Laprak Modul 4 Anjani.docx

LAPORAN PRAKTIKUM HIDROLIKA 1 IL-2101 MODUL IV KEHILANGAN ENERGI DALAM SISTEM PERPIPAAN

Nama Praktikan

: Siti Anjani Nurul Islamiati

NIM

: 15716026

Kelompok/Shift

: A2

Tanggal Praktikum

: 1 November 2017

Tanggal Pengumpulan

: 15 November 2017

PJ Modul

: Virgia Rinanda (15714006)

Asisten

: Virgia Rinanda (15714006) Nida Ulhusna (15714021)

POGRAM STUDI REKAYASA INFRASTRUKTUR LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2017

I.

TUJUAN 1. Menghitung headloss pada sistem. 2. Menghitung debit aktual yang melalui sistem perpipaan 3. Menentukan koefisien kekasaran (f) pipa biru tua dan biru muda

II.

PRINSIP PERCOBAAN Prinsip dasar yang digunakan dalam percobaan ini adalah menghitung headloss pada sistem perpipaan dengan hydraulic bench agar didapat debit aktual dan headloss dapat dihitung dengan persamaan Darcy-Weisbach, untuk menghitung debit aktual dapat dihitung dengan persamaan Hazen-Williams. Headloss pada aliran tertutup (sistem perpipaan) dapat dibedakan menjadi headloss mayor, headloss minor, dan headloss total. Headloss terjadi akibat faktor-faktor seperti gesekan antara fluida dengan dinding pipa, friksi antara sesama partikel pembentk fluida tersebut, turbulensi yang diakibatkan saat aliran dibelokkan arahnya atau hal lain seperti perubahan akibat komponen perpipaan (valve, flow reducer, atau kran).

III.

TEORI DASAR Headloss adalah kerugian tekanan yang terjadi pada aliran internal. Aliran internal seperti pada pemipaan sangat sering mengalami headloss. Headloss terjadi karena berbagai hal seperti gesekan fluida dengan dinding pipa dan adanya hambatan pada pipa seperti belokan, percabangan, katup, dan lain sebagainya. Satuan headloss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian. Total head, 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) . Head loss dapat terjadi akbiat beberapa faktor seperti gesekan pipa, pembelokan, ataupun pada aksesoris. Headloss dibagi menjadi dua, yaitu headloss mayor dan headloss minor 1. Headloss Mayor Headloss mayor adalah kerugian pada aliran dalam pipa yang disebabkan oleh gesekan yang terjadi disepanjang aliran fluida yang mengalir terhadap dinding pipa. Besarnya major losses ditentukan oleh fungsi f (friction factor), V (kecepatan fluida), l (panjang pipa), d (diameter pipa), dan gaya gravitasi. Mayor losses dapat ditentukan dengan rumus

𝐿 𝑣2

Hl = 𝑓 𝐷 2 𝑔 Keterangan : Hl

= headloss mayor (m)

L

= panjang pipa (m)

V

= kecepatan aliran (m/s)

D

= diameter pipa (m)

g

= percepatan gravitasi bumi (m/s2)

f

= koefisien friksi

2. Minor Headloss Merupakan kerugian head pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan. Minor losses disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu a. Kontraksi Tiba-Tiba atau Perlahan b. Pelebaran Tiba-Tiba atau Perlahan c. Tikungan d. Katup Minor losses dapat dicari dengan menggunakan rumus 𝑣2

Hl = k 2𝑔 Keterangan : Hl

= headloss minor (m)

K

= koefisien kehilangan energi

V

= kecepatan aliran (m/s)

g

= percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Headloss pada system perpipaan biru tua adalah : a. Headloss gate valve 𝐻𝑙 𝑔𝑎𝑡𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑣𝑒 = 12.6 x Δh pengukuran b.

Headloss standar elbow 𝐻𝑙 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑒𝑙𝑏𝑜𝑤 = Δh 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑒𝑙𝑏𝑜𝑤 − [

L standar elbow

] x Δh𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠

L pipa lurus biru tua

𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

c. Headloss 90° sharp bend L 90° sharp bend

𝐻𝑙 90° 𝑠h𝑎𝑟𝑝 𝑏𝑒𝑛𝑑 = Δℎ 90° sharp bend − [L pipa lurus biru tua] x Δh𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

Pada percobaan kali ini alat yang digunakan untuk menghitung headloss adalah Piezometer Water Manometer untuk gate valve dan globe valve dan U-tube Mercury Manometer untuk aksesoris lainnya. 1. Piezometer Water Manometer Tabung yang paling sederhana dari manometer terdiri dari sebuah tabung tegak yang terbuka bagian atasnya dan dihubungkan dengan bejana dimana tekanan ingin diketahui.. Karena manometer melibatkan kolom fluida dalam keadaan diam, persamaan dasar yang menggambarkan penggunaannya adalah persamaan : P= ρ.g.h+ P_0

………(1)

Persamaan diatas memberikan tekanan pada suatu ketinggian dalam fluida yang homogen dalam suku-suku tekanan acuan p0 dan jarak vertikal h antara p dan p0. Perlu diingat bahwa di dalam fluida diam, tekanan akan meningkat jika fluida bergerak kebawah dan akan berkurang jika bergerak ke atas (Ranald, 1993).

