Energy losses in pipe_Kelompok 10_Shift 2 [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMA 1 (STK4227)



PERCOBAAN 7 ENERGY LOSSES IN PIPE



DOSEN PEMBIMBING: RIANI AYU LESTARI, ST., M.Eng



DISUSUN OLEH: KELOMPOK X (SEPULUH) RAYHAN MAHESWARA R.



(2010814210020)



BELLA FEBRIANTY PUTRI S.



(2010814220021)



AHMAD RAIHAN FIRDAUS



(2010814310002)



PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARBARU



2022



ABSTRAK Energy losses in pipe adalah kerugian energi yang diakibatkan oleh suatu friksi dalam aliran melalui pipa, saat aliran fluida mengalir pada sebuah pipa tertentu akan menyebabkan kehilangan energi (headloss) Tujuan percobaan ini adalah mempelajari headloss yang ditimbulkan oleh friksi dalam aliran air melalui pipa serta menentukan friction factor yang terjadi pada kecepatan aliran tertentu dan pada kedua jenis aliran, laminar dan turbulen. Percobaan dilakukan pada kecepatan alir rendah dan kecepatan alir tinggi. Prosedur dimulai dengan Setting-Up Alat, pengambilan data percobaan dengan kondisi flow control valve bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 untuk kecepatan alir rendah dan kondisi flow control valve bukaan1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4. Serta membaca headloss yang ditunjukkan oleh manometer. Dari percobaan ini didapat nilai headloss terhadap velocity berbanding lurus dan Reynolds Number berbanding terbalik terhadap friction factor. Berdasarkan perhitungan didapat friction factor pada aliran tinggi bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 dengan nilai headloss pada percobaan kecepatan aliran rendah sebesar 0,0522m; 0,0866m; 0,1031m dan 0,1279m, sedangkan nilai headloss pada percobaan kecepatan aliran tinggi sebesar 0,1503 m; 0,1789m; 0,2111m dan 0,2743m. Semakin besar laju kecepatan alir maka headloss yang dihasilkan akan besar. Nilai friction factor masing-masing pada kecepatan tinggi adalah 0,018m; 0,015m; 0,013m dan 0,010m. Sedangkan pada kecepatan aliran rendah adalah 0,056m; 0,033m; 0,028m dan 0,023m. Semakin besar nilai Reynolds Number maka friction factor yang dihasilkan akan semakin kecil. Kata kunci: headloss, friction factor, velocity, reynolds number, fluida



VII-i



PERCOBAAN 7 ENERGY LOSSES IN PIPE



7.1



PENDAHULUAN



7.1.1 Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah mempelajari headloss yang ditimbulkan oleh friksi dalam aliran air melalui pipa serta menentukan friction factor yang terjadi pada kecepatan aliran tertentu dan pada kedua jenis aliran, laminar dan turbulen. 7.1.2 Latar Belakang Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang digunakan untuk mengalirkan fluida dengan penampang aliran penuh titik fluida yang dialirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Karena mempunyai kemampuan bebas, maka fluida yang dialirkan adalah zat cair. Tekanan di permukaan zat cair di sepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer (Ramadan dan Suryadi, 2016). Headlloss adalah satuan panjang (meter) yang setara dengan satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan berat fluida. Perhitungan headloss didasarkan pada hasil percobaan dan analisa dimensi. Penurunan tekanan untuk aliran turbulen adalah fungsi dari reynold, perbandingan panjang dan diameter pipa (L/D) setara kekasaran relatif (Re/D) (Lubis, 2019). Aplikasi percobaan energy losses in pipe dalam bidang industri antara lain pada perancangan sistem perpipaan pada pabrik. Salah satunya dengan sistem perpipaan yang digunakan untuk pendistribusian air bersih dari PDAM untuk masyarakat (Maulana dan Cahyani, 2018). Oleh karena itu, percobaan ini penting dilakukan agar praktikan dapat menentukan friction factor dalam air melalui pipa di kehidupan sehari-hari.



