Aliran Fluida dalam Sistem Perpipaan

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA

ALIRAN FLUIDA

Disusun Oleh : Kelompok I (Satu) Hendryanto Sinaga

(1507167334)

Ryan Tito

(1507165761)

Sudung Sugiarto Siallagan

(1507165728)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1 NON REGULER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2016

ABSTRAK

Head loss adalah suatu nilai untuk mengetahui seberapa besar 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, pipa no.4, elbow 450, elbow 900, enlargement dan contraction pada sistem perpipaan. Percobaan ini menggunakan serangkaian alat yang disusun secara skematik yaitu general arrangement of apparatus dan manometer connection diagram, dengan variasi bukaan valve 25%, 50%, 75%, dan 100% serta variasi volume 10, 15 dan 20 liter. Berdasarkan hasil percobaan, jenis aliran yang terjadi di sepanjang pipa-pipa pada percobaan yaitu turbulen, dimana semakin besar kecepatan fluida yang mengalir dalam pipa, maka semakin besar besar pula head loss yang terjadi. Head loss terbesar terjadi pada aliran fluida yang melalui pipa 2 dengan bukaan 75% yaitu 8,688 inHg. Semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan yang di hasilkan semakin kecil. Faktor gesekan terkecil terjadi pada aliran fluida yang melalui elbow 900 yaitu sebesar 0,0211 pada bukaan valve 100%. Kata Kunci : aliran fluida; head loss; friction loss; enlargement; contraction; faktor gesekan; bilangan Reynold.

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Untuk mengalirkan fluida dari tempat yang satu ke tempat yang lain diperlukan suatu peralatan. Selain peralatan utama yang digunakan, ada bagianbagian yang tidak kalah penting, dimana dalam bagian ini sering terjadi peristiwaperistiwa 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 (Tim Penyusun, 2012). Dalam suatu sistem aliran, tidak mungkin fluida hanya mengalir melalui sebuah pipa. Di dalam aliran fluida ini akan terdapat bermacam jenis pipa, bervariasi ukuran ID pipa, bahkan kemungkinan adanya perubahan ukuran ID pipa, seperti enlargement dan contraction, dan lain-lain (Tim Penyusun, 2016). Praktikum ini dilakukan untuk mengetahui peristiwa yang terjadi di dalam pipa. 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. Gesekan yang terjadi dapat mempengaruhi aliran fluida dalam pipa, aliran ini dapat terjadi secara laminar atau turbulen yang nilainya dapat didekati dengan bilangan Reynolds. 1.2. Dasar Teori Sistem perpipaan dapat ditemukan hampir pada semua jenis industri, dari sistem pipa tunggal yang sederhana sampai sistem pipa bercabang yang sangat kompleks. Contoh berbagai sistem perpipaan adalah sistem distribusi air minum pada gedung atau kota, sistem pengangkutan minyak dari sumur bor ke tandon atau tangki penyimpan, sistem penyaluran oil, sistem distribusi udara pendingin pada suatu gedung, sistem distribusi uap pada proses pengeringan dan lain sebagainya. Sistem perpipaan meliputi semua komponen dari lokasi awal sampai

dengan lokasi tujuan, antara lain yaitu saringan (strainer), katup atau valve, sambungan nosel dan sebagainya. Sambungan dapat berupa sambungan penampang tetap, sambungan penampang berubah, belokan (elbow) atau sambungan bentuk T (Tim Penyusun, 2012). 1.2.1 Tipe Aliran fluida Ada tiga tipe aliran fluida didalam pipa, yaitu : 1. Aliran Laminer Aliran ini merupakan aliran fluida dengan kecepatan rendah. Partikelpartikel 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 laminar mempunyai ciri-ciri sebagai berikut: a. Terjadi pada kecepatan rendah. b. Fluida cenderung mengalir tanpa adanya pencampuran lateral. c. Berlapis-lapis seperti kartu. d. Tidak ada arus tegak lurus arah aliran. e. Tidak ada pusaran (arus Eddy) 2. Aliran Turbulen Aliran ini merupakan 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 turbulen mempunyai ciri-ciri sebagai berikut: a. Terbentuk arus Eddy b. Terjadi lateral mixing c. Secara keseluruhan arah aliran tetap sama d. Distribusi kecepatan lebih uniform atau seragam.

3. Aliran Transisi Aliran ini merupakan 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 (Tim Penyusun, 2016). 1.2.2 Bilangan Reynold dan Jenis Fluida Bilangan Reynold adalah bilangan tanpa dimensi yang nilainya bergantung pada kekasaran dan kehalusan pipa sehingga dapat menentukan jenis aliran dalam pipa (Tim Penyusun, 2012). Profesor Osborne Reynolds menyatakan bahwa ada dua tipe aliran yang ada di dalam 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 jenis aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu. Pengelompokan variabel menurut penemuannya itu adalah: 𝑁𝑅𝑒 = Dimana :

𝜌𝑉𝐷 𝜇

.......................................................(1)

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 (Reynold’s 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. Berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volume, fluida dapat digolongkan menjadi dua, 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. Contoh fluida compressible adalah gas dan uap. Untuk fluida incompressible berlaku persamaan umum Bernouli (Tim Penyusun, 2016), yang dapat diturunkan dari persamaan neraca energi, yaitu: 𝑔

𝛥𝑉 2

𝑐

2𝑔𝑐

𝛥𝑍 𝑔 +

+

𝛥𝑃 𝜌

+ 𝐹 = −𝑊

....................................................(2)

dengan: ΔZ : beda tinggi sistem perpipaan pada titik 1 dan titik 2, ft g

: gaya gravitasi, 32,2 ft/detik2

gc : konstanta gravitasi 32,2 lbm.ft/lbf.det2 ΔV : beda kecepatan linier fluida pada titik 1 dan titik 2, ft/det ΔP : pressure drop atau beda tekanan dari pada titik 1 dan titik 2, lbf/ft2 ρ

: berat jenis fluida, fluida air, lbm/ft3

F

: friction loss karena gesekan fluida dengan dinding pipa, ft.lbf/lbm

W : kerja pada sistem, ft.lbf/lbm M : viskositas, lbm/ft.detik

1.2.3 Head Loss, Friction Loss dan Pressure Drop 1.2.3.1 Head Loss dan Friction Loss pada Pipa Horizontal Head loss biasanya dinyatakan dengan satuan panjang. Dalam percobaan ini, head loss adalah harga ∆P yang dinyatakan dengan satuan panjang mmHg atau inHg (Tim Penyusun, 2016). Rumus Darcy-Weisbach merupakan dasar menghitung head loss untuk aliran fluida dalam pipa-pipa dan saluran-saluran (Giles, 1986). Harga F sendiri bergantung pada tipe alirannya. Untuk aliran laminar, dimana NRe < 2100, berlaku persamaan :

f L.V 2 F  . 2 g c .D

……………...……….…..…………..……….(3)

