BAB IV PENGUKURAN KEHILANGAN ENERGI AKIBAT BELOKAN DAN KATUP (MINOR LOSSES) 4.1 Pendahuluan Kerugian tekan (headloss) adalah salah satu kerugian yang tidak dapat dihindari pada suatu aliran fluida yang berupa berkurangnya tekanan pada suatu aliran, sehingga menyebabkan kecepatan aliran mengecil (Anonim,2010). Dalam suatu aliran fluida dalam saluran tertutup, baik itu jenis aliran laminar maupun turbulen, pasti mengalami kerugian head. Kerugian head ini disebabkan oleh kerugian gesek didalam pipa-pipa, reduser, katup dan lain-lain. Faktorfaktor yang diperhitungkan tidak hanya kecepatan dan arah partikel, tetapi juga pengaruh kekentalan (viscosity) yang menyebabkan gaya geser antara partikelpartikel zatcair dan juga antara zat cair dan dinding batas. Gerak zat cair tidak mudah diformulasikan secara matematik, sehingga diperlukan anggapan-anggapan dan percobaan-percobaan untuk mendukung penyelesaian secara teoritis (Anonim,2010). Kehilangan energy sepanjang aliran dapat disebabkan oleh geseran atau perubahan penampang aliran oleh gangguan lokal. Dibandingkan dengan kehilangan energy akibat geseran, kehilangan energy akibat perubahan penampang atau arah aliran adalah kecil oleh karena itu disebut kehilangan energi minor (minor losses). Akan tetapi apabila kehilangan minor ini berjumlah banyak di sepanjang aliran maka akan mengakibatkan kehilangan yang berarti bagi system aliran (Anonim,2010). 4.2 Tujuan Tujuan dari praktikum pengukuran kehilangan energi akibat belokan dan katup atau minor losses yaitu 1. mengukur kehilangan head minor karena katup, belokan pipa dan perubahan diameter pipa. 2. menentukan koefisien kehilangan head pada katup, belokan dan perubahan diameter
72
4.3 Alat Yang Digunakan dan Prosedur Percobaan 4.3.1 Alat Yang Digunakan
Gambar 4.1 Losses System Piping Keterangan Gambar: 1
Globe valve
2
Gate Valve
3
Piezoemeter tube
4
Standard Elbow Bend
5
Mitre Bend
d.
Gelas ukur
4.3.2 Prosedur Percobaan 1. Nyalakan pompa dan buka kran air pada hydraulic bench. Tutup globe valve, dan buka gate valve utnuk memperoleh aliran maksimum melalui rangkaian biru gelap (dark blue circuit). 2. Catat bacaan pada piezometer tube dan u-tube. 3. Ukur laju aliran dengan mengukur waktu kenaikanmuka air pada volumetric tank. 4. Hitung debit
73
5. Ulangi prosedur di atas untuk 10 macam laju aliran yang diperoleh dengan cara menutup gate valve. 6. Catat temperatur air 7. Dengan menggunanakan g = 9,81 m/det2 dan
= V, hitunglah nilai
koefisien katup,k. 8. Tutup gate valve dan buka globe valve. Ulangi prosedur percobaan untuk jaringan pipa biru muda (light blue circuit)
4.4 Landasan Teori 4.4.1 Fluida Fluida adalah suatu zat yang bisa mengalami perubahan-perubahan bentuknya secara continue/terus-menerus bila terkena tekanan/gaya geser walaupun relatif kecil atatu bisa juga dikatakan suatu zat yang mengalir, kata fluida mencakup zat cair, gas, air, dan udara karena zat zat ini dapat mengalir. Sebaliknya batu dan benda2 keras (seluruh zat-zat padat tidak dapat dikategorikan sebagai fluida karena zat-zat tersebut tidak bisa mengalir secara continue) (Munson,etal,2003). Fluida adalah gugusan yang tersusun atas molekul2 dengan jarak pisah yang cukup besar untuk gas dan jarak pisah yang cukup kecil untuk zat cair. Molekul2 tersebut tidak dapat terikat pada suatu sisi, melainkan zat-zat tersebut saling bergerak bebas terhadap satu dengan yang lainnya(Munson,etal,2003). Fluida merupakan salah zat-zat yang bisa mengalir yang mempunyai partikel kecil sampi kasat mata dan mereka dengan mudah untuk bergerak serta berubah-ubah bentuk tanpa pemisahan massa. Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang. Fluida adalah benda yang dapat mengalami perubahan bentuk secara
terus
menerus
karena
gaya
gesek
yang
bekerja
terhadapnya.
Fluida di bagi menjadi2 bagian di antaranya adalah (Munson,etal,2003). 1. Fluidan statis (fluida yang diam) 2. Fluida dinamis (fluida yang bergerak)
74
Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser (Munson,etal,2003). Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaranputaran) (Munson,etal,2003).