VII-1



7.2



DASAR TEORI Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang



digunakan untuk mengalirkan fluida dengan penampang aliran penuh titik fluida yang dialirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Karena mempunyai permukaan bebas, maka volume yang dialirkan adalah zat cair. Tekanan di permukaan zat cair di sepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer. Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan aliran pada saluran pipa tertutup adalah adanya permukaan yang bebas yang (hampir selalu) berupa udara pada saluran terbuka. Aliran fluida yang ada di dalam saluran pipa tertutup, baik itu jenis aliran laminer maupun turbulen pasti mengalami kerugian head (headloss). Kerugian head ini disebabkan oleh kerugian gesek didalam pipa-pipa, reduser, katup dan lain-lain. Faktor-faktor yang diperhitungkan tidak hanya kecepatan dan arah partikel, tetapi juga pengaruh kekentalan dalam (viscosity) yang menyebabkan gaya gesek antara partikel-partikel zat cair dan dinding permukaan pipa (Ramadan dan Suryadi, 2016). Aliran pada fluida berbeda dengan zat padat, Hal tersebut dikarenakan kemampuannya untuk mengalir. Fluida lebih mudah untuk mengalir karena ikatan molekul pada fluida lebih kecil dibandingkan dengan ikatan molekul pada zat padat, akibatnya fluida mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk gesekan. Beberapa jenis aliran sangat terpengaruh oleh bilangan reynolds. Bilangan real adalah bilangan tidak berdimensi yang penting digunakan untuk penelitian aliran fluida pada pipa Adapun persamaan bilangan reynolds untuk aliran dalam pipa adalah sebagai berikut (Lubis, 2019):



Re



VDρ μ



… (7.1)



Berdasarkan kondisinya terhadap waktu, aliran fluida dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:



VII-2



VII-3



a. Aliran steady Suatu aliran dimana kecepatannya tidak terpengaruh oleh perubahan waktu sehingga kecepatan konstan pada setiap titik (tidak mempunyai percepatan). b. Aliran Transient Suatu aliran dimana terjadi perubahan kecepatan terhadap waktu titik berdasarkan pola alirannya, aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu: a. Aliran laminar Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan atau lamina-lamina dengan satu lapisan meluncur secara perlahan. Aliran laminer ini mempunyai nilai bilangan reynolds nya kurang dari 2300 b. Aliran Turbulen Aliran di mana pergerakan dari partikel-partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami pencampuran serta putaran partikel antar lapisan. Nilai bilangan Re > 4000 c. Aliran Transisi Merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen, nilai bilangan reynolds 2300 < Re < 4000. Dalam desain perpipaan salah satu pertimbangan utama adalah headloss. Dua jenis kerugian head biasanya dipertimbangkan yaitu hardloss karena gesekan (H) antara dinding pipa dan air yang mengalir dan headloss karena gangguan (Hm) yang disebabkan oleh benda asing, perubahan ukuran, arah aliran dan lainlain, serta perlengkapan di dalam pipa. Kerugian head ini mempengaruhi pemilihan ukuran dan jenis pipa serta keekonomisan jaringan pipa. Besarnya headloss tergantung pada kekasaran permukaan dinding Viva, laju aliran, ukuran dan panjang pipa, serta jenis fitting dan perubahannya. Memilih pipa kecil menghasilkan biaya awal yang rendah, tetapi biaya operasional mungkin berlebihan karena biaya energi yang tinggi dan kerugian head iyang tinggi. Ada banyak metode untuk menghitung kerugian gesekan salah satunya dengan persamaan Darry-Weisbach



VII-4



Hf =f



LV2 D2 g



... (7.2)