Untuk aliran turbulen dengan NRe > 4000, berlaku persamaan: F 

32. L.V 2 . 2 gc D 

……………………………………………..(4)

1.2.3.2 Head loss dan Friction Loss pada Elbow Sambungan-sambungan didalam pipa, misalnya elbow, valve, atau 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 – 3 in misalnya, maka setara dengan panjang pipa 15 x D, sedangkan untuk 90o elbow, dengan diameter 3/8 – 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 di dalam sistem perpipaan (Tim Penyusun, 2016). 1.2.3.3 Friction Loss pada Enlargement dan Contraction Untuk pipa dimana diameternya berubah dari kecil ke besar, pipa pertama dengan diameter D1 dan pipa kedua dengan diameter D2 (enlargement), dan pipa masih didalam posisi horizontal, tidak ada kerja pada sistem, maka ∆Z =0, W = 0 dengan persamaan :

V 2 p F  2g c  Jika

……….............…..…………….(5)

∆𝑝⁄ ∆𝑣 2⁄ 𝜌 sangat kecil, dan bisa diabaikan terhadap harga dari 2𝑔𝑐 , maka : ∆𝑣 2 2𝑔𝑐

= −𝐹 .................................................................................................(6)

1.2.3.4 Pressure Drop Pressure drop menunjukkan penurunan tekanan dari titik 1 ke titik 2 dalam suatu sistem aliran fluida (Tim Penyusun, 2016). Penurunan tekanan, biasa dinyatakan juga dengan ΔP saja. Jika manometer

yang digunakan adalah

manometer air raksa, dan beda tinggi air raksa dalam manometer H ft, maka : ∆P = H (ρHg) g/gc

……………………..………….....…...…………....(7)

1.2.4 Faktor Gesekan Gesekan pada pipa dapat menyebabkan hilangnya energi mekanik fluida. Gesekan inilah yang menentukan aliran fluida dalam pipa, apakah laminar atau turbulen. Gesekan juga dapat menimbulkan panas pada pipa sehingga merubah energi mekanik menjadi energi panas (Tim Penyusun, 2012). Faktor gesekan f dapat diturunkan secara matematis untuk aliran laminer, tetapi tidak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi f dengan bilangan Reynold yang tersedia untuk aliran turbulen (Geankoplis, 1993). Nikuradse telah menemukan bahwa kekasaran relatif pipa (perbandingan ukuran ketidaksempurnaan permukaan ϵ terhadap garis tengah sebelah dalam pipa) mempengaruhi juga harga f (Giles, 1986), dimana: a. Untuk aliran laminer disemua pipa untuk semua fluida, harga f adalah: 𝑓=

64 𝑁𝑅𝑒

...................................................... (8)

b. Untuk aliran turbulen: 1. Untuk aliran turbulen dalam pipa-pipa mulus dan kasar, hukumhukum tahanan universal dapat diturunkan dari:

𝑓=

8𝜏0 𝜌 𝑉2

...................................................... (9)

2. Untuk pipa-pipa mulus, Blasius menganjurkan untuk bilangan Reynold antara 3000 dan 100.000: 𝑓=

0,3164 𝑁𝑅𝑒

.....................................................(10)

0,25

Untuk harga-harga bilangan Reynold sampai kira-kira 3.000.000, persamaan Von Karman yang diperbaiki oleh Prandtl adalah: 1 √𝑓

= 2 log(𝑁𝑅𝑒 √𝑓) − 0,8

.............................(11)

3. Untuk pipa-pipa kasar: 1 √𝑓

=

2 log 𝑟0 1,74𝜀

.....................................................(12)

4. Untuk semua pipa, Lembaga Hidrolik (Hydraulic Institute) dan banyak ahli menganggap bahwa persamaan Colebrook bisa dipercaya untuk menghitung f. Persamaannya adalah: 1

𝜀 2,51 = −2 log [ + ] 3,7 𝐷 𝑁𝑅𝑒 √𝑓 √𝑓

.............................(13)

Sebelum rumus-rumus ini dapat digunakan, seorang insinyur harus meramalkan kekasaran relatif dari pengalamannya sendiri dan/atau dari orang lain. Harga yang disarankan dari ukuran ketidaksempurnaan permukaan ϵ untuk permukaanpermukaan yang baru dapat dilihat pada Diagram Moody.

1.3

Tujuan Percobaan

1. Memahami dan mengerti tentang pola aliran fluida 2. Mengukur debit dan preassure drop aliran fluida di dalam pipa. 3. Membuat kurva head loss versus kecepatan linear aliran fluida 4. Membuat kurva faktor gesekan versus bilangan Reynold

BAB II METODOLOGI PERCOBAAN

2.1

Alat dan Bahan

2.1.1 Alat 1. General Arrangement of Apparatus 2. Manometer Connection Diagram 3. Internal Vernier Caliper 4. Stopwatch 2.1.2 Bahan Air 2.2

Prosedur Percobaan 1. Tangki diisi dengan air, lalu pompa dihidupkan. 2. Valve yang akan digunakan dibuka sehingga air akan mengalir melalui pipa yang diinginkan sesuai penugasan. 3. Ketika akan menentukan head loss pada pipa 2, maka aliran selain menuju pipa tersebut ditutup dengan menutup valvenya. 4. Valve dibuka sesuai penugasan (25%, 50%, 75%, dan 100%) 5. Untuk menentukan kecepatan volumetrik air, aliran air dibuka. Dengan menggunakan stopwatch, dihitung waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan air setiap 10, 15, dan 20 liter. 6. Selang untuk menentukan preassure drop disambungkan dengan alat manometer dan dua titik pada pipa 2, ketika aliran air dihentikan maka pembacaan pada manometer dilakukan. 7. Cara yang sama dilakukan untuk menentukan head loss pada pipa 4, pipa elbow 45o, elbow 90 o, serta pada enlargement dan contraction.

2.3

Rangkaian Peralatan Rangkaian peralatan pada percobaan aliran fluida dalam sistem perpipaan

dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Rangkaian peralatan percobaan aliran fluida dalam sistem perpipaan.