4.4.2 Minor Losses Minor losses atau kerugian minor adalah kehilangan tekanan akibat geskan yang terjadi pada katup-katup karena sambungan belokan dan pada luas penampang yang tidak konstan. Pada aliran yang melewati aliran atau katup head loss minor yang terjadi dapat dihitung dengan rumus darcy-weisbach yaitu (Wihantoro,2006): Hm = k.v²/2g Dimana: Hm = head minor (m) k = koefisien krugian v = kecepatan (m/s) g = grafitasi bumi (m/s²) Kehilangan energi adalah besar tingkat kehilangan energy yang dapat mengakibatkan berkurangnya kecepatan aliran dalam saluran. Faktor-faktor yang mempengaruhi
kehilangan-kehilangan
energy
tersebut
(Wihantoro,2006): a. Tekanan b. Debit c. Efesiensi dari bagian-bagian hidraulik d. Kemampatan kerja dan efesiensi dari instalasi hidraulik e. Besarnya kecepatan hubungan dari system hidraulik
75
antara
lain
Minor losses terjadi akibat adanya beberapa faktor yaitu (Bambang, 1996): a. Kontraksi tiba-tiba atau perlahan Kontraksi tiba-tiba dapat membuat tekanan turun karena kehilangan energi akibat turbulensi dan meningkatnya kecepatan. Kehilangan energi terbesar pada ruas c-d yang vena contracta dimana kecepatan aliran tertinggi dan tekanan yang rendah. Ebergi kembali pulih ketika diruas d-e. Termasuk dalam kehilangan energi akibat kontraksi tiba-tiba adalag peralihan pipa masuk. b. Pelebaran tiba-tiba Termaasuk dalam kehilangan energ ini adalah pipa yang dihubungkan dengan reservoir. Kehilangan energi terjadi pada ruas a dan b dimana garis aliran menempel di dinding akibat terpisahnya garis aliran. Energi pulih kembai pada titik c karena aliran melemah pada titik tersebut.
c. Kehilangan energi akibat tikungan Belokkan pada pipa menghasilkan kerugian head yang lebih besar dari pada jika pipa lurus. Kerugian tersebut di akibatkan daerah-daerah aliran yang terpisah di dekat sisi dalam belokkan dan aliran sekunder yang berpusar karena tidak seimbangan gaya gaya sentripental akibat kelengkungan sumbu pipa. Kehilangan energi akibat tikungan diakibatkan meningkatnya tekanan pada bagian luar pipa dan menurun pada bagian dalam pipa. Untuk mengembalikkan tekanan dan kecepatan pada bagian dalam pipa, menyebabkan terjadinya pemisahan aliran. d. Kehilangan energi akibat katup Kehilangan tekanan yang terjadi pada sistem perpipaan atau saluran akan menghasilkan dampak yang sama, baik oleh bagian luruss dari pipa ditambah dnegan jumkah kesetaraan panjang pipa utama dari kehilangan tekan yang disebabkan oleh komponen sistem perpipaan.
76
4.5 Hasil Analisa Data 4.5.1 Data Pengamatan Tabel 4.1 Data hasil pengukuran pada sirkuit biru tua (GATE VALVE) Flowrate
Piezometer tube readings
U-Tube (mm Hg)
Tes ke Volume
waktu
(m3)
(s)
1
0.00081
2
1
2
3
4
5
6
5
700
450
580
490
900
665
170
82
0.00078
5
690
445
575
485
895
660
172
80
3
0.00074
5
685
440
570
483
894
665
174
78
4
0.00072
5
684
440
569
485
895
675
176
76
5
0.00070
5
683
439
570
484
894
674
178
74
6
0.00069
5
682
439
569
484
894
673
180
72
7
0.00067
5
682
440
568
485
895
675
182
70
8
0.00064
5
680
420
566
484
894
674
184
68
9
0.00063
5
675
415
564
482
892
672
186
66
10
0.00062
5
670
420
562
482
890
670
188
64
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
77
Gate Valve
Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Pada Sirkuit Pipa Biru Muda (GLOBE VALVE) Flowrate Tes ke
Piezometer tube readings
Volume
waktu
(m³)
(s)
11
0.00077
12
U-Tube (mm Hg)
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
5
385
400
730
280
435 280
562
408 552
385
102
135
0.00074
5
385
400
728
290
432 290
568
430 550
400
104
133
13
0.00071
5
388
398
725
285
430 488
566
428 549
416
129
131
14
0.00069
5
388
398
726
285
425 360
565
426 545
420
106
129