Sumber : http://docplayer.info/ Gambar 2.1. Piezometer Water Manometer

Pengukuran h1 melalui hubungan : 𝑝𝐴 = 𝛾1 ℎ1 Perlu dicatat bahwa karena tabung terbuka pada bagian atas, tekanan po dapat ditetapkan sama dengan nol. Karena titik (1) dan titik A di dalam bejana berada pada ketinggian yang sama, pA = p1. Alat ini hanya cocok digunakan sebaliknya akan ada hisapan kedalam sistem, dan tekanan yang akan diukur harus relatif kecil sehingga ketinggian kolom yang dibutuhkan cukup masuk akal.

2. U-Tube Manometer

Sumber:http://www.efm.leeds.ac.uk/CIVE/CIVE1400/Section2/Manometers.htm Gambar 2.2. U-Tube Water Manometer

Sumber : https://johnvagabondscience.files.wordpress.com/2008/11/manometer.jpg Gambar 2.3. U-Tube Water Manometer

Fluida yang berada dalam manometer disebut fluida pengukur. Untuk menentukan tekanan pA yang dinyatakan dalam berbagai ketinggian kolom, kita mulai pada sebuah ujung dari sistem dan terus menelusurinya sampai ke ujung yang lainnya sambil menggunakan persamaan (1). Jadi, untuk manometer U-tube yang ditunjukkan pada Gambar 2.2, pengukuran dimulai dari titik B dan menelusurinya sampai keujung terbuka. Tekanan pada titik B dan C besarnya akan sama, karena tekanan pada ketinggian yang sama dalam suatu massa fluida diam yang kontinu pasti sama. Persamaan dapat ditulis dengan memasukkan semua tekanan yang mempengaruhi pada kedalaman B dan tekanan yang mempengaruhi kedalam C.

Kelebihan utama Manometer tabung-U didasari kenyataan bahwa fluida pengukur dapat berbeda dari fluida dalam bejana dimana tekanan akan ditentukan. Kontribusi dari kolom gas di dalam manometer biasanya diabaikan karena berat gas sangat kecil. Manometer tabung U juga banyak dipakai untuk mengukur perbedaan tekanan antara dua bejana atau dua titik dalam sebuah sistem. 3. Koefisien friksi (f), Koefisien Hazen-Williams (C) dan Koefisien kekasaran Manning (n) L v2 hL = f D 2g

Q = 0.2785 C d2.63 s0.54

v =

1 23 1 R s2 n

Keterangan : hL

= headloss (m)

Q

= debit (m3/s)

f

= koefisien friksi

C

= koefisien Hazen-Williams

L

= panjang pipa (m)

s

= slope (hL/L)

D

= diameter pipa (m)

R

= jari – jari hidrolis (m)

v

= kecepatan aliran (m/s)

(Walski, 1984)

IV.

DATA PERHITUNGAN 1. Data Awal 1) Data yang diketahui : a. Diameter pipa besar (biru muda) = 26.4 mm , diameter pipa kecil (biru tua) = 13.7 mm b. Jarak antar tapping 1-2

(standar elbow)

= 79 cm

3-4

(pipa lurus biru tua)

= 88 cm

5-6

(90o sharp bend)

= 81 cm

7-8

(pelebaran)

= 18.5 cm

8-9

(pipa lurus biru muda)

= 85 cm

9-10

(penyempitan)

= 8.5 cm

11-12 (bend 4”)

= 81 cm

12-13 (bend 6”)

= 93 cm

13-14 (bend 2”)

= 91 cm

2) Data yang diukur Massa beban

= 2.5 kg

Massa air

= 7.5 kg

ρair

= 996.559 kg/m3

Suhu awal

= 26oC

Suhu akhir

= 28oC

Volume air

= 1 liter = 0.001 m3

2. Pengolahan Data a) Penentuan Massa Jenis Untuk densitas, air-distilasi adalah material baku yang nilainya telah ditetapkan dan diterima secara konvensional (Kell, 1975, dan juga Bettin, 1990). Nilainya untuk rentang suhu dari 20oC hingga 80oC seperti tercantum pada Tabel 1 berikut.