Keterangan : Hf : Kerugian head akibat gesekan atay gangguan (ft) f = Faktor gesekan L = Panjang pipa (ft) D = Dimensi pipa (ft) Persamaan 7.2 menunjukkan bahwa kerugian gesekan meningkat seiring dengan meningkatnya gaya gesek pipa yang melawan aliran, panjang pipa atau Kecepatan aliran. Faktor gesekan pipa (f) tergantung pada bilangan Reynold (Re) aliran dan kekasaran bagian dalam pipa (Yoo dan Boyd, 1994). Istilah headloss muncul sejak awal percobaan-percobaan hidrolika abad ke-19, yang sama dengan energi per satuan berat fluida. Arti headloss adalah satuan panjang (meter) yang setara dengan satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan berat fluida sebagai atau setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian. Perhitungan headloss didasarkan pada hasil percobaan dan analisa dimensi titik penurunan tekanan untuk turbulen adalah fungsi dari Reynold, perbandingan panjang dengan diameter pada pipa (L/D) serta kekasaran relatif (Re/D). Kerugian energi (headloss) bergantung pada beberapa faktor berikut (Lubis, 2019): 1. Bentuk, ukuran dan kekasaran saluran 2. Kecepatan fluida 3. Kekentalan/viskositas 4. Tapi sama sekali tidak terpengaruh oleh tekanan absolut (pab) dari fluida. Menurut pergerakan dinamis dari aliran viskos yang mana dengan kecepatan V dan diameter d. Dua parameter yang paling penting untuk fluida meliputi densitas dan viskositas. Semua unsur parameter tersebut (V, D, ρ , μ)



VII-5



dapat dikombinasikan dalam satu persamaan tak berdimensi yang disebut sebagai bilangan reynold atau reynolds number (Re) yang dituliskan: Re =



ρ .V . D V . D = μ v



…



(7.3) dimana v = μ/ ρ merupakan suatu rasio yang disebut viskositas kinematik. Bilangan reynolds merupakan parameter dominan yang berpengaruh hampir semua aliran viskos. Jika nilai bilangan reynolds rendah, maka aliran tersebut adalah laminar. Nilai antara bilangan real maka bilangan tersebut adalah transisi. Nilai bilangan reynolds yang tinggi Maka aliran tersebut adalah aliran turbulen. Fleksi dan perpindahan panas nya agak berbeda dibandingkan dengan aliran laminer. Skala bilangan renolds adalah (Schetz dan Fush, 1996): a. Aliran laminar Re < 2000 b. Aliran transisi 2000 < Re < 4000 c. Aliran turbulen Re > 4000 Ilustrasi jenis aliran berdasarkan bilangan reynolds dapat dilihat pada Gambar 7.1 sebagai berikut : v



(a)



t v



(b)



t



(c)



v



t



VII-6



Gambar 7.1 Vikositas Aliran dan Karakteristik Laju Aliran dalam Pipa (a) Aliran Laminar (b) Aliran Transisi dan (c) Aliran Turbulen Manometer adalah suatu alat yang sangat penting dimana berfungsi untuk mengukur perbedaan tekanan. Gambar 7.2 memperlihatkan bentuk manometer sederhana. Andaikan bagian yang diarsir pada tabung U di atas zat cair itu diisi dengan fluida B yang densitasnya adalah ρB . Fluida B tidak dapat bercampur dengan zat cair A dan lebih ringan dari A (tidak sepadat B) biasanya fluida B ini adalah gas seperti udara dan nitrogen (McCabe dkk., 1993).



Gambar 7.2 Manometer Sederhana Sifat fisik dan kimia dari senyawa akuades (Labchem, 2020): Physical state



: Liquid



Color



: Colorless



pH



:7



Boiling point



: 100℃



Critical temperature



: 374,1℃



Critical pressure



: 218,3 atm



Relatif density



:1



Density



: 0,99823 g/ml



VII-7



7.3



METODOLOGI PERCOBAAN



7.3.1



Alat dan Rangkaian Alat Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah:







Hydraulic bench (F1-10)







Peralatan pipa friction (F1-18)







Stopwatch







Termometer







Gelas ukur 100 dan 250 mL



Rangkaian Alat : 1



Keterangan: 2



1.



tank



3



2.



Air bleed screw



4



3.



Pressure tapping



5



4.



Test section



5.



Water over mercury



6



10



7



9



Inlet pipe to constant head



manometer



8



6.



Pressure water manometer



7.



Pressure tapping



8.



Flow control valve



9.



