elbow 45o dan 90o, serta pada pipa perkecilan dan perbesaran.







2.3 Rangkain Alat
Rangkain peralatan pada percobaan aliran fluida dalam system perpipaan dapat dilihat pada gambar 2.1















BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Head Loss & Friction Loss pada Pipa No.2 dan Pipa No.4
Pipa no.2 dan pipa no.4 yang dilakukan pengukuran head loss dan friction lossnya pada percobaan ini dalam keadaan horizontal/lurus, dimana keadaan diameter dari pipa sama ukurannya mulai dari awal hingga ujung. Head loss biasanya dinyatakan dengan satuan panjang. Sehingga nilai head loss adalah harga H yang dinyatakan dengan satuan panjang mmHg atau inchHg menggunakan persamaan H = ha - hb. Data percobaan pada pipa no.2 dan pipa no.4 yang dilakukan dapat dilihat pada grafik di bawah ini :

Grafik 3.1 Hubungan kecepatan (V) terhadap Head Loss (H) pipa no.2 dan
pipa pada bukaan valve 75%, 100% pipa no.2

Grafik 3.2 Hubungan Log V terhadap Log H pipa no.2 dan pipa no.4 pada
bukaan valve 75%, 100%

Grafik 3.3 Hubungan Friction Loss terhadap NRe pipa no.2 dan pipa no.4
pada bukaan valve 75%, 100%
Pengukuran head loss pada pipa nomor 2 dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (H = ha – hb), nilai head loss yang diperoleh dari percobaan berdasarkan grafik 3.1 pipa no.2 ,dapat diketahui head loss terkecil terjadi pada saat kecepatan fluida 16,7113 ft/detik dengan nilai head loss 10,9956 inHg dan yang terbesar yaitu pada kecepatan 25.23 ft/detik dengan head loss 11,218 inHg. Pengukuran head loss pada pipa nomor 4 juga dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (H = ha – hb), dari grafik 3.1 pipa nomor 4 dapat dilihat hubungan antara kecepatan fluida dengan head loss nya. Puncak head loss terjadi pada V= 10,21 ft/s dan H= 1,58 inHg. Pada V= 8,80 ft/s dan H= 1,413 inHg terjadi penurunan head loss. Dari percobaan ini dapat diketahui semakin besar kecepatan aliran fluida semakin besar pula head loss yang terjadi pada aliran pipa, ini disebabkan karena aliran dengan kecepatan tinggi maka gesekan fluida dengan dinding pipa semakin besar sehingga energy yang hilang(head loss) juga semakin banyak. Bukaan valve 100% mempunyai kecepatan dan head loss yang lebih besar dari pada bukaan 75%. Hal ini dikarenakan dengan bukaan 100% maka kecepatan fluida yang mengalir semakin cepat.
Dari percobaan yang dilakukan selain diperoleh nilai head loss yang ada serta kecepatan dari aliran dapat juga dilihat kenaikan dan penurunan yang terjadi dengan membandingkan nilai dari logaritma antara kecepatan dan head loss, hal ini dapat dilihat dari grafik 3.2, untuk pipa nomor 2 terjadi kenaikan log H pada setiap peningkatan nilai log V. Nilai Log V terendah adalah 1,22 dengan Log H sebesar 1,041 sedangkan Log V tertinggi adalah sebesar 1,401 dengan nilai Log H sebesar 1,049. Pada pipa nomor 4 terjadi kenaikan log H pada setiap peningkatan nilai log V. Nilai Log V terendah adalah 0,945 dengan Log H sebesar 0,15 sedangkan Log V tertinggi adalah sebesar 1,01 dengan nilai Log H sebesar 0,19. Dari grafik tersebut, dapat disimpulkan Log V berbanding lurus terhadap Log H dimana semakin besar Log V, maka semakin besar Log H. Kecepatan,friction loss dan head loss pada pipa nomor 2 lebih besar dibandingkan pada pipa nomor 4, hal ini dikarenakan pada pipa nomor 2 memiliki diameter yang lebih kecil dibanding dengan diameter pipa nomor 4 yang lebih besar.Perbedaan diameter ini memiliki hubungan dengan persamaan kontinuitas,semakin kecil luas pipa maka semakin besar kecepatan sehingga akibatnya friction loss dan head loss juga semakin besar(White.1988).
Q = A v v = QA
Percobaan ini juga terlihat bahwa jenis aliran yang digunakan adalah jenis aliran turbulens yaitu lebih besar dari 4000 .Berdasarkan grafik 3.3 dapat dilihat bahwa semakin besar friction loss maka bilangan Reynold semakin besar. Dari persamaan dibawah bahwa bilangan Reynold berbanding lurus dengan nilai friction loss.
F = 32 µ3LRe2 gc ρ2 D4
3.3 Head Loss & Friction Loss didalam elbow 450 dan 900
Pada percobaan ini akan ditentukan besar laju aliran dan head loss pada pipa elbow 450 dan 900. Besarnya laju aliran fluida dan head loss yang terjadi dipengaruhi oleh besar kecilnya elbow yang diberikan. Perhitungan rata-rata pada pipa elbow 450 dan 900 dari data percobaan yang dilakukan serta kecenderungan grafik yang terjadi, dapat dilihat pada grafik dibawah :