Tabel 4.1 Nilai Baku Konvensional Densitas Air

Suhu (oC)

Densitas (kg/m3)

20

998,23

30

995,62

40

992,24

50

988,07

60

983,24

70

977,81

80

971,83

Berdasarkan data pada Tabel 4.1 dapat diplot sebuah grafik, sebagai berikut :

Massa Jenis AIr (kg/m3)

Grafik Massa Jenis Air terhadap Suhu Massa Jenis Air

1000 995 990 985 980 975 970

Poly. (Massa Jenis Air)

y = -0.0034x2 - 0.1039x + 1001.7 R² = 0.9999

0

50

100

Suhu (oC)

Gambar 4.1. Grafik Massa Jenis Terhadap Suhu

Dari grafik suhu air terhadap ρ air tersebut, didapat persamaan linear garis y = -0.0034x2 - 0.1039x + 1001.7 Dimana x adalah suhu yang merupakan faktor pengubah dari massa jenis. Maka dari itu, ρ air pada suhu 26.5˚C adalah Massa Jenis = -0.0034(26.5)2 - 0.1039(26.5) + 1001.7 = 996.559 kg/m3

b) Penentuan Debit Aktual (Qaktual) Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Debit Aktual dengan Hidraulic Bench pada Sistem Perpipaan Biru Tua dan Sistem Perpipaan Biru Muda No.

Waktu (t)

Massa Air (kg)

Qaktual (m3/s)

t1

t2

t3

tr

1

4.91

4.94

5.12

4.99

7.5

2.004 x 10-4

2

4.18

4.07

4.12

4.12

7.5

2.427 x 10-4

3

3.69

3.91

3.96

3.85

7.5

2.597 x 10-4

Pada Tabel 4.2 tersebut, dengan perolehan waktu rata – rata dapat diperoleh debit aktual pada tiap variasi dengan menggunakan persamaan 𝑄 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎

Sedangkan volume sudah diketahui adalah 1 liter atau 0.001 m3 maka untuk debit :

𝑄1 =

𝑄2 =

𝑄3 =

𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 1 𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 2 𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 3

0.001 𝑚3 = = 2.004 × 10−4 𝑚3 /𝑠 4.99 𝑠 0.001 𝑚3 = = 2.427 × 10−4 𝑚3 /𝑠 4.12 𝑠 =

0.001 𝑚3 = 2.597 × 10−4 𝑚3 /𝑠 3.85 𝑠

c) Penentuan Headloss pada Sistem Perpipaan Biru Tua Melalui percobaan yang telah dilakukan, didapat hasil pengukuran waktu dan perbedaan ketinggian sebagai berikut Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Sistem Perpipaan Biru Tua Waktu (t) No.

t1

t2

Beda Tinggi kolom air (mm)

t3

tr

Pipa

Standar

Gate

Lurus

Elbow

Valve

90o Sharp Bend

1

4.91

4.94

5.12

4.99

2

4

215

1

2

4.18

4.07

4.12

4.12

1

1

303

2

3

3.69

3.91

3.96

3.85

1

2

305

1

Berdasarkan tabel tersebut, akan ditentukan nilai headloss masing – masing aksesoris pada sistem perpipaan biru tua. Nilai headloss pada aksesoris dinyatakan dalam persamaan – persamaan berikut Hlpipa lurus = ∆ℎ Hlgate valve = 12.6 × ∆ℎ Hlstandar elbow = ∆ℎ𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑒𝑙𝑏𝑜𝑤 − [𝐿

𝐿𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑒𝑙𝑏𝑜𝑤 𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

Hl90osharp bend = ∆ℎ900 sharp bend − [𝐿 Ket

:

𝐿900 sharp bend 𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

Hl = headloss (m) h = perbedaan ketinggian (m)

L = panjang pipa (m) -

] ∆h𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

Variasi 1 : Hlpipa lurus = 0.002 𝑚 Hlgate valve = 12.6 × 0.215 = 2.709 𝑚

] ∆h𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

0.79

Hlstandar elbow = 0.004 − [0.88] 0.002 = 0.022045 𝑚 0.81

Hl90osharp bend = 0.001 − [0.88] 0.002 = - 0.000841 m -

Variasi 2 Hlpipa lurus = 0.001 𝑚 Hlgate valve = 12.6 × 0.303 = 3.8178 𝑚 0.79

Hlstandar elbow = 0.001 − [0.88] 0.001 = 0.0001023 𝑚 0.81

Hl90osharp bend = 0.001 − [0.88] 0.001 = 0.0000795 𝑚 -

Variasi 3 Hlpipa lurus = 0.001 𝑚 Hlgate valve = 12.6 × 0.305 = 3.843 𝑚 0.79

Hlstandar elbow = 0.002 − [0.88] 0.001 = 0.0011023 𝑚 0.81

Hl90osharp bend = 0.001 − [0.88] 0.001 = 0.0000795 𝑚 Panjang tiap aksesoris telah diketahui pada data awal, sementara headloss pipa lurus menyatakan nilai headloss mayor sedangkan aksesoris lain masing – masing menyatakan nilai headloss minor. Sehingga didapat nilai headloss sebagai berikut

Tabel 4.4 Nilai Headloss pada Sistem Perpipaan Biru Tua Headloss Qaktual Variasi

Headloss Minor

Mayor

(m)

(m)

(m3/s)