Adjustable feet



10. Inlet pipe to test section Gambar 7.3 Rangkaian Alat Percobaan Energy Losses In Pipe 7.3.2 Bahan Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah air.



VII-8



VII-9



7.3.3



Prosedur Percobaan



7.3.3.1



Kecepatan aliran tinggi



7.3.3.1.1 Setting Up Alat 1. Inlet pipe to test section dihubungkan dengan hydraulic bench flow connector. 2. Pompa dinyalakan dan bench gate value dibuka. 3. Flow control value dibuka sedikit demi sedikit agar ada aliran fluida. 4. Air bleed screw dibuka hingga udara dipastikan tidak ada yang terperangkap dalam manometer Hg. 5. Air bleed screw dan flow control value ditutup. 6. Ketinggian (h0) pada manometer dibaca apabila sudah steady. 7.3.3.1.2 Pengambilan Data 1.



Flow control value dibuka pada bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4.



2.



Headloss yang tertera pada manometer dibaca dan dicatat.



3.



Volume dan temperatur fluida yang tertampung dalam gelas ukur selama 12 detik diukur.



4.



Percobaan diulangi sebanyak 3 kali untuk masing-masing bukaan.



7.3.3.2



Kecepatan Alir Rendah



7.3.3.2.1



Setting Up Alat



1. Inlet pipe to test section dihubungkan ke header tank in flow. 2. Inlet pipe to constant head tank dihubungkan dengan hydraulic bench flow connector. 3. Pompa dinyalakan dan dibuka bench gate flow dibuka. 4. Air bleed screw dan vent udara dibuka pada manometer air hingga udara tidak ada yang terperangkap dalam manometer air. 5. Flow control value dibuka hingga ketinggian air pada manometer menurun. 6. Air bleed screw ditutup kemudian flow control value dan vent udara ditutup. 7. Ketinggian (h0) pada manometer dibaca apabila sudah steady.



VII-10



7.3.3.2.2



Pengambilan Data



1. Flow control value dibuka pada bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4. 2. Headloss yang tertera pada manometer air dibaca dan dicatat. 3. Volume dan temperatur fluida yang tertampung dalam gelas ukur selama 12 detik diukur. 4. Percobaan diulang sebanyak 3 kali untuk masing – masing bukaan.



7.4



HASIL DAN PEMBAHASAN



7. 4.1 Hasil Pengamatan sTabel 7. 1 Hasil Pengamatan Kecepatan Aliran Tinggi Bukaan No.



flow control valve



Volume 1 Volume 2 Volume 3 x 10-4



x 10-4



x 10-4



(m )



(m )



(m )



3



3



3



Volume avg



Waktu



Temperatur



h0



h1



h2



x 10-5



(s)



(oC)



(m)



(m)



(m)



(m3)



VII-11



1.



¼



0,850



0,850



0,820



0,840



12



28



0,240



0,245



0,230



2.



1¼



1,020



1,000



0,980



1,000



12



28



0,240



0,250



0,253



3.



1½



1,180



1,200



1,160



1,180



12



28



0,240



0,253



0,230



4.



2¾



1,440



1,560



1,480



1,480



12



28



0,240



0,257



0,225



Tabel 7.2 Hasil Pengamatan Kecepatan Aliran Rendah Bukaan No.



flow control valve



Volume 1



Volume 2



Volume 3



x 10-4



x 10-4



x 10-4



(m )



(m )



(m )



3



3



3



Volume avg



Waktu



Temperatur



h0



h1



h2



x 10-5



(s)



(oC)



(m)



(m)



(m)



(m3)



1.



¼



0,280



0,270



0,270



0,273



12



28



0,290



0,307



0,273



2.



1¼



0,440



0,460



0,460



0,453



12



28



0,290



0,328



0,250



3.



1½



0,580



0,580



0,520



0,540



12



28



0,290



0,332



0,247



4.