Grafik 3.4 Hubungan kecepatan (V) terhadap Head Loss (H) pada bukaan
75%, 100% pipa elbow 450 dan 900
Grafik 3.4 adalah hubungan kecepatan dengan head loss, dimana nilai head loss terbesar pada elbow 450 bernilai 0,184 inHg dan nilai dari kecepatannya sebesar 10.27 ft/s. Sedangkan untuk elbow 900 nilai head loss terbesar senilai 0,196 inHg dan nilai dari kecepatan sebesar 10.19 ft/s . Dari grafik 3.4 kita juga dapat membandingkan bahwa nilai kecepatan pada elbow 45 lebih besar dari pada nilai kecepatan pada elbow 90. Hal ini sudah sesuai dengan literature bahwa kecepatan air berbanding terbalik dengan sudut belokan pipa,semakin besar sudut belokan pipa maka kecepatan air semakin kecil,dan sebaliknya semakin kecil sudut sambungan pipa maka kecepatan air semakin besar (Haruo Tahara,Sularso.2000). Dari grafik tersebut juga dapat membandingkan bahwa nilai head loss pada elbow 900 lebih besar dari pada elbow 450.Hal ini sudah sesuai dengan literature yang menunjukkan bahwa besar sudut belokan pipa berbanding lurus dengan head loss. Semakin besar sudut belokan pipa maka nilai head loss semakin besar,dan sebaliknya semakin kecil sudut belokan pipa maka semakin kecil pula head loss pipa(Haruo Tahara,Sularso.2000).

Grafik 3.5 Hubungan Log V terhadap Log H pada bukaan 75%, 100% pipa
elbow 450 dan 900
Selain menentukan perhitungan nilai head loss serta nilai kecepatan aliran, dapat juga dilihat kenaikan dan penurunan yang terjadi dengan membandingkan nilai dari logaritma antara head loss dan kecepatan pada elbow 450 dan 900, hal ini dapat dilihat dari grafik 3.5 pada elbow 450 keadaan minimum dari log V terhadap log H yaitu ketika log V 0.94859 dan log H -1,006894 serta maksimum pada saat log V 1.011734 dan log H -0,735. .Pada elbow 900 keadaan minimum dari log V 0.945136 dan log H -0.8027 serta maksimum pada saat log V 1.0084136 dan log H -0,70864. Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar Log V nya maka semakin besar pula Log H nya.

Grafik 3.6 Hubungan Friction Loss terhadap bilangan reynold pada
bukaan valve 75% dan 100% pada elbow 450 dan 900.
Grafik 3.6 adalah hubungan antara Friction loss dengan bilangan Reynold.Dari grafik ini kita dapat membandingkan friction loss dan bilangan Reynold pada elbow 450 dan 900. Dari literature dikatakan bahwa kecepatan berbanding terbalik dengan besar sudut belokan pipa.Pada elbow 450 maka kecepatan air mengalir lebih besar dari pada elbow 900 maka friction loss (kerugian akibat gesekan fluida pada pipa) pada elbow 450 lebih besar dari pada elbow 900. Karena pada elbow 450 kecepatan air yang mengalir pada dinding pipa lebih besar akibatnya gesekan fluida dengan pipa semakin besar(Haruo Tahara,Sularso.2000).
Friction loss pada elbow 450 lebih besar dari pada 900 maka bilangan Reynold pada elbow 450 juga besar. Hal ini dapat dilihat pada persamaan dibawah ini bahwa Reynold berbanding lurus dengan friction loss.Dari grafik diatas juga tahu bahwa jenis aliran pada elbow 450 dan elbow 900 adalah jenis aliran turbulens ,dimana NRe > 4000.
F = 32 µ3LRe2 gc ρ2 D4
3.5 Friction Loss pada Enlargement dan Contraction
Pada perpipaan, pipa perbesaran terjadi dimana diameter dari pipa yang awalnya kecil mengalami perbesaran menjadi diameternya lebih besar(Enlargement)dan diameter besar kekecil(Contraction). Perhitungan rata-rata pada pipa perbesaran dari data percobaan yang dilakukan datanya dapat dilihat grafik di bawah ini :