Pipa Lurus (0.88 m)

Gate Valve

Standar Elbow (0.79 m)

90o Sharp Bend (0.81 m)

1

2.004 x 10-4

0.002

2.709

0.022045

- 0.000841

2

2.427 x 10-4

0.001

3.8178

0.0001023

0.0000795

3

2.597 x 10-4

0.001

3.843

0.0011023

0.0000795

d) Penentuan Nilai Headloss pada Sistem Perpipaan Biru Muda Berdasarkan hasil percobaan, diperoleh hasil pengukuran waktu dan beda tinggi kolom air pada tiap – tiap aksesoris sistem perpipaan sebagai berikut

Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Sistem Perpipaan Biru Muda Beda tinggi kolom air (mm)

Waktu (s)

tr

Pipa Lurus

Globe Valve

Bend 2”

Bend 4”

Bend 6”

Penyempitan

t3

1

4.91

4.94

5.12

4.99

115

226

5

1

2

2

1

2

4.18

4.07

4.12

4.12

165

318

2

1

2

2

1

3

3.69

3.91

3.96

3.85

162

320

3

1

3

2

1

Tiba-tiba

Tiba-tiba

t2

Pelebaran

t1

No.

Berdasarkan data – data pada Tabel 4.5, dapat ditentukan nilai headloss dari masing – masing aksesoris pipa, dimana nilai – nilai headloss tersebut dinyatakan dalam persamaan Hlglobe valve = 12.6 × ∆ℎ Hlpipa lurus = ∆ℎ Headloss pipa lurus menyatakan headloss mayor sistem. Untuk headloss aksesoris digeneralisasikan dengan persamaan berikut Hlaksesoris = ∆ℎ𝑎𝑘𝑠𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑠 − [𝐿 Keterangan

-

:

𝐿𝑎𝑘𝑠𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑚𝑢𝑑𝑎

] ∆h𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑚𝑢𝑑𝑎

Hl

= head loss (m)

h

= beda tinggi kolom air (m)

L

= panjang pipa (m)

Variasi 1 Hlpipa lurus = 0.115 𝑚 Hlglobe valve = 12.6 × 0.226 = 2.8476 m 0.91

Hlbend2” = 0.005 − [0.85] 0.115 = - 0.118 m 0.81

Hlbend4” = 0.001 − [0.85] 0.115 = - 0.1086 m 0.93

Hlbend6” = 0.002 − [0.85] 0.115 = - 0.124 m 0.185

Hlpelebaran tiba-tiba = 0.002 − [ 0.85 ] 0.115 = - 0.023 m 0.085

Hlpenyempitan tiba-tiba = 0.001 − [ 0.85 ] 0.115 = - 0.0105 m

-

Variasi 2 Hlpipa lurus = 0.165 𝑚 Hlglobe valve = 12.6 × 0.318 = 4.0068 m 0.91

Hlbend2” = 0.002 − [0.85] 0.165 = - 0.175 m 0.81

Hlbend4” = 0.001 − [0.85] 0.165 = - 0.156 m 0.93

Hlbend6” = 0.002 − [0.85] 0.165 = - 0.1785 m 0.185

Hlpelebaran tiba-tiba = 0.002 − [ 0.85 ] 0.165 = - 0.0339 m 0.085

Hlpenyempitan tiba-tiba = 0.001 − [ 0.85 ] 0.165 = - 0.0155 m -

Variasi 3 Hlpipa lurus = 0.162 𝑚 Hlglobe valve = 12.6 × 0.320 = 4.032 m 0.91

Hlbend2” = 0.003 − [0.85] 0.162 = - 0.17043 m 0.81

Hlbend4” = 0.001 − [0.85] 0.162 = - 0.1534 m 0.93

Hlbend6” = 0.003 − [0.85] 0.162 = - 0.17425 m 0.185

Hlpelebaran tiba-tiba = 0.002 − [ 0.85 ] 0.162 = - 0.03326 m 0.085

Hlpenyempitan tiba-tiba = 0.001 − [ 0.85 ] 0.162 = - 0.0152 m Tabel 4.6 Nilai Headloss pada Sistem Perpipaan Biru Muda Headl oss

Headloss minor (m)

mayo

Variasi Debit

Qaktual (m3/s)

Pipa Lurus

Globe Valve

Bend 2”

Bend 4”

Bend 6”

1

2.004 x 10-4

0.115

2.8476

- 0.118

- 0.1086

- 0.124

- 0.023

- 0.0105

2

2.427 x 10-4

0.165

4.0068

- 0.175

- 0.156

- 0.1785

- 0.0339

- 0.0155

3

2.597 x 10-4

0.162

4.032

- 0.17043

- 0.1534

- 0.17425

- 0.03326

- 0.0152

r (m)

Penyempitan

Tiba-tiba

Pelebaran

Tiba-tiba

e) Penentuan Nilai Slope Pada sistem perpipaan biru tua dan biru muda, akan ditentukan nilai slope dari pipa lurusnya. Nilai slope didapatkan dengan persamaan 𝑆= Keterangan :