2¾



0,680



0,680



0,670



0,670



12



28



0,290



0,354



0,226



VII-12



7.4.2 Hasil Perhitungan Tabel 7.3 Hasil Perhitungan Kecepatan Alir Tinggi Bukaan No



flow control valve



Test Pipe Length



Diameter



(L)



(D)



V (m3)



Time to



Temperatur



Kinematic



Collect



of Water



Viscosity



(s)



(oC)



(m3/s)



h0



h1



h2



(m)



(m)



(m)



Headloss ∆hf (m)



1.



1/2



0,5



0,003



8,4 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,240



0,245



0,230



0,1503



2.



3/4



0,5



0,003



10,0 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,240



0,250



0,253



0,1789



3.



1¾



0,5



0,003



11,8 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,240



0,253



0,230



0,2111



4.



2¾



0,5



0,003



14,8 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,240



0,257



0,225



0,2743



VII-13



Tabel 7.3 Hasil Perhitungan pada Kecepatan Alir Tinggi (Lanjutan)



Qt (m2/s)



Velocity V (m/s)



Friction factor (f)



(NRe)



0,70 x 10-5



0,9908



0,01800



3555,301376



0,83 x 10-5



1,1795



0,01512



4232,739734



0,98 x 10-5



1,3918



0,01281



4994,633000



1,28 x 10-5



1,8086



0,00986



6490,200985



VII-14



Tabel 7.4 Hasil Perhitungan Kecepatan Alir Rendah



Bukaan No



flow control valve



Test Pipe Length



Diameter



(L)



(D)



V (m3)



Time to



Temperatur



Kinematic



Collect



of Water



Viscosity



(s)



(oC)



(m3/s)



h0



h1



h2



(m)



(m)



(m)



Headloss ∆hf (m)



1.



1/2



0,5



0,003



2,73 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,290



0,307



0,273



0,0522



2.



3/4



0,5



0,003



4,53 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,290



0,328



0,250



0,0866



3.



1¾



0,5



0,003



5,40 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,290



0,332



0,247



0,1031



4.



2¾



0,5



0,003



6,70 x 10-5



12



28



8,36 x 10-7



0,290



0,354



0,226



0,1279



VII-15



Tabel 7.4 Hasil Perhitungan pada Kecepatan Alir Rendah (Lanjutan)



Qt (m2/s)



Velocity V (m/s)



Friction factor (f)



(NRe)



0,23 x 10-5



0,2674



0,0667



959,4210



0,38 x 10-5



0,3579



0,0504



1269,8219



0,45 x 10-5



0,4954



0,0360



1777,7506



0,79 x 10-5



0,7392



0,0241



2659,5169



VII-16



VII-16



1.4.1 Pembahasan Headloss merupakan peristiwa hilangnya energi mekanik persatuan massa fluida. Sedangkan friction factor adalah fungsi kekasaran relative dari dinding pipa bagia dalam yang tergantung dari jenis bahan yang digunakan. Selain itu, friction factor berhubungan langsung dengan Reynolds number yang menentukan jenis aliran fluida. Sehingga Reynolds number dapat langsung berkaitan dengan headloss yang diakibatkan oleh fiksi dalam aliran fluida atau air melalui pipa. Jenis kecepatan aliran yang digunakan pada percobaan ini ada 2 macam yaitu kecepatan aliran tinggi dan kecepatan aliran rendah. Kecepatan aliran tinggi adalah aliran yang sumber airnya berasal dari pompa sehingga debit dan aliran yang dihasilkan besar. Sedangkan pada kecepatan aliran rendah adalah aliran yang sumber airnya berasal dari reservoir, sehingga debit aliran dan kecepatan yang dihasilkan tidak terlalu besar. Semakin besar debit fluida maka tekanan yang ditimbulkan semkain besar. Hubungan antara velocity (v) terhadap headloss (ΔH) pada kecepatan aliran tinggi dan kecepatan aliran rendah dapat dilihat pada Gambar 7.4 berikut: 0.3000



Headloss (m)



0.2500 0.2000 0.1500



Tinggi Rendah



0.1000 0.0500 0.0000 0.0000



0.5000



1.0000



1.5000



2.0000



Velocity (m/s) Gambar 7.4 Grafik Hubungan Antara Headloss (ΔH) dengan Velocity (V) Pada Kecepatan Aliran Tinggi dan Aliran Rendah