15
0.00064
5
386
396
725
284
424 359
569
424 544
420
108
127
16
0.00057
5
365
395
724
340
425 365
570
425 444
430
200
125
17
0.00055
5
364
394
722
339
424 364
569
424 442
432
202
123
18
0.00049
5
380
400
422
335
440 378
570
430 545
435
204
121
19
0.00048
5
378
395
420
332
438 375
565
429 544
434
206
119
20
0.00046
5
376
394
420
430
438 375
564
428 543
432
208
117
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
78
Globe Valve
Tabel 4.3 Perubahan tekanan pada Gate Valve Aliran Tes ke
Bacaan U-Tube Q (m3/detik)
Volume
waktu
(m³)
(s)
1
0.00081
5
0.000162
2
0.00078
5
3
0.00074
4
v
Hg (m (mm Hg)
(m/detik)
(m Hg)
Hg)
Kg
kiri
kanan
kiri
kanan
1.117
170
115
0.170
0.115
0.055
0.864
0.000156
1.076
172
113
0.172
0.113
0.059
0.999
5
0.000148
1.021
174
111
0.174
0.111
0.063
1.185
0.00072
5
0.000144
0.993
176
109
0.176
0.109
0.067
1.332
5
0.00070
5
0.00014
0.966
178
107
0.178
0.107
0.071
1.493
6
0.00069
5
0.000138
0.952
180
105
0.180
0.105
0.075
1.623
7
0.00067
5
0.000134
0.924
182
103
0.182
0.103
0.079
1.813
8
0.00064
5
0.000128
0.883
184
101
0.184
0.101
0.083
2.088
9
0.00063
5
0.000126
0.869
186
99
0.186
0.099
0.087
2.258
10
0.00062
5
0.000124
0.855
188
97
0.188
0.097
0.091
2.439
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
79
Tabel 4.4 Perubahan tekanan pada Gate valve Aliran
Bacaan tabung Piezometer
Tes ke
Q Volume (m³)
v
Standart elbow bend (SEB)
Hb (m H₂O)
90⁰ mitre bend (MB)
waktu (m3/detik) (m/detik) (s)
KB
(mm H₂O)
(m H₂O)
(mm H₂O)
(m H₂O)
1
2
1
2
5
6
5
SEB
MB
SEB
MB
6
1
0.00081
5
0.000162
1.117
700
450
0.700
0.45
900
665
0.9
2
0.00078
5
0.000156
1.076
690
445
0.69
0.445
895
660
0.895
3
0.00074
5
0.000148
1.021
685
440
0.685
0.440
894
665
0.894 0.665 0.245 0.229 4.609 4.308
4
0.00072
5
0.000144
0.993
684
440
0.684
0.44
895
675
0.895 0.675 0.244
5
0.00070
5
0.00014
0.966
683
439
0.683
0.439
894
674
0.894 0.674 0.244 0.220 5.130 4.626
6
0.00069
5
0.000138
0.952
682
439
0.682
0.439
894
673
0.894 0.673 0.243 0.221 5.258 4.782
7
0.00067
5
0.000134
0.924
682
440
0.682
0.44
895
675
0.895 0.675 0.242 0.220 5.554 5.049
8
0.00064
5
0.000128
0.883
680
420
0.68
0.42
894
674
0.894 0.674 0.260 0.220 6.540 5.533
9
0.00063
5
0.000126
0.869
675
415
0.675
0.415
892
672
0.892 0.672 0.260 0.220 6.749 5.710
10
0.00062
5
0.000124
0.855
670
420
0.67
0.42
890
670
0.89
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
80
0.665 0.250 0.235 3.926 3.690 0.66
0.67
0.245 0.235 4.149 3.979
0.22
4.849 4.372
0.250 0.220 6.700 5.896
Tabel 4.5 Perubahan tekanan pada pipa lurus Aliran
Bacaan tabung Piezometer
Tes ke
Q Volume
waktu
(m³)
(s)
v
(m3/detik) (m/detik)
(mm H₂O)
(m H₂O)
3
4
3
4
hl (m H₂O)
f
Re
Log Re
1
0.00081
5
0.000162
1.117
580
490
0.580
0.490
0.090
0.0328
9496.552
3.978
2
0.00078
5
0.000156
1.076
575
485
0.575
0.485
0.090
0.0304
9144.828
3.961
3
0.00074
5
0.000148
1.021
570
483
0.570
0.483
0.087
0.0264
8675.862
3.938
4
0.00072
5
0.000144
0.993
569
485
0.569
0.485
0.084
0.0242
8441.379
3.926
5
0.00070
5
0.00014
0.966
570
484
0.57
0.484
0.086
0.0234
8206.897
3.914
6
0.00069
5
0.000138
0.952
569
484
0.569
0.484
0.085
0.0225
8089.655
3.908
7
0.00067
5
0.000134
0.924
568
485
0.568
0.485
0.083
0.0207
7855.172
3.895
8
0.00064
5
0.000128
0.883
566
484
0.566
0.484
0.082
0.0186
7503.448
3.875
9
0.00063
5
0.000126
0.869
564
482
0.564
0.482
0.082
0.0181
7386.207
3.868
10
0.00062
5
0.000124
0.855
562
482
0.562
0.482
0.080
0.0171
7268.966
3.861
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
81
Q vs HL 0.092 0.090 0.088 0.086 0.084 0.082 0.080 0.078 0
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
Gambar 4.2 Hubungan antara debit dan perubahan tekanan pada pipa lurus
log Re vs f 0.0350 0.0300 0.0250 0.0200 0.0150 0.0100 0.0050 0.0000 0