Keterangan : V1 = Sump tank drain valve

12 = In-line strainer

V2 = Inlet flow control valve

13 = 90 deg. Elbow

V3 = Air bleed valves

14 = 90 deg. Bend

V4 = Isolating valves

15 = 90 deg. “ T “ Junction

V5 = Outlet flow control valve (fine)

16 = Pitot static tube

V6 = Outlet flow control valve (coarse)

17 = Venturimeter

V7 = Manometer valve 1

= 6 mm smooth bore test pipe

2

= 10 mm smooth bore test pipe

3

= Artificially roughened test pipe

4

= 17.5 mm smooth bore test pipe

5

= Sudden contraction

6

= Sudden enlargement

7

= Ball valve

8

= 45 deg. Elbow

9

= 45 deg. “ Y “ junction

10 = Gate valve 11 = Globe valve

18 = Orifice meter 19 = Test pipe sample 20 = 1 m mercury manometer 21 = 1 m Pressurised water manometer 22 = Volumetric measuring tank 23 = Sump tank 24 = Service pump 25 = Sight tube 26 = Pump start / stop 27 = Sight gauge securing grew 28 = Measuring cylinder ( Loose ) 29 = Dump valve

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1

Hubungan Head Loss dengan Kecepatan Volumetrik pada Variasi Sistem Perpipaan. Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head (head

loss). Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau karena perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida. Di samping itu, pada suatu jalur pipa juga sering terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup, perbesaran pipa, pengecilan pipa dan lain sebagainya. Percobaan aliran fluida dalam sistem perpipaan ini dilakukan dengan memvariasikan bukaan valve (25%, 50%, 75%, dan 100%) pada masing-masing variasi sistem perpipaan (pipa horizontal (2 dan 4), elbow (450 dan 900), enlargement dan contraction). Semakin besar bukaan valve, kecepatan fluida yang mengalir semakin besar pula. Secara umum, hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk setiap variasi sistem perpipaan, head loss selalu berbanding lurus dengan kecepatan fluida. Artinya, semakin besar kecepatan fluida maka head loss nya akan semakin besar pula. Hasil ini sesuai dengan persamaan Darcy-Weisbach yang menyatakan bahwa head loss berbanding lurus dengan kecepatan aliran fluida di dalam pipa (Giles, 1986) : hf = f

L V2 D 2g

Secara lengkap, hubungan antara head loss dengan kecepatan fluida untuk setiap variasi sistem perpipaan dapat dilihat pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.4.

3.1.1 Kecepatan Volumetrik dan Head Loss Pipa No. 2 Hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik fluida serta hubungan log H terhadap log v pada pipa 2 disajikan pada Gambar 3.1 dan 3.2.

0.9390

8.695 13.85, 8.681

8.680

1.141, 0.9386

14.08, 8.668

8.665

1.143, 0.9389

1.149, 0.9379

0.9380

log H

Head loss, H (inHg)

13.89, 8.688

8.650 0.9370

12.63, 8.642

8.635

1.101, 0.9366

8.620

0.9360 12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

1.09

Kecepatan, v (ft/s)

1.11

1.13

1.15

1.17

log V

Gambar 3.1 Hubungan head loss

Gambar

3.2

Hubungan

terhadap kecepatan volumetrik fluida

terhadap log v pada pipa 2.

log

H

yang mengalir melalui pipa 2

Pipa 2 yang digunakan pada percobaan dalam keadaan horizontal/mendatar, dimana diameter dari pipa memiliki ukuran yang sama disepanjang pipa. Gambar 3.1 menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan volumetrik fluida yang mengalir dalam pipa, maka semakin besar pula head loss yang terjadi. Penurunan head loss terjadi pada bukaan valve 100%, dimana kecepatan volumetrik fluida tertinggi tercapai pada bukaan valve tersebut. Penurunan head loss terjadi karena volume fluida yang mengalir disepanjang pipa 2 pada bukaan 100% terlalu besar dibanding diameter pipa tersebut. Head loss terkecil yaitu 8,642 inHg terjadi pada bukaan valve 25% dengan kecepatan volumetrik 12,63 ft/s, sedangkan head loss terbesar yaitu 8,688 inHg terjadi pada bukaan valve 75% dengan kecepatan volumetrik 13,85 ft/s. Berdasarkan Gambar 3.2 dapat dilihat bahwa hubungan fungsi logaritma head loss dengan logaritma kecepatan volumetrik pipa 2 sama dengan hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik pada pipa 2 namun dengan nilai yang berbeda. Logaritma head loss terkecil yaitu 0,9366 terjadi pada bukaan valve 25% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 1,101. Logaritma head loss terbesar

yaitu 0,9389 terjadi pada bukaan valve 75% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 1,143. 3.1.2 Kecepatan Volumetrik dan Head Loss Pipa No. 4 Hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik fluida serta hubungan log H terhadap log v pada pipa 4 disajikan pada Gambar 3.3 dan 3.4. 1.50

0.18 5.81, 1.46

5.61, 1.34

1.30

1.20

0.749, 0.13

0.12

0.09

5.45, 1.17

0.736, 0.07

0.06

1.10 5.4

0.764, 0.16

0.753, 0.15

0.15

1.40

log H

Head loss, H (inHg)

5.66, 1.42

5.6

5.8

0.73

6.0

0.74

0.75

0.76

log V

Kecepatan, v (ft/s)

Gambar 3.3 Hubungan head loss

Gambar

terhadap

terhadap log v pada pipa 4.

kecepatan

fluida

0.77

yang

3.4

Hubungan

log

H

mengalir melalui pipa 4.

Pipa

4

yang

digunakan

pada

percobaan

ini

dalam

keadaan

horizontal/mendatar, dimana diameter dari pipa memiliki ukuran yang sama mulai dari awal hingga ujungnya. Diameter pipa 4 lebih besar daripada pipa 2 (lihat Lampiran D untuk data spesifikasi pipa). Gambar 3.3 menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan fluida yang mengalir dalam pipa, maka semakin besar besar pula head loss yang terjadi. Head loss terkecil yaitu 1,17 inHg terjadi pada saat kecepatan fluida 5,45 ft/s bukaan valve 25%, sedangkan head loss terbesar yaitu 1,46 inHg terjadi pada saat kecepatan fluida 5,81 ft/s bukaan valve 100%. Diameter pipa 4 yang lebih besar dibanding pipa 2 menyebabkan pipa 4 lebih

mampu menahan fluida yang mengalir dengan volume yang besar sehingga terjadi peningkatan head loss pada bukaan valve 100% pada pipa 4. Berdasarkan Gambar 3.4 dapat dilihat bahwa hubungan fungsi logaritma head loss dengan logaritma kecepatan volumetrik pipa 4 sama dengan hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik pada pipa 4 namun dengan nilai yang berbeda. Logaritma head loss terkecil yaitu 0,07 terjadi pada bukaan valve 25% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 0,736. Logaritma head loss terbesar yaitu 0,16 terjadi pada bukaan valve 100% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 0,764. 3.1.3 Kecepatan Volumetrik dan Head Loss Pipa Elbow 450 Hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik fluida serta hubungan log H terhadap log v pada pipa elbow 450 disajikan pada Gambar 3.5 dan 3.6.

log v

9.07, 0.276

0.91

0.93

0.95

0.97

-0.50

0.26

0.957, 0.56

-0.55 0.24

9.18, 0.236 8.91, 0.223

0.22 8.35, 0.210

log H

Head loss, H (inHg)

0.28

-0.60 0.950, 0.65

-0.65

0.963, 0.63

0.20 8.00

8.50

9.00

9.50

Kecepatan, v (ft/s)