-

-

-

𝐻𝑙 𝐿

Hl

= head loss (m)

L

= panjang pipa (m)

S

= slope

Variasi 1 Perpipaan biru tua

=

Perpipaan biru muda

=

0.002 0.88 0.115 0.85

= 0.00227 = 0.1353

Variasi 2 Perpipaan biru tua

=

Perpipaan biru muda

=

0.001 0.88 0.165 0.85

= 0.001136 = 0.1941765

Variasi 3 Perpipaan biru tua

=

Perpipaan biru muda

=

0.001 0.88 0.162 0.85

= 0.001136 = 0.19059

Tabel 4.7 Nilai Slope Pipa Lurus pada Sistem Perpipaan Biru Tua dan Biru Muda Variasi

Slope0.54

Slope Pipa Lurus Biru

Pipa Lurus Biru

Pipa Lurus Biru

Pipa Lurus Biru

Tua

Muda

Tua

Muda

1

0.00227

0.1353

0.037347

0.339548

2

0.001136

0.1941765

0.025698

0.412692

3

0.001136

0.19059

0.025698

0.408558

Debit

f) Penentuan Kecepatan Aliran pada Sistem Perpipaan Biru Tua dan Biru Muda Kecepatan pada kedua pipa dapat ditentukan dengan persamaan kontinuitas 𝑄 =𝐴×𝑣 𝑣=

𝑄 𝐴

Keterangan : Q

= debit (m3/s)

A

= luas permukaan pipa (m2)

v

= kecepatan aliran (m/s)

Luas permukaan pipa dapat dihitung berdasarkan nilai diameter masing – masing pipa yang telah diketahui pada data awal. Dapat dihitung nilai kecepatan aliran dari tiap sistem perpipaan sebagai berikut ABiru tua = ¼ π (0.0137)2 = 1.474 x 10-4 m2 ABiru muda = ¼ π (0.0264)2 = 5.474 x 10-4 m2 -

Variasi 1 𝑣𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

2.004 × 10−4 = = 1.359 𝑚/𝑠 1.474 × 10−4

𝑣𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑚𝑢𝑑𝑎 -

Variasi 2 𝑣𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎

2.427 × 10−4 = = 1.646 𝑚/𝑠 1.474 × 10−4

𝑣𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑚𝑢𝑑𝑎

-

2.004 × 10−4 = = 0.366 𝑚/𝑠 5.474 × 10−4

2.427 × 10−3 = = 0.443 𝑚/𝑠 5.474 × 10−4

Variasi 3 𝑣𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎 =

2.597 × 10−4 = 1.762 𝑚/𝑠 1.474 × 10−4

𝑣𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑚𝑢𝑑𝑎 =

2.597 × 10−4 = 0.474 𝑚/𝑠 5.474 × 10−4

Tabel 4.8 Nilai Kecepatan Aliran pada Sistem Perpitaan Biru Tua dan Sistem Perpipaan Biru Muda Luas Permukaan (m2)

No.

Biru Tua

Biru Muda

1

1.474 x 10-4

5.474 x 10-4

2

1.474 x 10-4

3

1.474 x 10-4

V.

DATA AKHIR

Kecepatan (m/s)

Qaktual (m3/s)

Biru Tua

Biru Muda

2.004 x 10-4

1.359

0.366

5.474 x 10-4

2.427 x 10-4

1.646

0.443

5.474 x 10-4

2.597 x 10-4

1.762

0.474

a) Sistem Perpipaan Biru Tua Tabel 5.1 Hasil Perhitungan pada Perpipaan Biru Tua Headloss Waktu

mayor

Headloss minor (m)

(m) No t1

t2

t3

tr

1

4.91

4.94

5.12

4.99

2

4.18

4.07

4.12

4.12

3

3.69

3.91

3.96

3.85

Qaktual

Apipa

vpipa

(m3/s)

(m2)

(m/s)

2.004

1.474

x 10-4

x 10-4

2.427

1.474

x 10-4

x 10-4

2.597

1.474

x 10-4

x 10-4

S0.54 Pipa lurus

Pipa

Gate

Standard

90o sharp

lurus

valve

elbow

bend

1.359

0.002

2.709

0.022045

- 0.000841

0.037347

1.646

0.001

3.8178

0.0001023

0.0000795

0.025698

1.762

0.001

3.843

0.0011023

0.0000795

0.025698

biru tua

b) Sistem Perpipaan Biru Muda Tabel 5.2 Hasil Perhitungan pada Pipa Biru Muda Headloss Waktu No t1

t2

t3

Qaktual

Apipa

vpipa

(m3/s)

(m2)

(m/s)

tr

1

4.91

4.94

5.12

4.99

2

4.18

4.07

4.12

4.12

3

3.69

3.91

3.96

3.85

2.004

5.474

x 10-4

x 10-4

2.427

5.474

x 10-4

x 10-4

2.597

5.474

x 10-4

x 10-4

mayor

Headloss minor (m)

(m) Pipa

Globe

Bend

Bend

Bend

Pelebaran

Penyempitan

lurus

valve

2”

4”

6”

tiba-tiba

tiba-tiba

- 0.124

- 0.023

- 0.0105

- 0.0339

- 0.0155

- 0.03326

- 0.0152

0.366

0.115

2.8476

- 0.118

0.443

0.165

4.0068

- 0.175

0.474

0.162

4.032

0.1086 -

-

0.156

0.1785

-

-

-

0.17043

0.1534

0.17425

VI.