2000
4000
6000
8000
10000
Gambar 4.3 Hubungan antara Log Re dan koefisien gesekan pada pipa lurus
82
Tabel 4.6 Perubahan tekanan pada Globe valve Aliran Tes ke
Bacaan U-Tube Q (m3/detik)
Volume
waktu
(m³)
(s)
11
0.00077
5
0.000154
12
0.00074
5
13
0.00071
14
v
Hg (m (mm Hg)
(m/detik)
(m Hg)
Hg)
Kg
kiri
kanan
Kiri
kanan
0.286
102
135
0.102
0.135
0.03
7.894
0.000148
0.275
104
133
0.104
0.133
0.03
7.511
5
0.000142
0.264
129
131
0.129
0.131
0.00
0.563
0.00069
5
0.000138
0.257
106
129
0.106
0.129
0.02
6.852
15
0.00064
5
0.000128
0.238
108
127
0.108
0.127
0.02
6.579
16
0.00057
5
0.000114
0.212
200
125
0.200
0.125
0.08
32.740
17
0.00055
5
0.00011
0.204
202
123
0.202
0.123
0.08
37.039
18
0.00049
5
0.000098
0.182
204
121
0.204
0.121
0.08
49.028
19
0.00048
5
0.000096
0.178
206
119
0.206
0.119
0.09
53.555
20
0.00046
5
0.000092
0.171
208
117
0.208
0.117
0.09
60.994
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
83
Tabel 4.7 Perubahan tekanan pada ekspansi tiba-tiba Aliran Tes ke
Bacaan tabung Piezometer Q
Volume
waktu
(m³)
(s)
v
(m3/detik) (m/detik)
(mm H₂O)
(m H₂O)
7
8
7
8
hl pengukuran
hl hitungan
11
0.00077
5
0.000154
0.286
385
400
0.385
0.400
0.015
0.093
12
0.00074
5
0.000148
0.275
385
400
0.385
0.4
0.015
0.086
13
0.00071
5
0.000142
0.264
388
398
0.388
0.398
0.010
0.079
14
0.00069
5
0.000138
0.257
388
398
0.388
0.398
0.010
0.075
15
0.00064
5
0.000128
0.238
386
396
0.386
0.396
0.010
0.064
16
0.00057
5
0.000114
0.212
365
395
0.365
0.395
0.030
0.051
17
0.00055
5
0.00011
0.204
364
394
0.364
0.394
0.030
0.047
18
0.00049
5
0.000098
0.182
380
400
0.38
0.400
0.020
0.038
19
0.00048
5
0.000096
0.178
378
395
0.378
0.395
0.017
0.036
20
0.00046
5
0.000092
0.171
376
394
0.376
0.394
0.018
0.033
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
84
Q vs Hl pengukuran 0.000 0.005 0
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035
Gambar 4.4 Hubungan antara debit dan tekanan perubahan pada ekspansi tiba-tiba
Q vs Hl perhitungan 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 0
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
Gambar 4.5 Hubungan antara debit dan tekanan perubahan pada ekspansi tiba-tiba
85
Tabel 4.8 Perubahan tekanan pada kontraksi Aliran Tes ke
Bacaan tabung Piezometer
Volume
waktu
(m³)
(s)
Q
v
(m3/detik)
(m/detik)
hl (mm H₂O)
pengukuran
(m H₂O)
730
280
9
10
hl hitungan
11
0.00077
5
0.000154
0.286
728
290
0.728
0.290
0.438
0.093
12
0.00074
5
0.000148
0.275
725
285
0.725
0.285
0.440
0.086
13
0.00071
5
0.000142
0.264
726
285
0.726
0.285
0.441
0.079
14
0.00069
5
0.000138
0.257
725
284
0.725
0.284
0.441
0.075
15
0.00064
5
0.000128
0.238
724
340
0.724
0.34
0.384
0.064
16
0.00057
5
0.000114
0.212
722
339
0.722
0.339
0.383
0.051
17
0.00055
5
0.00011
0.204
422
335
0.422
0.335
0.087
0.047
18
0.00049
5
0.000098
0.182
420
332
0.420
0.332
0.088
0.038
19
0.00048
5
0.000096
0.178
420
430
0.42
0.430
-0.010
0.036
20
0.00046
5
0.000092
0.171
720
600
0.72
0.600
0.12
0.033
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
86
Q vs Hl pengukuran 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
-0.1
Gambar 4.6 Hubungan antara debit dan tekanan perubahan pada kontraksi tiba-tiba
Q vs Hl perhitungan 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 0
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
Gambar 4.7 Hubungan antara debit dan tekanan perubahan pada kontraksi tiba-tiba
87
Tabel 4.9 Perubahan tekanan pada belokan dengan R = 50 mm Aliran Tes ke
Bacaan tabung Piezometer
Volume
waktu
(m³)
(s)
Q
v
(m3/detik)
(m/detik)
(mm H₂O)
(m H₂O)
552
385
15
16
hB (m H₂O)
kB
11
0.00077
5
0.000154
0.286
550
400
0.550
0.400
0.150
35.881
12
0.00074
5
0.000148