0.922, 0.68

-0.70

Gambar 3.5 Hubungan head loss

Gambar

terhadap

terhadap log v pada pipa elbow 450

kecepatan

fluida

yang

3.6

Hubungan

log

H

mengalir melalui pipa elbow 450 Elbow 450 yang digunakan pada percobaan ini berada pada pipa 4. Gambar 3.5 menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan fluida yang mengalir dalam

pipa, maka semakin besar besar pula head loss yang terjadi. Penurunan head loss terjadi pada bukaan valve 100%, dimana kecepatan volumetrik fluida tertinggi tercapai pada bukaan valve tersebut. Head loss terkecil yaitu 0,21 inHg terjadi pada saat kecepatan fluida 8,35 ft/s bukaan valve 25%, sedangkan head loss terbesar yaitu 0,276 inHg terjadi pada saat kecepatan fluida 9,07 ft/s bukaan valve 75%. Berdasarkan Gambar 3.6 dapat dilihat bahwa hubungan fungsi logaritma head loss dengan logaritma kecepatan volumetrik pipa elbow 450 sama dengan hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik pada pipa elbow 450 namun dengan nilai yang berbeda. Logaritma head loss terkecil yaitu -0,68 terjadi pada bukaan valve 25% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 0,922. Logaritma head loss terbesar yaitu -0,56 terjadi pada bukaan valve 75% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 0,957. Nilai logaritma head loss negatif dikarenakan head loss yang terjadi pada pipa elbow 450 sangat kecil. 3.1.4 Kecepatan Volumetrik dan Head Loss Pipa Elbow 900 Elbow 900 yang digunakan pada percobaan ini berada pada pipa 5 (lihat Lampiran D untuk spesifikasi pipa). Hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik fluida serta hubungan log H terhadap log v pada pipa elbow 900 disajikan pada Gambar 3.7 dan 3.8. Berdasarkan Gambar 3.7, semakin besar kecepatan fluida yang mengalir dalam pipa, maka semakin besar besar pula head loss yang dialaminya. Penurunan head loss terjadi pada bukaan valve 100%, dimana kecepatan volumetrik fluida tertinggi tercapai pada bukaan valve tersebut. Penurunan head loss pada bukaan valve 100% pipa elbow 90o lebih kecil dibanding penurunan head loss pada pipa elbow 45o dengan bukaan valve yang sama. Head loss terkecil yaitu 0,617 inHg terjadi pada saat kecepatan fluida 7,81 ft/s bukaan valve 25%, sedangkan head loss terbesar yaitu 0,893 inHg terjadi pada saat kecepatan fluida 9,10 ft/s bukaan valve 75%.

9.10, 0.893

log V

8.77, 0.841

0.8

0.88

9.21, 0.880

0.91

0.94

0.97

0.00 0.959, 0.05

-0.05

0.943, 0.08

-0.10

0.964, 0.06

log H

Head loss, H (inHg)

0.9

0.7

-0.15

7.81, 0.617

0.6 7.7

8.1

8.5

8.9

9.3

-0.20

0.893, 0.21

Kecepatan, v (ft/s) -0.25

Gambar 3.7 Hubungan head loss

Gambar

terhadap

terhadap log v pada pipa elbow 900

kecepatan

fluida

yang

3.8

Hubungan

log

H

mengalir melalui pipa elbow 900

Berdasarkan Gambar 3.8 dapat dilihat bahwa hubungan fungsi logaritma head loss dengan logaritma kecepatan volumetrik pipa elbow 900 sama dengan hubungan head loss terhadap kecepatan volumetrik pada pipa elbow 900 namun dengan nilai yang berbeda. Logaritma head loss terkecil yaitu -0,21 terjadi pada bukaan valve 25% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 0,893. Logaritma head loss terbesar yaitu -0,05 terjadi pada bukaan valve 75% dengan nilai logaritma kecepatan volumetrik 0,959. Nilai logaritma head loss negatif dikarenakan head loss yang terjadi pada pipa elbow 900 sangat kecil. 3.2

Hubungan Reynold’s Number dengan Faktor Gesekan pada Variasi Sistem Perpipaan. Percobaan aliran fluida dalam sistem perpipaan ini dilakukan dengan

memvariasikan bukaan valve sehingga kecepatan aliran fluidanya juga bervariasi. Semakin besar kecepatan fluida yang mengalir, maka bilangan Reynold nya juga semakin besar, sedangkan faktor friksi atau faktor gesekan nya semakin kecil.

Pernyataan ini berdasarkan pada persamaan yang dikemukakan oleh Blasius (Giles, 1986) : f=

0,3164 𝑁𝑅𝑒 0,25

Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk setiap variasi sistem perpipaan, faktor friksi selalu berbanding terbalik dengan bilangan Reynold. Artinya, semakin besar bilangan Reynold maka faktor friksinya akan semakin kecil. Hasil ini sesuai dengan persamaan yang dikemukakan oleh Blasius. Secara lengkap, hubungan antara faktor friksi dengan bilangan Reynold untuk setiap variasi sistem perpipaan dapat dilihat pada Gambar 3.9 sampai Gambar 3.14. 3.2.1 Reynold’s Number dan Faktor Gesekan pada Pipa No. 2 Hubungan Reynold’s Number terhadap faktor gesekan (f) pada pipa 2 disajikan pada Gambar 3.9.

Faktor gesekan, f

0.0243

2.89, 0.02428

0.0241 0.0239 3.16, 0.02372

0.0237

3.17, 0.02370 3.22, 0.02362

0.0235 2.8

2.9

3

3.1

Reynold's Number, NRe

3.2

3.3

(x104)

Gambar 3.9 Hubungan NRe terhadap faktor gesekan pada pipa 2 dengan bukaan 25%, 50%, 75%, dan 100% Berdasarkan Gambar 3.9, semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan akan semakin kecil. Kondisi ini sesuai dengan persamaan yang dikemukakan Blasius dimana harga faktor gesekan berbanding terbalik dengan bilangan Reynold. Faktor gesekan terkecil yaitu 0,0236 didapat pada bukaan valve

100% dan bilangan Reynold sebesar 3,22 x 104, sedangkan faktor gesekan terbesar yaitu 0,02428 didapat pada bukaan valve 25% dan bilangan Reynold sebesar 2,89 x 104. Gambar 3.9 juga memperlihatkan bahwa semakin besar bukaan valve maka bilangan Reynold semakin bertambah. Semakin besar bukaan valve maka akan terjadi peningkatan kecepatan volumetrik fluida di dalam pipa. Kondisi ini sesuai dengan persamaan penentuan bilangan Reynold, dimana besarnya bilangan Reynold berbanding lurus terhadap kecepatan volumetrik fluida. Bilangan Reynold yang didapat pada percobaan menunjukkan bahwa disepanjang pipa 2 terjadi aliran turbulen. 3.2.2 Reynold’s Number dan Faktor Gesekan pada Pipa No. 4 Hubungan Reynold’s Number terhadap faktor gesekan (f) pada pipa 4 disajikan pada Gambar 3.10.