VII-17



Berdasarkan Gambar 7.4 terlihat bahwa nilai velocity dan nilai headloss pada kecepatan aliran hingga lebih besar daripada aliran rendah. Adapun nilai velocity pada kecepatan aliran tinggi pada bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 , secara berturutturut adalah 0,9908 m/s ; 1,1795 m/s ; 1,3918 m/s ; dan I,8086 m/s. Sedangkan nilai velocity pada kecepatan aliran rendah untuk bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 , secara berturut-turut adalah 0,3224 m/s ; 0,5347 m/s ; 0,6369 m/s dan 0,7903 m/s. Nilai velocity pada kecepatan aliran tinggi lebih besar dibandingkan pada aliran rendah karena pada aliran tinggi, sumber air berasal dari pompa sehingga air mengalir dengan arus lebih cepat serta aliran yang sangat acak dibandingkan pada aliran rendah. Nilai headloss pada aliran tinggi lebih besar daripada nilai headloss pada aliran rendah. Berdasarkan data percobaan nilai hedaloss pada kecepatan aliran tinggi pada bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 , secara berturut-turut adalah 0,1503 m; 0,1789m; 0,2111m dan 0,2743m. Sedangkan nilai headloss pada kecepatan aliran rendah untuk bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 , secara berturut-turut adalah 0,0522m; 0,0866m; 0,1031m dan 0,1279m. Hasil yang diperoleh sesuai dengan teori Yoo dan Boyd (1994) menyatakan bahwa kerugian gesekan meningkat seiring dengan meningkatnya panjang pipa atau kecepatan aliran. Oleh karena itu, tekanan yang ditimbulkan fluida meningkat dan menyebabkan nilai headloss semakin besar. Percobaan yang dilakukan telah sesuai dengan teori Lubis (2019) bahwa kerugian energi (headloss) bergantung pada kecepatan fluida. Faktor-faktor ysng mempengaruhi hilangnya energi pada perpipaan adalah akibat gesekan pipa dengan fluida dan perubahan penampang pipa, belokan dan perubahan arah aliran pada pipa. Kehilangan energi primer (mayor losses) diakibatkan oleh gesekan sekeliling pipa dan disepanjang pipa. Kehilangan energi sekunder (minor losses) disebabkan karena karena sambungan, belokan, katup, pembesaran atau pengecilan penampang. Hilangnya energi pada perpipaan secara perhitungan disebabkan oleh nilai koefisien gesekan (f) dimana koefisien gesekan juga dipengaruhi oleh jenis aliran, dan kekasaran bagian dalam pipa (Yoo dan Boyd, 1994).



VII-18



Hubungan antara Reynolds Number (Re) dan friction factor (F) pada kecepatan aliran tinggi dan kecepatan aliran rendah dapat dilihat pada Gambar 7.5 berikut: 0.06000 Friction Factor (f)



0.05000 0.04000 0.03000



Tinggi Rendah



0.02000 0.01000 0.00000



0



1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Reynold Number (Re)



Gambar 7.5 Grafik Hubungan Antara Reynolds Number (Re) dan Friction Factor (F) Pada Kecepatan Aliran Tinggi dan Kecepatan Aliran Rendah Berdasarkan Gambar 7.5 menunjukkan bahwa nilai Reynolds number berbanding lurus dengan friction factor. Adapun nilai Reynolds number pada kecepatan aliran tinggi pada bukaan 1/4



, 11/4 , 11/2 dan 23/4 berturut-turut adalah 3555,501;



4232,740; 4994,633 dan 6490,201. Sedangkan nilai Reynolds number pada kecepatan aliran rendah untuk bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 adalah 1156,949; 1981,842; 2285,680 dan 2825,936. Nilai friction factor pada kecepatan aliran rendah pada bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 berturut-turut adalah 0,05600m; 0,03300m; 0,02800m dan