0.275
549
416
0.549
0.416
0.133
34.447
13
0.00071
5
0.000142
0.264
545
420
0.545
0.420
0.125
35.169
14
0.00069
5
0.000138
0.257
544
420
0.544
0.420
0.124
36.939
15
0.00064
5
0.000128
0.238
444
430
0.444
0.43
0.014
4.848
16
0.00057
5
0.000114
0.212
442
432
0.442
0.432
0.01
4.365
17
0.00055
5
0.00011
0.204
545
435
0.545
0.435
0.110
51.574
18
0.00049
5
0.000098
0.182
544
434
0.544
0.434
0.11
64.977
19
0.00048
5
0.000096
0.178
543
432
0.543
0.432
0.111
68.328
20
0.00046
5
0.000092
0.171
543
432
0.543
0.432
0.111
74.399
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
88
Tabel 4.10 Perubahan tekanan belokan dengan R = 100 mm Aliran
Bacaan tabung Piezometer
Tes ke
Q (m3/detik) Volume (m³)
hB (m
v (m/detik)
(mm H₂O)
waktu (s)
H₂O)
(m H₂O)
11
12
11
12
kB
11
0.00077
5
0.000154
0.286
435
280
0.435
0.28
0.16
37.08
12
0.00074
5
0.000148
0.275
432
290
0.432
0.290
0.14
36.78
13
0.00071
5
0.000142
0.264
430
488
0.43
0.488
0.06
16.32
14
0.00069
5
0.000138
0.257
425
360
0.425
0.360
0.07
19.36
15
0.00064
5
0.000128
0.238
424
359
0.424
0.359
0.07
22.51
16
0.00057
5
0.000114
0.212
425
365
0.425
0.365
0.06
26.19
17
0.00055
5
0.00011
0.204
424
364
0.424
0.364
0.06
28.13
18
0.00049
5
0.000098
0.182
440
378
0.44
0.378
0.06
36.62
19
0.00048
5
0.000096
0.178
438
375
0.438
0.375
0.06
38.78
20
0.00046
5
0.000092
0.171
438
375
0.438
0.375
0.06
42.23
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
89
Tabel 4.11 Perubahan tekanan belokan dengan R = 150 Aliran Tes ke
Bacaan tabung Piezometer Q (m3/detik)
Volume
waktu
(m³)
(s)
v (m/detik)
(mm H₂O)
(m H₂O)
13
14
13
14
hB (m H₂O)
kB
11
0.00077
5
0.000154
0.286
290
150
0.290
0.150
0.140
33.489
12
0.00074
5
0.000148
0.275
295
210
0.295
0.210
0.085
22.015
13
0.00071
5
0.000142
0.264
300
235
0.30
0.235
0.065
18.288
14
0.00069
5
0.000138
0.257
305
255
0.305
0.255
0.050
14.895
15
0.00064
5
0.000128
0.238
300
260
0.300
0.260
0.040
13.850
16
0.00057
5
0.000114
0.212
305
285
0.305
0.285
0.020
8.731
17
0.00055
5
0.00011
0.204
310
300
0.310
0.300
0.010
4.689
18
0.00049
5
0.000098
0.182
370
335
0.370
0.335
0.035
20.675
19
0.00048
5
0.000096
0.178
375
330
0.375
0.330
0.045
27.701
20
0.00046
5
0.000092
0.171
380
325
0.380
0.325
0.055
36.864
Sumber : Data pengamatan 2013 Keterangan: *1 Katup dibuka Penuh
90
Tabel 4.12 Nilai hb dan KB untuk berbagai jari-jari belokan Jari-jari belokan
hb rata-rata Kb rata-rata
m H₂O
50 mm
100mm
150 mm
0.100
0.068
0.055
41.093
27.136
20.120
Sumber : Data pengamatan 2013
91
4.5.2 Analisis perhitungan a. PerubahanTekanan pada Gate Valve hG
=
selisih bacaan U tube
Q
=
Volume / waktu
V
=
Volume / Apipa
KG
=
(2 .hG. g)/V2
Analisa perhitungan perubahan tekanan pada gate valve Diketahui : volume (m)
= 0.00081 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 13,6 mm2
r
= 6,8 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (6,8)2 = 0,000145 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hG….? KG ....? Jawab : Q
=v/s = 0.00081m3 / 5 detik = 0,000162 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,000162m3/detik / 0,000145m2 = 1,117m/detik
hG
= selisih bacaan U-tube = (0,170 m - 0,082 m) = 0,088mHg
KG
= (2 . hG . g)/V2 92
= (2 . 0,088mHg . 9,81m/s)/1,1172m/s = 1,383 b. Perubahan Tekanan Pada Belokkan (Standart Elbow Bend And 900Mitre Bend) hB
= selisih bacaan tabung piezometer
Q
= Volume/waktu
V
= Q/Apipa
KB
= (2. hG. G) / V2
Analisa perhitungan pada belokan (standart elbow bend dan 900 mitre bend) Diketahui : volume (m)
= 0.00081 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 13,6 mm2
r
= 6,8 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (6,8)2 = 0,000145 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hB….? KB ....?