ANALISIS ANALISIS A a) Analisis Cara Kerja Sebelum melakukan percobaan, suhu air diukur terlebih dahulu begitu pula ketika seluruh kegiatan pengamatan telah selesai, suhu akhir air dihitung. Data suhu awal dan suhu akhir yang telah dirata – ratakan digunakan untuk menentukan densitas/massa jenis air pada suhu yang didapatkan. Lalu hidupkan hydraulic bench yang sudah terpasang pipa / selang inlet dan outletnya. Air dialirkan dengan maksimum agar didapatkan debit maksimum juga pada globe valve dan gate valve dibuka dengan maksimum agar tidak ada perbedaan debit antara globe valve dan gate valve pada saat diambil variasi. Kemudian dilakukan 3 kali variasi debit dan 3 kali perhitungan waktu setiap 1 variasi debit. Perlakuan 3 kali perhitungan waktu ini bertujuan untuk mengurangi tingkat kesalahan dalam pembacaan waktu. Waktu yang dihitung adalah waktu yang dibutuhkan oleh hydraulic bench untuk menaikkan beban seberat 2.5 kg hal ini dilakukan untuk menentukan debit aktual aliran Praktikan menggunakan gelas ukur yang berukuran 1 liter untuk data volume. Sebelum melakukan pembacaan ketinggian, tidak boleh ada gelembung udara di sepanjang aliran pipa serta dilakukan pengecekan apakah pada pipa dan pada hydraulic bench terdapat kebocoran atau tidak. Keberadaan gelembung menyebabkan ruang non-air pada aliran air pipa sehingga pembacaan ketinggian kolom air tidak valid/akurat lagi oleh karena itu udara pada sistem perpipaan harus dikeluarkan terlebuh dahulu. Kebocoran pipa menyebabkan keadaan awal fluida didalam pipa menjadi tidak sama sehingga menyebabkan

terjadinya

perbedaan

tinggi

sebelum

hydraulic

bench

dinyalakan. Jika terjadi kebocoran pada pipa sebaiknya dibaca terlebih dahulu perbedaan ketinggiannya kemudian setelah hydraulic bench dinyalakan pembacaan data tersebut dikurangi dengan perbedaan tinggi sebelum hydraulic bench dinyalakan agar didapat data yang mendekati valid. Sedangkan jika hydraulic bench mengalami kebocoran akan memengaruhi perhitungan debit aktual sehingga debit aktual yang ingin didapatkan tidak valid lagi atau galatnya menjadi besar. Kemudian dilakukan pengamatan secara bergantian antara globe valve untuk pipa biru muda dan gate valve untuk pipa biru tua hal ini bertujuan untuk memaksimalkan aliran pada sistem perpipaan yang ingin diukur sehingga

hasilnya dapat dibandingkan. Hati-hati dalam pembacaan perbedaan tinggi, praktikan harus teiliti pada pembacaan meteran ketinggian karena fluida cair mengalami meniscus, yaitu meniscus cekung pada air dan meniscus cembung pada raksa. Bacaan yang benar adalah pada puncak garis parabola meniscus.

Titik baca Titik baca

Meniscus cekung (air) Meniscus cembung (raksa) Gambar 6.1 Pembacaan meniscus Praktikan menggunkaan variasi debit dari debit yang besar ke kecil untuk mempermudah dalam pengamatan dan mempersingkat waktu percobaan. Data yang sudah didapat kemudian ditabulasikan pada masing-masing kolom pada tabel data. Kemudian data yang didapatkan diolah menggunakan rumusrumus yang terdapat pada teori dasar. b) Analisis Grafik a. Hubungan antara Debit Aktual dengan Headloss pada Gate Valve dan Globe Valve Hubungan antara Debit Aktual dengan Headloss pada Gate Valve dan Globe Valve

Debit (m3/detik)

0.0003

y = 6E-05x R² = 0.7208

0.00025

Hubungan Q dengan Hl Gate Valve

0.0002 0.00015

Hubungan Q dengan Hl Globe Valve

y = 7E-05x R² = 0.7153

0.0001 0.00005 0 0

1

2

3

4

5

Linear (Hubungan Q dengan Hl Gate Valve)

Headloss (m)