Faktor gesekan, f

0.0243

2.99, 0.02406 0.0240 3.07, 0.02388 3.11, 0.02383 0.0238 3.19, 0.02367 0.0235 2.95

3

3.05

3.1

3.15

3.2

Reynold's Number, NRe (x104)

Gambar 3.10 Hubungan NRe terhadap faktor gesekan pada pipa No. 4 dengan bukaan 25%, 50%, 75%, dan 100% Berdasarkan Gambar 3.10, semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan akan semakin kecil. Kondisi ini sesuai dengan persamaan faktor gesekan yang dikemukakan Blasius, dimana harga faktor gesekan berbanding terbalik dengan bilangan Reynold. Faktor gesekan terkecil yaitu 0,02367 didapat pada bukaan valve 100% dan bilangan Reynold sebesar 3,19 x 104, sedangkan faktor

gesekan terbesar yaitu 0,02406 didapat pada bukaan valve 25% dan bilangan Reynold sebesar 2,99 x 104. Gambar 3.9 juga memperlihatkan bahwa semakin besar bukaan valve maka bilangan Reynold semakin bertambah. Semakin besar bukaan valve maka akan terjadi peningkatan kecepatan volumetrik fluida di dalam pipa. Kondisi ini sesuai dengan persamaan penentuan bilangan Reynold, dimana besarnya bilangan Reynold berbanding lurus terhadap kecepatan volumetrik fluida. Bilangan Reynold yang didapat pada percobaan menunjukkan bahwa disepanjang pipa 4 terjadi aliran turbulen. 3.2.3 Reynold’s Number dan Faktor Gesekan pada Pipa Elbow 45o Hubungan Reynold’s Number terhadap faktor gesekan (f) pada pipa elbow 45o disajikan pada Gambar 3.11. 0.0217 4.59, 0.02162

Faktor gesekan, f

0.0216 0.0215 0.0214 0.0213

4.89, 0.02128

0.0212

4.98, 0.02118 5.04, 0.02112

0.0211 0.0210 4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

Reynold's Number, NRe

5

5.1

(x104)

Gambar 3.11 Hubungan NRe terhadap faktor gesekan pada pipa elbow 45o dengan bukaan 25%, 50%, 75%, dan 100% Berdasarkan Gambar 3.11, semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan akan semakin kecil. Hal ini terjadi karena pada bilangan Reynold yang besar, kontak antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa semakin cepat, sehingga gesekan yang dihasilkan semakin berkurang. Faktor gesekan terkecil yang didapat yaitu 0,02112 pada bukaan valve 100% dan bilangan Reynold sebesar 5,04 x 104, sedangkan faktor gesekan terbesar yaitu 0,02162 didapat pada

bukaan valve 25% dan bilangan Reynold sebesar 4,59 x 104. Bilangan Reynold yang didapat pada percobaan menunjukkan bahwa disepanjang pipa elbow 45o terjadi aliran turbulen. 3.2.4 Reynold’s Number dan Faktor Gesekan pada Pipa Elbow 90o Hubungan Reynold’s Number terhadap faktor gesekan (f) pada pipa elbow 90o disajikan pada Gambar 3.12.

Faktor gesekan, f

0.0220

4.29, 0.02199

0.0218 0.0216 0.0214

4.82, 0.02136

0.0212

5, 0.02116 5.05, 0.02110

0.0210 4.2

4.4

4.6

4.8

Reynold's Number, NRe

5

5.2

(x104)

Gambar 3.12 Hubungan NRe terhadap faktor gesekan pada pipa elbow 90o dengan bukaan 25%, 50%, 75%, dan 100% Berdasarkan Gambar 3.12, semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan akan semakin kecil. Faktor gesekan pada pipa elbow 90o tidak jauh berbeda dengan faktor gesekan yang terjadi pada pipa elbow 45o di setiap variasi bukaan valve. Faktor gesekan terkecil pada pipa elbow 90o yaitu 0,0211 pada bukaan valve 100% dan bilangan Reynold sebesar 5,05 x 104, sedangkan faktor gesekan terbesar yaitu 0,02199 didapat pada bukaan valve 25% dan bilangan Reynold sebesar 4,29 x 104. Bilangan Reynold yang didapat pada percobaan menunjukkan bahwa disepanjang pipa elbow 90o terjadi aliran turbulen.

3.2.5 Reynold’s Number dan Faktor Gesekan pada Pipa Enlargement Hubungan Reynold’s Number terhadap faktor gesekan (f) pada pipa enlargement disajikan pada Gambar 3.13.

Faktor gesekan, f

0.0245 2.89, 0.0243 2.99, 0.0241

0.0240

3.17, 0.0237 0.0235 0.0230 3.69, 0.0228 0.0225 2.5

3

Reynold's Number, NRe

3.5

4

(x104)

Gambar 3.13 Hubungan NRe terhadap faktor gesekan pada pipa enlargement dengan bukaan 25%, 50%, 75%, dan 100% Percobaan untuk kondisi enlargement dilakukan pada pipa 2. Pipa enlargement adalah pipa dimana diameternya berubah dari kecil ke besar, pipa pertama dengan diameter D1 dan pipa kedua dengan diameter D2 (D1 < D2). Perbedaan diameter dari kecil ke besar tentunya akan berpengaruh terhadap kecepatan volumetrik fluida di dalam pipa, sehingga akan turut mempengaruhi besarnya bilangan Reynold yang didapat. Perubahan ukuran diameter pipa juga akan menimbulkan perbedaan gesekan di dalam pipa. Berdasarkan Gambar 3.13, semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan akan semakin kecil. Faktor gesekan terkecil pada pipa enlargement yaitu 0,0228 pada bukaan valve 100% dan bilangan Reynold sebesar 3,69 x 104, sedangkan faktor gesekan terbesar yaitu 0,0243 didapat pada bukaan valve 25% dan bilangan Reynold sebesar 2,89 x 104. Bilangan Reynold yang didapat pada percobaan menunjukkan bahwa disepanjang pipa enlargement terjadi aliran turbulen.