Jawab : Q
=v/s = 0.00081m3 / 5 detik = 0,000162 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,000162/ 0,000145 = 1,117 m/detik
93
hBSEB
= (selisih bacaan tabung piezometer) = 0,700 - 0,450 = 0,250 m H2O
hB MB
= (selisih bacaan tabung piezometer) = 0,900 - 0,665 = 0,235 mH2O
KB SEB
= (2 . hB . g)/V2 = (2 .0,250. 9,81) / 1,1172 = 3,926
KB MB
= (2 . hB . g)/V2 = (2 . 0,235. 9,81)/1,1172 = 3,690
c. Perubahan Tekanan Pada Pipa Lurus hL
= selisih bacaan tabung piezometer
Q
= volume / waktu
V
= Q / Apipa
f
= (hL . g . D)/(2 .L . V2)
Re
= (V.D) / 0,0000008
Analisa perhitungan pada pipa lurus Diketahui: volume (m)
= 0.00081m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 13,6 mm2
r
= 6,8 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (6,8)2 = 0,000145 m2
Ditanya: 94
Q …..? V …..? hL….? f …..? Re ….? Log Re ….? Jawab Q
: =v/s = 0.00081m3 / 5 detik = 0,000162 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,000162 / 0,000145 = 1,117 m/detik
hL
= (selisihbacaantabung piezometer) = 0,580 m – 0,490 m =0,090
f
= ( 2.hL.g.D ) / ( 0,194 .V2 ) = ( 2.0,090.9,81. 0,136 ) / (0,914. 1,1172 ) = 0,0328
Re
= (V.D) / 0,0000008 = (1,117 . 0,0068) / 0,0000008 = 3,961
Log Re = 3,978
d. Perubahan Tekanan Pada Golbe Valve hG
=
selisih bacaan U tube
Q
=
Volume / waktu 95
V
=
Volume / Apipa
KG
=
(2 .hG. g)/V2
Analisa perhitungan pada globe valve Diketahui: volume (m)
= 0,00081 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 26,2 mm2
r
= 13,1 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (13,1)2 = 0,000538 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hG….? KG ....? Jawab: Q
=v/s = 0,00077 m3 / 5 detik = 0,000154 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,000154 / 0,000538 = 0,286 m/detik
hG
= (selisih bacaan U-tube) = (0,102-0,135) = 0,03mHg
KG
= (2 . hG . g)/V2 = (2 . 0,03. 9,81)/0,2862 96
= 7,894
e. PerubahanTekanan Pada Ekspansi Tiba-Tiba Dan Kontraksi
Ekspansi tiba-tiba Analisa perhitungan pada tekanan ekspansi tiba-tiba
Diketahui: volume (m)
= 0,00077 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 26,2 mm2
r
= 13,1 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (13,1)2 = 0,000538 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hLpengukuran….? hLhitungan ....? Jawab : Q
=v/s = 0,00077 m3 / 5 detik = 0,000154 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,00077 / 0,000538 = 0,286 m/detik
97
hLpenngukuran
= (sellisih bacaan tabung piezometer 7 & 8 ) = (0,385 – 0,400 ) = 0,015 m H2O
hLhitungan
= (1 - A1/A2)2 . V12/(2 . g) = (1 – 13,6 / 26,2)2 . 0,2862/(2 . 9,81) = 0,093 m H2O
kontraksitiba-tiba Analisa perhitungan pada tekanan kontraksi tiba-tiba
Diketahui: volume (m)
= 0,00077 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 26,2 mm2
r
= 13,1 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (13,1)2 = 0,000538 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hLpengukuran….? hLhitungan ....? Jawab: Q
=v/s = 0,00077 m3 / 5 detik = 0,000154 m3/detik
98
V
= Q/Apipa = 0,00077 / 0,000538 = 0,286 m/detik
hLpenngukuran
= (sellisih bacaan tabung piezometer 9 & 10 ) = (0,728 – 0,290 ) = 0,438 m H2O
hLhitungan
= (1 - A1/A2)2 . V12/(2 . g) = (1 – 13,6 / 26,2)2 . 0,2862/(2 . 9,81) = 0,093 m H2O
f. PerubahanTekanan pada Belokan dengan Berbagai Jari-Jari
Perubahan tekanan pada belokan dengan R = 50 mm
Diketahui: volume (m)
= 0,00077 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 26,2 mm2
r
= 13,1 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (13,1)2 = 0,000538 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hB….? KB ....?