Gambar 6.2 Grafik Hubungan antara Debit Aktual dengan Headloss pada Gate Valve dan Globe Valve

Suatu grafik dikatakan positif apabila kenaikan/penurunan x pada umumnya diikuti oleh kenaikan/penurunan y, pada Gambar 6.2 dapat dilihat bahwa grafik tersebut menujukkan hubungan yang positif dengan ditandai garis linier yang naik dari kiri bawah ke kanan atas. Koefisien korelasi (R2) pada persamaan regresinya pun menunjukkan angka yang mendekati 1, artinya x dan y berbanding lurus sehingga hubungan headloss gate valve dan globe valve terhadap debit adalah berbanding lurus. Q = 0,2785 C D2.63 S0.54 Slope adalah S =

𝐻𝐿 𝐿

, kemudian jika dimasukkan ke dalam rumus debit

diatas diperoleh 𝐻𝐿 0.54 ) 𝐿 Dari subtitusi rumus tersebut dapat dilihat nilai debit akan membesar ketika 𝑄 = 0.2785 𝐶 𝐷2.63 (

headlossnya besar, begitu pula sebaliknya.

b. Hubungan antara Kecepatan Kuadrat dengan Headloss pada Gate Valve dan Globe Valve Hubungan antara Kecepatan Kuadrat dengan Headloss pada Gate Valve dan Globe Valve Kecepatan kuadrat (m2/s2)

3.5 3

y = 0.7436x R² = 0.872

2.5

Hubungan V^2 dengan Hl Gate Valve

2 Hubungan v^2 dengan Hl Globe Valve

1.5 y = 0.0513x R² = 0.8719

1 0.5

Linear (Hubungan V^2 dengan Hl Gate Valve)

0 0

1

2

3

4

5

Headloss (m)

Gambar 6.3 Hubungan antara Kecepatan Kuadrat dengan Headloss pada Gate Valve dan Globe Valve

Pada grafik Hubungan antara Kecepatan Kuadrat dengan Headloss pada Gate Valve dan Globe Valve ini dapat dilihat bahwa garis linier masih sama bentuknya dengan grafik pada Gambar 6.2 , garis linier pada grafik Gambar 6.3 menunjukkan hubungan yang positif. Serta R2 pada grafik ini

menunjukkan angka yang lebih besar dari grafik sebelumnya serta mendekati angka 1 yang menunjukkan bahwa keterkaitan antara kecepatan kuadrat dan headloss adalah besar. Pada grafik ini juga menunjukkan bahwa kecepatan kuadrat dan headloss berbanding lurus, semakin besar kecepatan kuadratnya maka semakin besar headloss yang dihasilkan, begitupula sebaliknya.

c. Hubungan antara Kecepatan Kuadrat dengan Headlss Bend

Hubungan antara Kecepatan Kuadrat dengan Headloss Bend Kecepatan Kuadrat (m2/s2)

0.25 y = -1.1921x R² = 0.8873

y = -1.3347x R² = 0.8464 y = -1.17x R² = 0.8339

0.2

Hubungan v^2 dengan Hl bend 2"

0.15

Hubungan v^2 dengan Hl bend 4"

0.1

Hubungan v^2 dengan Hl bend 6"

0.05

Linear (Hubungan v^2 dengan Hl bend 2")

0 -0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

Linear (Hubungan v^2 dengan Hl bend 4")

Headloss (m)

Gambar 6.4 Hubungan antara Kecepatan Kuadrat dengan Headlss Bend Pada Gambar 6.4 ini akan ditentukan nilai koefisien Kehilangan Energi berdasarkan penurunan persamaan : 𝑣2

Sumbu x = 𝐾 2𝑔 Sumbu y = v2 Persamaan gradien, 𝑚=

𝑦 𝑥

𝑚=

𝑣2 𝑣2 𝐾 2𝑔

𝐾=

1 𝑚 2𝑔

Dengan mengganti nilai m menggunakan gradien persamaan regresi pada grafik, di dapat nilai frekuensi friksi dari pipa biru muda dan biru tua sebagai berikut

1 = −0.043 −1.1921 × 19.6 1 𝐾𝑏𝑒𝑛𝑑 4" = = −0.038 −1.3347 × 19.6 1 𝐾𝑏𝑒𝑛𝑑 6" = = −0.044 −1.17 × 19.6 𝐾𝑏𝑒𝑛𝑑 2" =

Sama seperti persamaan koefisien kehilangan energi sebelumnya, headloss berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan. Artinya kecepatan merupakan penyebab relatif terjadinya headloss, semakin tinggi kecepatan maka semakin besar pula kehilangan energi yang terjadi. d. Hubungan antara (vk-vb)2 dengan Headloss Penyempitan dan Pelebaran

(vk-vb)2 9m2/s2)

Hubungan antara (vk-vb)2 dengan Headloss Penyempitan dan Pelebaran

y = -45.58x R² = 0.8568

-0.04

-0.03

y = -99.737x R² = 0.8567

-0.02

-0.01

1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Hubungan (vk-vb)^2 dengan Hl Pelebaran