Grafik 3.7 Hubungan Faktor gesekan terhadap NRe pada bukaan valve 75%
dan 100% pada pipa enlargement dan contraction.
Berdasarkan grafik 3.7 terdapat dua perbedaan yang mencolok friction loss pada enlargement yang naik dan contraction yang turun. Enlargement untuk pipa dimana diameter berubah dari kecil ke besar,sehingga luas penampang juga berubah dari kecil ke besar.Dari persamaan kontinuitas bahwa kecepatan fluida adalah perbandingan debit air dengan luas penampang pipa. Semakin kecil luas penampang pipa maka semakin besar kecepatan fluida yang mengalir. Hal ini karena luas penampang berbanding terbalik dengan kecepatan fluida. Pada enlargement luas pipa pertama lebih kecil dibanding dengan luas pipa dua,hal ini mengakibatkan kecepatan fluida pada penampang kecil lebih besar dari pada kecepatan pada penampang besar. Berbeda dengan contraction diameter berubah dari besar kekecil sehingga kecepatan pada penampang pertama lebih kecil dari penampang kedua. .Hal ini mengakibatkan friction loss pada enlargement lebih besar dari pada contraction. Pada enlargement dari bukaan 75 % sampai 100% friction loss akan naik dengan semakin besarnya bukaan valve. Berbeda dengan contraction friction loss akan menurun dengan semakin besarnya bukaan valve. Hal ini terjadi karena perubahan diameter besar kekecil dengan bukaan yang semakin besar luas penampang kecil tidak mampu mengalirkan fluida dengan cepat sehingga membutuhkan waktu yang lama akibatnya kecepatan fluida juga semakin kecil(Tipler.1998). Dari grafik juga tahu bahwa jenis aliran yang digunakan adalah jenis aliran turbulens dimana NRe > 40000.



BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan
Semakin besar bukaan yang diberikan, maka semakin besar head loss dan friction loss yang diperoleh. Head loss terbesar cenderung pada bukaan 100% yaitu pada pipa no.2 sebesar 11,21 inHg; pada pipa no.4 sebesar 1,58 inHg; pipa elbow 90o sebesar 0,196 inHg; pipa elbow 450 sebesar 0,183; pipa perbesaran sebesar 0,223 inHg sedangkan pipa pengecilan terbesar pada bukaan 75 % yaitu sebesar 0,14 inHg. Friction loss terbesar pada bukaan 100% pada pipa no.2 adalah 100,09 ft/lbm; pipa no.4 adalah 2,18 ft/lbm ; elbow 90o adalah 2,17 ft/lbm; elbow 450 adalah 2,20 ft/lbm; enlargement sebesar 99,09 ft/lbm sedangkan contraction sebesar 34,02 ft/lbm pada bukaan 75%.
Semakin besar kecepatan fluida yang mengalir, maka kerugian gesekan atau friction loss nya juga akan semakin besar. Friction loss pipa no.2 sebesar 100,09 ft/lbm pada kecepatan 25,23 ft/s ; friction loss pipa no.4 sebesar 2,18 ft/lbm pada kecepatan 10,2 ft/s ; friction loss pada elbow 90o sebesar 2,17 ft/lbm pada kecepatan 10,19 ft/s ; friction loss pada elbow 450 sebesar 2,20 ft/lbm pada kecepatan 10,2 ft/s ; friction loss pada enlargement sebesar 99,09 ft/lbm pada kecepatan 79,82 ft/s dan friction loss pada contraction sebesar 34,02 ft/lbm dengan kecepatan 10,51 ft/s.
Semakin kecil diameter pipa yang digunakan, maka semakin besar kecepatan fluida dan head loss yang diperoleh, begitu juga sebaliknya semakin besar diameter pipa yang digunakan, maka semakin kecil kecepatannya dan head loss.
Semakin kecil diameter pipa yang digunakan, maka semakin besar kecepatan fluida dan friction loss yang diperoleh,begitu juga sebaliknya semakin besar diameter pipa yang digunakan, maka semakin kecil kecepatannya dan friction loss.