0,02300m. Sedangkan nilai friction factor yang



didapat pada kecepatan aliran tinggi secara berturut-turut adalah 0,01800m; 0,01500m; 0,01300m dan 0,01000m. Hasil persobaan membuktikan bahwa semakin besar bukaan flow control valve maka Reynolds number akan semakin besar. Sedangkan percobaan ini Reynolds number pada kecepatn aliran tinggi



VII-18



lebih besar daripada kecepatan aliran rendah. Hal ini terjadi karena gesekan antara dluida dengan dinding pipa lebih besar. Nilai friction factor



VII-19



yang diperoleh dalam percobaan ini menunjukkan nilai yang lebih besar pada kecepatan aliran rendah dibandingkan pada kecepatan aliran tinggi. Sesuai dengan persamaan bilangan Reynolds, maka semakin bertambahnya nilai kecepatan semakin besar pula bilangan Reynolds. Sehingga semakin tinggi nilai Reynolds number pada rentang tertentu, maka nilai friction factor akan semakin kecil. Hal ini telah sesuai dengan teori Dahmani (2017) yang menyatakan bahwa penurunan nilai friction factor secara drastic terjadi seiring terjadinya penambahan bilangan Reynolds. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai friction factor adalah panjang pipa, kecepatan aliran, dan diameter pipa. Friction factor akan meningkat seiring meningkatnya panjang pipa dan kecepatan aliran fluida. Akan tetapi friction factor atau friction loss menurun dengan meningkatnya diameter pipa (Yoo dan Boyd, 1994). Selain itu dipengaruhi oleh nilai bilangan Reynolds dan kekasaran pipa dimana semakin besar nilai NRe dan semakain keras atau kasar pipa maka semakin besar friction lossnya (Cheremisinott, 2000)



.5



PENUTUP



7.5.1



Kesimpulan Kesimpulan dari percobaan ini adalah nilai headloss pada bukaan 1/4 , 11/4



, 11/2 dan 23/4 untuk kecepatan aliran tinggi berturut – turut adalah 0,1503m; 0,1789m; 0,2111m dan 0,2743m. Sedangkan untuk kecepatan aliran rendah berturut – turut sebesar 0,0522m; 0,0866m; 0,01031m dan 0,1279m. Nilai friction factor pada bukaan 1/4 , 11/4 , 11/2 dan 23/4 untuk kecepatan aliran tinggi berturut – turut adalah 0,01800; 0,01512; 0,012814 dan 0,009861. Sedangkan pada kecepatan aliran rendah berturut – turut sebesar 0,055318; 0,033353; 0,028 dan 0,022568. 7.5.2 Saran Saran yang dapat diberikan pada percobaan selanjutnya adalah menggunakan variasi bukaan yang lebih besar. Variasi bukaan seperti 2¼, 3¼ dan 4 pada masing-masing kecepatan aliran. Hal ini bertujuan agar mendapatkan data yang lebih bervariasi sehingga dapat menambah pengetahuan praktikan dalam memahami tentang percobaan energy losses in pipe.



VII-20



VII-20



DAFTAR PUSTAKA



Cheremisinott, N. D. 2000. Handbook of Chemical Processing Equipment. Butterworth Heinemann. USA Dahmani, Z. S. 2017. Studi Karakteristik Pompa Sentrifugal dan Cussons Friction Loss Aparatus Dengan Modifikasi Orifice dan Ball Valve. Tugas Akhir. Labchem. 2020. MSDS Water www.labchem.com Diakses Pada 10 September 2021 Lubis, J. M. 2019. Simulasi Numerik Kerugian Energi Pada Sambungan T Pada Pipa Jurnal Fakultas Teknik. Maulana, R. dan Cahyani, S. S. T. 2018. Percobaan 7 Energy Losses In Pipe. Laporan Praktikum Fakultas Teknik. McCabe, W. L., Smith, J. C. dan Harriot, P. 1993. Unit Operation of Chemical Engineering. Mc Graw Hill. New York Ramadan, I. M. dan Suryadi, A. 2016. Analisis Faktor Head Losses Penstock Terhadap Daya yang Dihasilkan Di PLTA Saguling. Jurnal Politeknik. Volume 15. Schetz, J. A. dan Fush, A. E. 1996. Fundamental of Fluid Mechanics. John Wiley and Sons, Inc. New York