Jawab :
99
Q
=v/s = 0,00077 m3 / 5 detik = 0,000154 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,000154 / 0,000538 = 0,286 m/detik
HB
= (selisih bacaan tabung piezometer 15& 16 ) = 0,550 – 0,400 = 0,150 mH2O
KB
= ( 2 . hB . 9,81 )/ V2 = ( 2 . 0,150 . 9,81 )/ 0,2862 = 35,881
Perubahan tekanan pada belokan dengan R = 100 mm
Diketahui: volume (m)
= 0,00077 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 26,2 mm2
r
= 13,1 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (13,1)2 = 0,000538 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hB….? KB ....?
100
Jawab : Q
=v/s = 0,00077 m3 / 5 detik = 0,000154 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,000154 / 0,000538 = 0,286 m/detik
HB
= (selisih bacaan tabung piezometer 12 & 11 ) = 0,435 – 0,280 = 0,160 mH2O
KB
= ( 2 . hB . 9,81 )/ V2 = ( 2 . 0,160 . 9,81 )/ 0,2862 = 37,08
Perubahan tekanan pada belokan dengan R = 150 mm
Diketahui: volume (m)
= 0,00077 m3
Waktu (s)
= 5 detik
D pipakecil
= 26,2 mm2
r
= 13,1 mm2
A pipakeci l
= = 3,14. (13,1)2 = 0,000538 m2
Ditanya: Q …..? V …..? hB….?
101
KB ....?
Jawab : Q
=v/s = 0,00077 m3 / 5 detik = 0,000154 m3/detik
V
= Q/Apipa = 0,000154 / 0,000538 = 0,286 m/detik
HB
= (selisih bacaan tabung piezometer 13 & 14 ) = 0,290 – 0,150 = 0,140 mH2O
KB
= ( 2 . hB . 9,81 )/ V2 = ( 2 . 0,140 . 9,81 )/ 0,2862 = 33,489
g. Nilaihbdan k buntuk berbagai jari-jari belokan Hb rata-rata 50 mm
= 0,100
Hb rata-rata 100 mm
= 0,068
Hb rata-rata 150 mm
= 0,055
Kb rata-rata 50 mm
= 41,093
Kb rata-rata 100 mm
= 27,136
Kb rata-rata 150 mm
= 20,120
102
4.6 Pembahasan Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui kehilangan energy (head loss) yang terjadi karena katup, belokan, dan perubahan diameter pipa. Globe valve harus ditutup agar dapat memperoleh aliran maksimummelalui rangkaian biru gelap ( dark blue circuit), kemudian diperoleh bacaan pada piezometer tube dan U-tube pada saat praktikum gate valve. Kemudian,untuk melihat kenaikan muka air pada volumetric tank, laju aliran dapat diukur dengan menentukan waktu dalam 5 detik. Prosedur percobaan yang sama juga dilakukan untuk globe valve agar mendapatkan aliran maksimum melalui rangkaian biru terang ( dark blue circuit). Perubahan tekanan pada praktikum ini dibedakan menjadi 4 bagian yaitu: perubahan pada pipa lurus, perubahan tekanan akibat perubahan tiba-tiba pada luas aliran pipa (karena kontraksi mendadak dan ekspansi),perubahan tekanan pada tikungan pipa, dan perubahan tekanan pada katup. Pada percobaan ini menggunakan dua katup, yaitu gate valve dan globe valve. Kehilanagan tekanan pada gate valve cenderung lebih kecil dibandingkan dengan globe valve. Hal ini disebabkan besarnya diameter. Pada katup gerbang (gate valve) diameternya bukan di tempat lewat fluida hampir sama dengan pipa, dan aliran pun tidak mengalami perubahan sehingga katup gerbang yang terbuka lebar hanya menyebabkan penurunan takan yang kecil. Berdasarkan analisa perhitungan, semakin kecil nilai debit, kecepatan aliran dan volume maka semakin besar tekanan pada katup. Hal ini menunjukan bahwa debit, kecepatan aliran, volume berbanding terbalik dengan koefisien kehilangan tekanan. Pada saat debit memasuki gate valve, nilai yang didapat adalah 0.000162 m³/detik dan kecepatan aliran sebesar 1.117 m/detik yang menyebabkan beda ketinggian pada U-tube raksa sebesar 0.055 m Hg. hal ini menyebabkan kerugian yang dinyatakan dalam koefisien kerugian sebesar 0.864. Nilai koefisen bertambah tinggi pada saat bukaan katup diperkecil, oleh sebab itu meningkatnya tekanan yang dihasilkann oleh
103