4.2 Saran
Pratikan harus teliti dalam pembukaan dan penutupan katup yang digunakan sehingga diperoleh hasil yang akurat. Kesalahan dalam pembukaan dan penutupan katup ini akan sangat berpengaruh terhadap hasil perhitungan selanjutnya.

LAMPIRAN A
LAPORAN SEMENTARA

Judul Pratikum : Aliran Fluida dalam Sisitem Perpipaan.
Hari/Tanggal Pratikum :11 Oktober 2014.
Dosen Pembimbing : Elvi Yenie,ST.,M.Eng.
Asisten Pratikum : Riyaldi.
Nama elompok IX : Crisvan Hardinata
Sela Anggita
Titu Awliya
Tabel A.1 Data hasil percobaan pada pipa nomor 2
Bukaan
Valve
Volume
(m3)
Waktu t (Detik)
Debit Q (m3/detik)
Q rerata
(m3/detik)
ha(mmHg)
hb(mmHg)
Head loss(ha-hb)
75%
0,01
43
2,33x10-4
1,56x10-4
613
318
295

0,015
65,56
2,29x10-4

601
327
274

0,02
92,41
2,16x10-4

600
329
271
100%
0,01
42,21
2,37x10-4
2,36x104
604
325
279

0,015
65,27
2,28x10-4

607
323
284

0,02
82,42
2,43x10-4

609
315
294








Tabel A.2 Data hasil percobaan pada pipa nomor 4
Bukaan
Valve
Volume
(Liter)
Waktu t (Detik)
Debit Q (m3/detik)
Q rerata
(m3/detik)
ha(mmHg)
hb(mmHg)
Head loss(ha-hb)
75%
0,01
14,94
6,69x10I-4
6,24x10-4
483
449
34

0,015
22,18
6,76x10-4

484
448
36

0,02
38,10
5,25x10-4

485
447
38
100%
0,01
13,63
7,34x10-4
7,23x104
485
446
39

0,015
21,91
6,85x10-4

487
445
42

0,02
26,62
7,51x10-4

485
445
40




Tabel A.3 Data hasil percobaan pada elbow 450
Bukaan
Valve
Volume
(Liter)
Waktu t (Detik)
Debit Q (m3/detik)
Q rerata
(m3/detik)
ha(mmHg)
hb(mmHg)
Head loss(ha-hb)
75%
0,01
15,07
6,64x10I-4
6,25x10-4
466
465
1

0,015
24,03
6,24x10-4

466,5
464
2,5

0,02
34,06
5,87x10-4

467
463
4
100%
0,01
13,50
7,41x10-4
7,27x104
470
462
8

0,015
20,88
7,18x10-4

468
464
4

0,02
27,67
7,23x10-4

467
465
2

Tabel A.4 Data hasil percobaan pada elbow 900
Bukaan
Valve
Volume
(Liter)
Waktu t (Detik)
Debit Q (m3/detik)
Q rerata
(m3/detik)
ha(mmHg)
hb(mmHg)
Head loss(ha-hb)
75%
0,01
15,79
6,33x10I-4
6,24x10-4
468
464
4

0,015
23,70
6,33x10-4

467,5
463,5
4

0,02
33,03
6,06x10-4

467
463
4
100%
0,01
13
7,69x10-4
7,22x104
469
462
7

0,015
21,6
6,94x10-4

468
463
5

0,02
28,5
7,02x10-4

467
464
3

Tabel A.5 Data hasil percobaan enlargement pipa 2
Bukaan
Valve
Volume
(Liter)
Waktu t (Detik)
Debit Q (m3/detik)
Q rerata
(m3/detik)
ha(mmHg)
hb(mmHg)
Head loss(ha-hb)
75%
0,01
16,11
6,20x10I-4
6,13x10-4
469
463
6

0,015
24,39
6,15x10-4

468
464
4

0,02
33,21
6,02x10-4

467
465
2
100%
0,01
13,27
7,54x10-4
7,46x104
466
464
2

0,015
20,38
7,36x10-4

469
463
6

0,02
26,73
7,48x10-4

471
462
9



Tabel A.6 Data hasil percobaan contraction pipa 2
Bukaan
Valve
Volume
(Liter)
Waktu t (Detik)
Debit Q (m3/detik)
Q rerata
(m3/detik)
ha(mmHg)
hb(mmHg)
Head loss(ha-hb)
75%
0,01
13,45
7,43x10I-4
7,41x10-4
469
463
6