3.2.6 Reynold’s Number dan Faktor Gesekan pada Pipa Contraction Hubungan Reynold’s Number terhadap faktor gesekan (f) pada pipa contraction disajikan pada Gambar 3.14. 0.0294 1.36, 0.029298

Faktor gesekan, f

0.0293 0.0291 0.0290

1.44, 0.028864 1.46, 0.028787

0.0288 0.0287

1.49, 0.028636 0.0285 1.35

1.4

1.45

Reynold's Number, NRe

1.5

(x104)

Gambar 3.14 Hubungan NRe terhadap faktor gesekan pada pipa contraction dengan bukaan 25%, 50%, 75%, dan 100% Percobaan untuk kondisi contraction dilakukan pada pipa 2. Pipa contraction adalah pipa dimana diameternya berubah dari besar ke kecil, pipa pertama dengan diameter D1 dan pipa kedua dengan diameter D2 (D1 > D2). Perbedaan diameter dari besar ke kecil tentunya akan berpengaruh terhadap kecepatan volumetrik fluida di dalam pipa, dimana semakin besar diameter pipa maka kecepatan volumetrik fluida yang melalui pipa semakin kecil, sehingga akan turut mempengaruhi besarnya bilangan Reynold yang didapat. Perubahan ukuran diameter pipa juga akan menimbulkan perbedaan gesekan di dalam pipa. Berdasarkan Gambar 3.14, semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan akan semakin kecil. Kondisi ini sesuai dengan persamaan faktor gesekan yang dikemukakan Blasius, dimana harga faktor gesekan berbanding terbalik dengan bilangan Reynold. Faktor gesekan terkecil pada pipa contraction yaitu 0,028636 pada bukaan valve 100% dan bilangan Reynold sebesar 1,49 x 104, sedangkan faktor gesekan terbesar yaitu 0,029298 didapat pada bukaan valve 25% dan bilangan Reynold sebesar 1,36 x 104. Bilangan Reynold yang didapat pada

percobaan menunjukkan bahwa disepanjang pipa contraction terjadi aliran turbulen.

1.000

Faktor Gesekan, f

0.100

0.010

0.001 1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

Reynold's Number, NRe pipa no.2

pipa no.4

elbow 90

elbow 45

enlargement

contraction

Gambar 3.15 Hubungan NRe terhadap faktor gesekan pada berbagai variasi sistem perpipaan dengan bukaan 25%, 50%, 75%, dan 100%. Berdasarkan Gambar 3.15, secara keseluruhan faktor gesekan terkecil terjadi pada aliran fluida yang melalui elbow 900 yaitu sebesar 0,0211 pada bukaan valve 100%, sedangkan faktor gesekan terbesar terjadi pada aliran fluida yang melalui pipa contraction yaitu sebesar 0,029298 pada bukaan valve 100%.

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

4.1

Kesimpulan 1. Semakin besar kecepatan fluida yang mengalir dalam pipa, maka semakin besar besar pula head loss yang terjadi. Head loss terkecil terjadi pada aliran fluida yang melalui pipa 2 dengan bukaan valve 25% yaitu 8,642 inHg, sedangkan head loss terbesar terjadi pada bukaan 75% yaitu 8,688 inHg. 2. Semakin besar bilangan Reynold maka faktor gesekan yang di hasilkan semakin kecil. Faktor gesekan terkecil terjadi pada aliran fluida yang melalui elbow 900 yaitu sebesar 0,0211 pada bukaan valve 100%, sedangkan faktor gesekan terbesar terjadi pada aliran fluida yang melalui pipa contraction yaitu sebesar 0,029298 pada bukaan valve 100%. 3. Jenis aliran yang terjadi di sepanjang pipa-pipa pada percobaan yaitu turbulen.

4.2

Saran Percobaan aliran fluida selanjutnya disarankan untuk membuat kurva

friction loss untuk setiap bukaan valve pada setiap variasi sistem perpipaan, sehingga dapat diketahui pengaruh bukaan valve serta jenis pipa terhadap friction loss. Percobaan aliran fluida selanjutnya juga disarankan untuk menghitung faktor gesekan dengan menggunakan diagram Moody, sehingga didapat perbandingan faktor gesekan pada diagram Moody dengan faktor gesekan yang dihitung secara teoritis (menggunakan persamaan Blasius).

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, C.J. 1993. Transport Process and Unit Operation, 3rd edition, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey. Giles, R.V. 1986. Mekanika Fluida dan Hidraulika. Ed. 2., Jakarta: Erlangga Diterjemahkan oleh: Ir. Herman Widodo Soemitro. Tim Penyusun. 2012. Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I. Program Studi D-III Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau. Pekanbaru Tim Penyusun. 2016. Penuntun Praktikum Laboratorium Teknik Kimia Edisi 2. Program Studi S1 Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau. Pekanbaru

LAMPIRAN A LAPORAN SEMENTARA

Judul Praktikum

: Aliran Fluida

Hari/Tanggal Praktikum

: Minggu/14 Agustus 2016

Pembimbing

: Hari Rionaldo, ST, MT

Asisten Laboratorium

: Ari Hidayat

Nama Kelompok I

: Hendriyanto Sinaga (1507167334) Ryan Tito (1507165761) Sudung Sugiarto Siallagan (1507165728)

A.1 Pipa No. 2 Data fisis fluida :

Data pipa No. 2:

Densitas

= 0,9965 g/cm3

Panjang pipa = 74,7 cm

Viskositas

= 0,0085

ID pipa

= 100 mm

Tabel A.1 Pengukuran Kecepatan Volumetrik dan Head Loss pada Pipa No. 2 Bukaan Volume Waktu Valve

25%

50%

75%

100%

(Liter) 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20

(detik) 53 79 110 60 88 116 56 76 104 53 79 111

Debit

Qrata-rata

(m3/s)

(m3/s)

0,00018868 0,00018987 0,00018182 0,00016667 0,00017045 0,00017241 0,00017857 0,00019737 0,00019231 0,00018868 0,00018987 0,00018018

0,00018679

0,00016985

0,00018942

0,00018624

Head Loss Ha

574 574 573 575 575 575 575 575 575 576 575 575

Hb

356 356 356 356 355 356 355 355 355 355 355 355

Ha-Hb (mmHg) 218 219 217 219 220 219 220 220 220 221 220 220

A.2 Pipa No. 4 Data fisis fluida :

Data pipa No. 4:

Densitas

= 0,9965 g/cm3

Panjang pipa = 98 cm

Viskositas

= 0,0085

ID pipa

= 200 mm

Tabel A.2 Pengukuran Kecepatan Volumetrik dan Head Loss pada Pipa No. 4 Bukaan Volume Waktu Valve

25%

50%

75%

100%

(Liter) 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20

(detik) 15 24 32 14 22 29 14 20 29 13 20 28

Debit

Qrata-rata

(m3/s)

(m3/s)

0,00066667 0,000625 0,000625 0,00071429 0,00068182 0,00068966 0,00071429 0,00075 0,00068966 0,00076923 0,00075 0,00071429

0,00063889

0,00069525

0,00071798

0,00074451

Head Loss Ha

482 481 480 483 483 483 484 484 484 484 485 485

Hb

451 450 453 449 449 449 449 447 448 448 448 447

Ha-Hb (mmHg) 31 31 27 34 34 34 35 37 36 36 37 38

A.3 Pipa 45o Elbow Data pipa 45o Elbow :

Data fisis fluida : Densitas

= 0,9965 g/cm3

Elbow

= 45o

Viskositas

= 0,0085

ID pipa

= 200 mm

Tabel A.3 Pengukuran Kecepatan Volumetrik dan Head Loss pada elbow 45o Bukaan Volume Waktu Valve