bukaan katup dan menyebabkan besarnya kehilangan energi. Katup terbuka penuh, tidak terdapat tahanan aliran fluida dapat mengalir. Perubahan tekanan pada belokan yang bervariasi mempengaruhi kehilangan energi dalam pipa. Percobaan dilakukan pada satandard elbow bend, dan 900 mitre bend. Pada standart elbow bend dan 900 mitre bend debit yang melalui katup sebesar 0.000162 m³/detik. Di sebabkan adanya belokan, beda tinggi pipa 1 dan 2 sebesar 0.250 m, hal ini menyebabkan nilai koefisien kehilangan sebesar 3.926, hal tersebut tidak terlalu berpengaruh besar pada belokan 900 mitre bend dengan debit dan volume yang sama, menyebabkan beda ketinggian air pada pipa 5 dan 6 sebesar 0.235 m, menyebabkan koefisien kerugian sebesar 3.690. Hasil yang didapat lebih besar daripada kehilangan yang diakibatkan oleh standart elbow bend. Hasil percobaan dapat dinyatakan sesuai karena head loss yang terjadi pada 900 mitre bend memiliki nilai lebih besar dibandingkan head loss pada standart elbow, hal ini disebabkan pada tikungan 900 mitre bend tidak memiliki jari-jari kelengkungan (R=0) sehingga aliran air akan menabrak tikungan yang tajam dan menyebabkan kehilangan tekanan yang lebih besar. Pada pipa lurus terjadi kehilangan tinggi tekanan, dengan volume dan debit yang sama. Kehilangan tekanan disebabkan oleh panjang pipa sebesar 0,914 m, dengan diameter pipa kecil sebesar 0,000145 m. Pada pipa 3 dan 4 terjadi beda ketinggian atau kehilangan energi sebesar 0.090, menghasilkan nilai Reynold pada pipa lurus sebesar 9496.552. bilangan Reynolds tidak terlalu besar sehingga aliran melalui komponen tersebut dapat dikatakan aliran transisi. Sebenarnya aliran yang melalui komponen tersebut adalah turbulen Hal ini terjadi karena perlambatan dan percepatan yang relatif besar yang dialami oleh air pada saat mengalir sepanjang suatu intasan pada bidang yang agak melengkung. Perubahan tekanan juga terjadi pada belokan dengan berbagai jari-jari belokan dengan debit dan volume yang sama, debit bernilai 0.000154 m3/detik dan volume 0.286m/detik. Pada belokan dengan diameter 50 mm, dengan beda tinggi pada
piezometer adalah 0,150 m pada pipa 15 dan 16. Dan koefisien kehilangan sebesar 35.881. Pada pipa dengan diameter 100 mm, dengan beda tinggi pada piezometer
104
adalah 0,160 m pada pipa 11 dan 12. Dan koefisien kehilangan sebesar 37.08. Pada pipa dengan diameter 150 mm, dengan beda tinggi pada piezometer 0,140 m dan hasil koefisien kehilangan adalah 33.489. jika suatu pipa diameternya semakin besar maka kehilangan tinggi tekan (hL) semakin kecil akan kecil, begitu sebaliknya jika diameter suatu pipa kecil maka kehilangan tinggi tekannya (hL) akan besar. Hal ini dibuktikan dari hasil percobaan perubahan tekanan yang didapat pada belokan dengan berbagai jari-jari seperti jari-jari 50 mm, 100 mm, dan 150 mm. Semakin besar diameter pipa maka hL yang dihasilkan kecil, sedangkan pipa dengan diameter kecil maka hL akan bertambah besar, hal ini dikarenakan ruangan yang sempit dan gesekan yang terjadi pada pipa.
4.7 Kesimpulan Adapun kesimpulan dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. kehilangan yang diakibatkan oleh standart elbow bend. Hasil percobaan dapat dinyatakan sesuai karena head loss yang terjadi pada 900 mitre bend memiliki nilai lebih besar dibandingkan head loss pada standart elbow, hal ini disebabkan pada tikungan 900 mitre bend tidak memiliki jari-jari kelengkungan (R=0) sehingga aliran air akan menabrak tikungan yang tajam dan menyebabkan kehilangan tekanan yang lebih besar. 2. Pada pipa 3 dan 4 terjadi beda ketinggian atau kehilangan energi sebesar 0.090, menghasilkan nilai Reynold pada pipa lurus sebesar 9496.552. bilangan Reynolds tidak terlalu besar sehingga aliran melalui komponen tersebut dapat dikatakan aliran transisi. Sebenarnya aliran yang melalui komponen tersebut adalah turbulen Hal ini terjadi karena perlambatan dan percepatan yang relatif besar yang dialami oleh air pada saat mengalir sepanjang suatu intasan pada bidang yang agak melengkung.
105
3. Semakin besar diameter pipa maka hL yang dihasilkan kecil, sedangkan pipa
dengan diameter kecil maka hL akan bertambah besar, hal ini dikarenakan ruangan yang sempit dan gesekan yang terjadi pada pipa. Hal ini dibuktikan dari hasil percobaan perubahan tekanan yang didapat pada belokan dengan berbagai jari-jari seperti jari-jari 50 mm, 100 mm, dan 150 mm.
106