0,015
20,16
7,44x10-4

468
464
4

0,02
27,18
7,36x10-4

466
465
1
100%
0,01
15,52
6,44x10-4
6,18x104
467
463
4

0,015
26,68
5,62x10-4

468
464
4

0,02
30,82
6,49x10-4

466
465
1





















LAMPIRAN B
SPESIFIKASI PERALATAN

Spesifikasi peralatan pipa-pipa yang digunakan pada percobaan aliraan fluida dalam system perpipaan:
1.Pipa No.2
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa : 6,3 mm = 0,0206 ft
Luas pipa : 0,00033 ft2
2.Pipa No.4
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa : 17,21mm = 0,0565 ft
Luas pipa : 0,0025 ft2
3.Elbow 450 dan elbow 900
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa : 17,21 mm = 0,0565 ft
Luas pipa : 0,0025 ft2
4.Pipa enlargement dan contraction.
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa 1 : 6,3 mm = 0,0206 ft
ID pipa 2 : 17,21 mm = 0,0565 ft
Luas Pipa 1 : 0.00033 ft2
Luas pipa 2 : 0,0025 ft2
5.Data fluida
Densitas fluida(ρ) = 62,43 lbm/ft3
Viskositas(µ) = 0,00067197 lbm/ft.s






LAMPIRAN C
PERHITUNGAN
1.Menghitung Debit(Q)
Diameter pipa No.2 = 0,0206 ft
Penyelesaian :
Pipa No.2
Bukaan 75%
Q 1= Vt
= 0,0143
= 2,33x10-4 m3/s
Q2 = Vt
= 0,015 65,56
= 2,29x10-4 m3/s
Q3 = Vt
= 0,02 92,41
= 2,16x10-4 m3/s
Qrata-rata = 2,33x10-4 m3/s + 2,29x10-4 m3/s + 2,16x10-4 m3/s3
= 1,56 x 10-4 m3detik x 1 ft30,028317 m3
= 5,514 x 10-3 ft3/detik
A = 14πd2
A = 143,14 X (0,0206 ft)2
= 0,00033 ft2

V = QA
= 5,514 x 10-3 ft3/detik0,00033 ft2
= 16,71 ft/detik

Perhitungan debit untuk variasi system perpipaan lainnya mengunakan cara yang sama

2.Menghitung Bilangan Reynold(NRe)
Bukaan 75 %
ρair = 1 gr/cm3 = 62,43 lbm/ft3
v = 16,71 ft/detik
Diameter pipa No.2 = 0,0206 ft
µ= 1cP = 6,7197 x 10-4 lb/ft.s
penyelesaian:
Pipa No.2
Bukaan 75%
NRe = ρvDµ
= 62,43 lbm/ft3 x 16,71 ft/detik x 0,0206 ft6,7197 x 10-4 lb/ft.det
= 31983,1
Perhitungan bilangan Reynold untuk variasi system perpipaan lainnya menggunakan cara yang sama.

3.Menghitung Friction Loss (F)
Bukaan 75%
Diameter pipa No.2 = 0,0206 ft
ρair = 1 gr/cm3 = 62,43 lbm/ft3
v = 16,71 ft/detik
µ= 1cP = 6,7197 x 10-4 lb/ft.s
gc = 32,174 lbm.ft/lbf.s2
L(panjang pipa) = 6,2335 ft
Penyelesaian:
F = 32µ L V2gc D2 ρ
F = 32 X 6,7197 x 10-4 lbm/ft.s X 6,2335 ft x (16,71 ft/detik)232,174 lbm.ft/lbf.s2 x0,0206 ft x0,0206 ft x 62,43 lbm/ft3
F = 43,92 ft/lbm
Perhitungan Friction loss untuk variasi system perpipaan lainnya menggunakan cara yang sama ,kecuali pada system perpipaan enlargement dan contraction.
Untuk friction loss pada enlargement menggunakan persamaan
F = (v1)22 gc
F = (65,56 ft/s)22 x 32,174 lbm.ft/lbf.s2
F = 66,79 ft/lbm
Untuk bukaan 100% enlargement gunakan rumus yang sama untuk mencari friction loss.
Untuk friction loss pada contraction mengunakan persamaan
F = K (v2)22gc
K = (1Cc - 1)2
Cc = 0,62 + 0,38 (A2/A1)2
Cc = 0,62 + 0,38(0,00033/0,0025)2
Cc = 0,62 + 0,38(0,132)2
Cc = 0,62 + 0,38(0,17424)
Cc = 0,62 + 0,0066
Cc = 0,6266
K = (1Cc - 1)2
K = (10,6266-1)2
= 0,36
F = K (v2)22gc
F = 0,36(79,31)22 x 32,174
= 34,027 ft/lbm
4.Menghitung friction factor
Pipa nomor 2
f = 2 FgcDLV2
= 2x43,92 ft/lbm x 32,174 lbm.ft/lbf.s2 x0,0206 ft6,2335 ft x 16,71 ft/s x 16,71ft/s
= 0,0344
untuk variasi bukaan dan volume yang lain menggunakan cara yang sama.