25%

50%

75%

100%

(Liter) 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20

(detik) 15 23 32 14 21 31 14 22 28 13 23 28

Debit

Qrata-rata

(m3/s)

(m3/s)

0,00066667 0,00065217 0,00064795 0,000625 0,00071429 0,00071429 0,00069124 0,00064516 0,00071429 0,00068182 0,00070346 0,00071429 0,00076923 0,00065217 0,0007119 0,00071429

Head Loss Ha

468 469 469 469 469 469 469 469 469 468 469 469

Hb

463 464 463 463 463 464 461 462 463 463 463 462

Ha-Hb (mmHg) 5 5 6 6 6 5 8 7 6 5 6 7

A.4 Pipa 90o Elbow Data pipa 90o Elbow :

Data fisis fluida : Densitas

= 0,9965 g/cm3

Elbow

= 90o

Viskositas

= 0,0085

ID pipa

= 200 mm

Tabel A.4 Pengukuran Kecepatan Volumetrik dan Head Loss pada elbow 90o Bukaan Volume Waktu Valve

25%

50%

75%

100%

(Liter) 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20

(detik) 15 24 38 14 22 31 14 21 28 14 21 29

Debit

Qrata-rata

(m3/s)

(m3/s)

0,00066667 0,000625 0,00052632 0,00071429 0,00068182 0,00064516 0,00071429 0,00071429 0,00071429 0,00071429 0,00071429 0,00068966

0,00060599

0,00068042

0,00071429

0,00070608

Head Loss Ha

474 474 472 476 476 477 476 477 476 477 476 477

Hb

456 458 459 455 455 455 454 454 454 454 454 454

Ha-Hb (mmHg) 18 16 13 21 21 22 22 23 22 23 22 23

A.5 Pipa Enlargement Data fisis fluida : Densitas

= 0,9965 g/cm3

Viskositas

= 0,0085

Data pipa No. 2 : A2

= 7.850 mm2

ID pipa

= 100 mm

Data pipa No. 4 : A1

= 31.400 mm2

ID pipa

= 200 mm

Tabel A.5

Pengukuran Kecepatan Volumetrik dan Head Loss pada Pipa Enlargement.

Bukaan Volume Waktu Valve

25%

50%

75%

100%

(Liter) 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20

(detik) 64 80 120 51 54 113 51 81 112 56 89 111

Debit

Qrata-rata

(m3/s)

(m3/s)

0,00015625 0,0001875 0,00016667 0,00019608 0,00027778 0,00017699 0,00019608 0,00018519 0,00017857 0,00017857 0,00016854 0,00018018

0,00017014

0,00021695

0,00018661

0,00017576

Head Loss Ha

467 465 465 467 468 467 467 467 466 466 467 467

Hb

464 464 464 464 463 464 464 464 464 464 465 465

Ha-Hb (mmHg) 3 1 1 3 5 3 3 3 2 2 2 2

A.6 Pipa Contraction Data fisis fluida :

Data pipa No. 2 :

Densitas

= 0,9965 g/cm3

A1

= 7.850 mm2

Viskositas

= 0,0085

ID pipa = 100 mm

Data pipa No. 4 : A2

= 31.400 mm2

ID pipa

= 200 mm

Tabel A.6 Pengukuran Kecepatan Volumetrik dan Head Loss pada Pipa .Contraction Bukaan Volume Waktu Valve

25%

50%

75%

100%

(Liter) 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20

(detik) 50 84 101 51 73 95 49 73 90 48 72 99

Debit

Qrata-rata

(m3/s)

(m3/s)

Head Loss Ha

0,0002 0,00017857 0,0001922 0,00019802 0,00019608 0,00020548 0,00020403 0,00021053 0,00020408 0,00020548 0,00021059 0,00022222 0,00020833 0,00020833 0,00287113 0,00020202

Hb

530 531 532 534 535 534 535 535 535 535 534 535

399 398 397 395 396 396 395 394 395 395 395 395

Ha-Hb (mmHg) 131 133 135 139 139 138 140 141 140 140 139 140

Pekanbaru, 14 Agustus 2016 Asisten

Ari Hidayat

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN

Berikut merupakan contoh perhitungan pada pipa no. 2 dengan bukaan valve sebesar 25% : 1. Menghitung debit (Q), luas permukaan pipa (A) dan kecepatan (v) Diameter pipa no. 2 = 0,0246 ft Penyelesaian : Pipa no.2 Bukaan 25% Q1 = =

V t 0,01 53

= 1,89 × 10-4 m3/s

𝑉

Q2 = 𝑡 = Q3 = =

0,015 79

= 1,9 × 10-4 m3/s

𝑉 𝑡

0,02 110

Qrata-rata = =

= 1,82 × 10-4 m3/s 1,89 × 10−4 + 1,9 × 10−4 + 1,82 × 10−4 3 1,87 × 10−4 m3 detik

×

1 𝑓𝑡 3 0,028317 m3

= 6,59 x 10-3 ft3/detik

A

= =

𝜋 2 d 4 3,14 4

(0,0246 ft)2

=0,000475 ft2

𝑄

v

=

v

=

v

= 12,63 ft/s

𝐴 6,59 x 10−3 ft3 /s 0.000475 ft2

Perhitungan debit, luas permukaan pipa dan kecepatan fluida untuk variasi sistem perpipaan lainnya menggunakan cara yang sama.

2. Menghitung bilangan Reynold Bukaan 25%

ρair = 1 g/cm3 = 62,43 lb/ft3 v = 12,63 ft/s Diameter pipa no. 2 = 0,0246 ft µ = 1 cP = 6,7197 × 10-4 lb/ft.s Penyelesaian : Pipa no. 2 Bukaan 25 % NRe = =

ρ𝑣D μ 62,43 lb/ft3 × 12,63 ft/s × 0,0246 ft 0,00067197 lb/ft.s

= 28859,67 Perhitungan

bilangan

Reynold

menggunakan cara yang sama.