DP.VII-1



Yoo, K. H. dan Boyd, C. E. 1994. Hydrology and Water Supply for Pond Aquaculture. AnAVI Book. US



DP.VII-1



DAFTAR NOTASI



L



= Panjang pipa (m)



D



= Diameter pipa (m)



g



= Percepatan gravitasi (m/s2)



T



= Temperatur (℃ )



V



= Volume (m3)



∆h



= Percepatan ketinggian manometer h1 dan h2 (m)



∆ hf



= Headloss (m)



ho



= Tinggi manometer awal (m)



h1



= Tinggi manometer akhir (m)



h2



= Tinggi manometer akhir (m)



Qt



= Flowrate (m3/s)



v



= Velocity (m/s)



t



= Waktu penampungan (s)



DN.VII-1



LAMPIRAN PERHITUNGAN



1.



Kecepatan Aliran Tinggi Bukaan 1/4



a.



Volume rata – rata (Ṽ) Ṽ=



V 1+V 2+V 3 (0,85+ 0,85+ 0,82)10−4 m 3 ¿ ¿ ( 40+39+39)mL = = 3 3 3



0,84 x 10-4 m3 b.



Tinggi manometer (h) h = h1 – h2 = (0,245 – 0,235) m = 0,010 m



c.



Flowrate (Qt) Qt =



d.



Ṽ 0,84 x 10−4 m3 = 0,7 x 10-5 m-3/s t = 12 s



Velocity (v) Diketahui: d test pipe = 0,003 m v=



e.



4 Qt πd



2



=



4 (0,7 x 10−5 m−3/ s) = 0,9908 m/s (3,14)(0,003 m)2



Reynolds number (NRe) Diketahui : T = 28 C Viskositas Kinematik (v) = 8,7 x10-7 m2/s NRe =



f.



velocity . d (0,9908 m/s )(0,003 m) = = 3555,501376 kinematic viscosity 8,36 x 10−7 m2/s



Friction factor (f) untuk Aliran Transisi f=



64 64 = = 0,01800 NRe 3555,501376



LP.VII-1



LP.VII-2



g.



Headloss (H)



H =



f . L. velocity (0,01800)(0,5 m)( 0,9908 m / s)2 = = 0,1503 m 2. g . d 2(9,8 m/ s 2)(0,003 m)



Hasil perhitungan pada bukaan 1¼ ,1½ dan 2¾ dapat dilihat pada Tabel 7.3 2.



Kecepatan Aliran Rendah Bukaan 1/4 a.



Volume rata – rata (Ṽ) Ṽ=



V 1+V 2+V 3 (0,28+ 0,27+0,27)10−4 m3 = = 0,27333 x 10-4 3 3



m3 b.



Tinggi manometer (h) h = h1 – h2 = (0,307 – 0,273) m = 0,055 m



c.



Flowrate (Qt) Qt =



d.



Ṽ 0,27333 x 10−4 m 3 = = 0,22778 x 10-5 m3/s t 12 s



Velocity (v) Diketahui: d test pipe = 0,003 m v=



e.



4 Qt πd



2



=



4 (0,22778 x 10−5 m3/ s) = 0,3224 m/s (3,14)(0,003 m) 2



Reynolds number (NRe) Diketahui : T = 28 C Viskositas Kinematik (v) = 8,7 x10-7 m2/s NRe =



f.



velocity . d (0,3224 m/ s)(0,003 m) = = 1156,948861 kinematic viscosity 8,36 x 10−7 m2/ s



Friction factor (f) untuk aliran laminar



LP.VII-3



f=



g.



64 64 = = 0,055318 ℜ 1156,948861



Headloss (H)



H =



f . L. velocity = (0,0614)( 0,5 m)(0,3020 m/s)2 = 0,0522 2. g . d 2( 9,8 m/s 2)(0,003 m)



Hasil perhitungan pada bukaan 1¼ , 11/2 dan 23/4 dapat dilihat pada Tabel 7.4