LAMPIRAN D
HASIL PERHITUNGAN

Tabel D.1 Hasil Perhitungan Pipa No.2
Bukaan
valve
Q rerata
Ft3/det
Kecepatan(ft/det)
H
(inHg)
Log v
Log H
NRe
F
f
75 %
0,0055
16,7
10,99
1,22
1,041
31983,1
43,91
0,034
100 %
0,0083
25,23
11,21
1,40
1,049
48286,6
100,1
0,034

Tabel D.2 Hasil Perhitungan Pipa No.4
Bukaan
valve
Q rerata
Ft3/det
Kecepatan(ft/det)
H
(inHg)
Log v
Log H
NRe
F
f
75 %
0,022
8,8
1,41
0,94
0,15
46233,4
1,62
0,012
100 %
0,025
10,2
1,58
1,009
0,19
53624,71
2,18
0,012

Tabel D.3 Hasil Perhitungan pada Elbow 450
Bukaan
valve
Q rerata
Ft3/det
Kecepatan(ft/det)
H
(inHg)
Log v
Log H
NRe
F
f
75 %
0,02207
8,828
0,098
0,94
-1,01
46342,8
1,629
0,012
100 %
0,02568
10,2
0,18
1,01
-0,73
53929,4
2,206
0,012

Tabel D.4 Hasil Perhitungan pada Elbow 900
Bukaan
valve
Q rerata
Ft3/det
Kecepatan(ft/det)
H
(inHg)
Log v
Log H
NRe
F
f
75 %
0,02203
8,813
0,15
0,945
-0,80
46262,3
1,623
0,012
100 %
0,0254
10,19
0,196
1,008
-0,71
53521,4
2,17
0,012






Tabel D.5 Hasil Perhitungan pada Enlargement
Bukaan
valve
Q rerata
Ft3/det
Kecepatan V1(ft/det)
Kecepatan V2(ft/det)
F
f
NRe
H
(inHg)

75 %
0,0216
65,56
8,68
66,79
0,00304
125.478
0,157

100 %
0,0263
79,82
10,5
99,02
0,00304
152.775
0,223


Tabel D.6 Hasil Perhitungan pada Contraction
Bukaan
valve
Q rerata
Ft3/det
Kecepatan V1(ft/det)
Kecepatan V2(ft/det)
F
f
NRe
H
(inHg)

75 %
0,026
10,51
79,31
34,02
0,179
55.076
0,14

100 %
0,021
8,77
66,18
23,69
0,179
45.963
0,11



















DAFTAR PUSTAKA

Deslia Prima. 2011. Laporan Dasar-dasar Proses Kimia I. www.scribd.com. desember 2013. Pekanbaru.

Haruo Tahara, Sularso, 2000. Pompa dan Kompresor. Jakarta :Penerbit PT. Pradnya
Pramita.

McCabe L Warren, Smith C Julian, and Herriot Peter, 1985. "Operasi Teknik Kimia Jilid 1 .Edisi Keempat.Jakarta: Erlangga.

M. White, Frank dan Hariandja, Manahan. 1988. Mekanika Fluida. Jakarta :Erlangga.

Raswari. 1986. Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan. Jakarta:Penerbit
Universitas Indonesia.

Tim Laboratorium. 2014. Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I. Pekanbaru:
Universitas Riau.

Tipler paul. 1998 . Fisika Untuk Sain Dan Teknik . Jakarta:Erlangga.