3. Menghitung Friction Loss, F Bukaan 25% Diameter pipa no. 2 = 0,0246 ft µ = 1 cP = 6,7197 × 10-4 lb/ft.s L = 2,451 ft v = 12,63 ft/s g = 32,174 lbm.ft/lbf.s2

untuk

variasi

sistem perpipaan

lainnya

ρair = 1 g/cm3 = 62,43 lb/ft3 Penyelesaian : F =

32 μ L 𝑣 2 gc D 2 ρ lb ft 32,174 lbm.ft/lbf.s2 × (0,0246 ft)2

32 × 0,00067197 .s × 2,451 ft × (12,63 ft/s)2

=

× 62,43 lb/ft3

= 6,91354 ft/lbm Perhitungan friction loss untuk variasi sistem perpipaan lainnya menggunakan cara yang sama, kecuali pada sistem perpipaan enlargement dan contraction.  Menghitung friction loss pada enlargement menggunakan persamaan : 𝑉12 𝐹= 2𝑔𝑐 𝐹=

(12,649 𝑓𝑡/𝑠)2 = 2,486 𝑙𝑏 𝑓𝑡 2 𝑥 32,174 𝑙𝑏𝑓 𝑠 2

 Menghitung friction loss pada contraction menggunakan persamaan : 𝑉22 𝐹=𝐾 2𝑔𝑐 𝑓𝑡 (0,115 𝑠 )2 𝐹 = 0,715 = 0,000147 𝑙𝑏 𝑓𝑡 2 𝑥 32,2 𝑙𝑏𝑓 𝑠 2 Untuk nilai A2/A1 < 0,715 gunakan nilai K = 0,4 Untuk nilai A2/A1 > 0,715 gunakan nilai K = 0,715

4. Menghitung friction factor, f Untuk aliran turbulen, faktor gesekan dihitung menggunakan persamaan berikut:

𝑓=

0,3164 𝑁𝑅𝑒 0,25

0,3164

𝑓 = 28859,670,25 = 0,02428 Perhitungan

friction factor

untuk

variasi

sistem perpipaan lainnya

menggunakan cara yang sama atau gunakan Diagram Moody (lihat Lampiran E).

LAMPIRAN D SPESIFIKASI PERALATAN

Spesifikasi pipa-pipa yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:  Pipa No. 2 Panjang pipa : 74,7 cm = 2,451 ft ID pipa : 0,75 mm = 0,0246 ft Luas pipa : 0,000475 ft2  Pipa No. 4 Panjang pipa : 77,1 cm = 2,529 ft ID pipa : 1.8 mm = 0,0591 ft Luas pipa : 0,00274 ft2  Elbow 450 (Pipa no. 4) dan elbow 900 (Pipa no.5) ID pipa : 1,8 mm = 0,0591 ft Luas pipa : 0,00274 ft2  Pipa perbesaran (enlargement) ID pipa 1 = 0,0246 ft ID pipa 2 = 0,0591 ft A1= 0,000475 ft2 A2= 0,00274 ft2  Pipa pengecilan (contraction) ID pipa 1 = 0,0591 ft ID pipa 2 = 0,0246 ft A1= 0.00274 ft2 A2= 0,000475 ft2  Densitas Fluida (ρ) : 62,4 lb/ft3  Viskositas (µ) : 0,00067 lb/ft.s

LAMPIRAN E

Diagram Moody :

LAMPIRAN C HASIL PERHITUNGAN

C.1 Perhitungan Head Loss dan Friction Loss Pipa No. 2 Bukaan Valve 25% 50% 75% 100%

3

Qrerata (ft /s) 0.005998 0.006577 0.006596 0.006689

Kecepatan, v (ft/s) 12.627 13.847 13.887 14.082

Head Loss , H (inHg) 8.642 8.681 8.688 8.668

log v

log H

NRe

1.1013 1.1413 1.1426 1.1487

0.9366 0.9386 0.9359 0.9379

28859.67 31646.04 31738.90 32184.94

log v

log H

NRe

0.736202 0.748841 0.753085 0.764465

0.067765 0.126975 0.151799 0.163698

29911.110 30794.438 31096.830 31922.445

Friction Loss , F Friction factor , f 6.91354 8.31297 8.36183 8.59850

0.024275 0.023722 0.023705 0.023622

C.2 Perhitungan Head Loss dan Friction Loss Pipa No. 4 Bukaan Valve 25% 50% 75% 100%

Qrerata (ft3/s) 0.014926 0.015367 0.015518 0.015930

Kecepatan, v (ft/s) 5.448 5.608 5.664 5.814

Head Loss , H (inHg) 1.169 1.340 1.418 1.458

Friction Loss , F Friction factor , f 0.222932 0.236294 0.240957 0.253922

0.02406 0.02388 0.02383 0.02367

C.3 Perhitungan Head Loss dan Friction Loss Pipa Elbow 45o Bukaan Valve

Qrerata (ft /s)

Kecepatan, v (ft/s)

Head Loss , H (inHg)

log v

log H

NRe

25% 50% 75% 100%

0.0229 0.0244 0.0248 0.0251

8.351 8.909 9.067 9.175

0.210 0.223 0.276 0.236

0.922 0.950 0.957 0.963

-0.678 -0.651 -0.559 -0.626

45853.496 48917.550 49782.241 50379.069

3

C.4 Perhitungan Head Loss dan Friction Loss Pipa Elbow 90

0.524 0.596 0.618 0.632

0.02162 0.02128 0.02118 0.02112

o

Bukaan Valve

Qrerata (ft /s)

Kecepatan, v (ft/s)

Head Loss , H (inHg)

log v

log H

NRe

25% 50% 75% 100%

0.021400 0.024029 0.024935 0.025225

7.810 8.770 9.100 9.206

0.617 0.841 0.893 0.880

0.89267 0.94298 0.95905 0.96407

-0.20953 -0.07545 -0.04912 -0.05555

42884.63 48151.67 49967.12 50548.14

3

Friction Loss , F Friction factor , f

Friction Loss , F Friction factor , f 0.458259 0.577738 0.622124 0.636676

0.02199 0.02136 0.02116 0.02110

C.5 Perhitungan Head Loss dan Friction Loss Pipa Enlargement 3

Bukaan Valve

Qrerata (ft /s)

25% 50% 75% 100%

0.006008 0.006207 0.006590 0.007661

Kecepatan, v1 (ft/s) 12.649 13.067 13.874 16.129

Kecepatan, v2 (ft/s) 2.193 2.265 2.405 2.796

Head Loss , H (inHg)

log v

log H

NRe

Friction Loss , F

Friction factor , f

0.066 0.079 0.105 0.144

0.34101 0.35513 0.38114 0.44656

-1.18266 -1.10347 -0.97854 -0.84023

28909.55 29865.29 31708.56 36863.42

2.486511 2.653636 2.991306 4.042956

0.0243 0.0241 0.0237 0.0228

Head Loss , H (inHg)

log v

log H

NRe

Friction Loss , F

Friction factor , f

5.240 5.463 5.503 5.529

-0.93989 -0.91394 -0.90929 -0.90019

0.71935 0.73747 0.74059 0.74266

1.36E+04 1.44E+04 1.46E+04 1.49E+04

0.000147 0.000092 0.000094 0.000098

0.029298 0.028864 0.028787 0.028636

C.6 Perhitungan Head Loss dan Friction Loss Pipa Contraction 3

Bukaan Valve

Qrerata (ft /s)

25% 50% 75% 100%

0.006787 0.007205 0.007283 0.007437

Kecepatan, v1 (ft/s) 2.477 2.630 2.658 2.714

Kecepatan, v2 (ft/s) 0.115 0.122 0.123 0.126