Hubungan (vk-vb)^2 dengan Hl Penempitan

0

Linear (Hubungan (vkvb)^2 dengan Hl Pelebaran)

Headloss (m)

Gambar 6.5 Hubungan antara (vk-vb)2 dengan Headloss Penyempitan dan Pelebaran Pada Gambar 6.5 ini dapat dilihat bahwa grafik tersebut memiliki garis linier yang negatif, berkebalikan dengan linier positif dan hubungan antara (vk-vb)2 dengan headloss penyempitan dan pelebaran berbanding terbalik. Akan dihitung nilai akan ditentukan besar nilai koefisien Hazen-Williams. Penurunan sebagai berikut Sumbu x = HL Sumbu y = (vk-vb)2 Hl = K

(vk−vb)2 2𝑔

m = y/x Hasil akhir didapatkan

1 = −0.011 −4.5 × 19.6 1 = = −0.000511 −99.737 × 19.6

𝐾𝑝𝑒𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟𝑎𝑛 = 𝐾𝑝𝑒𝑛𝑦𝑒𝑚𝑝𝑖𝑡𝑎𝑛

Sama seperti persamaan koefisien kehilangan energi sebelumnya, headloss berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan. Artinya kecepatan merupakan penyebab relatif terjadinya headloss, semakin tinggi kecepatan maka semakin besar pula kehilangan energi yang terjadi. e. Hubungan antara S0.54 dengan Debit pada Pipa Biru Tua dan Muda

Hubungan antara S0.54 dengan Debit pada Pipa Biru Tua dan Muda 0.0003 y = 0.0006x R² = 0.8766

Debit (m3/detik)

0.00025

Hubungan Qaktual dengan S^0.54 Pipa Biru Tua

0.0002 0.00015

Hubungan Qaktual dengan S^0.54 Pipa Biru Muda

y = 0.0075x R² = -6.149

0.0001 0.00005 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Linear (Hubungan Qaktual dengan S^0.54 Pipa Biru Tua)

S0.54

Gambar 6.6 Hubungan antara S0.54 dengan Debit pada Pipa Biru Tua dan Muda Pada Gambar 6.6 ini dapat dilihat bahwa grafik tersebut memiliki garis linier yang positif, hubungan antara S0.54 dengan debit pada pipa biru tua dan muda berbanding lurus. Akan dihitung nilai akan ditentukan besar nilai koefisien Hazen-Williams. Penurunan sebagai berikut Sumbu x = S0.54 Sumbu y = Q = 0.2785 C D2.63 S0.54 m = y/x 0.2785 C 𝐷2.63 𝑆 0.54 𝑚= 𝑆 0.54 𝑚 𝐶= 0.2785 𝐷2.63 0.0075 𝐶 𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎 = = 2141.22 0.2785 × 0.01372.63

𝐶 𝐵𝑖𝑟𝑢 𝑚𝑢𝑑𝑎 =

0.0006 = 30.515 0.2785 × 0.02642.63

f. Hubungan antara v2 dengan Headloss Pipa Lurus Biru Tua

Kecepatan Kuadrat (m2/s2)

Hubungan v2 dengan Headloss Pipa Lurus Biru Tua 3.5 3 2.5

y = 1584.6x R² = -5.435

2

Hubungan v^2 dengan Hl Pipa Lurus Biru Tua

1.5 1

Linear (Hubungan v^2 dengan Hl Pipa Lurus Biru Tua)

0.5 0 0

0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 Headloss (m)

Gambar 6.7 Hubungan antara v2 dengan Headloss Pipa Lurus Biru Tua Pada Gambar 6.7 ini dapat dilihat bahwa grafik tersebut memiliki garis linier yang positif, hubungan antara S0.54 dengan debit pada pipa biru tua dan muda berbanding lurus. Akan dihitung nilai akan ditentukan besar friksi dengan penurunan sebagai berikut Sumbu x = HL = 𝑓 Sumbu y = v

𝐿 𝑣2 𝐷 2𝑔

2

Persamaan gradien : 𝑚=

𝑦 𝑥

𝑣2 𝐿 𝑣2 𝑓𝐷2𝑔

𝑚=

𝑚= 𝑓=

𝐷 2𝑔 𝑓𝐿 𝐷 2𝑔 𝑚𝐿

Dengan mengganti nilai m menggunakan gradient persamaan regresi pada grafik, didapat nilai frekuensi friksi dari pipa biru tua dan biru muda sebagai berikut : 𝑓𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑙𝑢𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑖𝑟𝑢 𝑡𝑢𝑎 =

0.0137 × 19.6 = 1.926 1584.6 × 0.88

c) Analisis Kesalahan Pada praktikum modul 4 kali ini praktikan melakukan kesalahan, yaitu kesalahan teknis lebih tepatnya salah dalam prosedur pengambilan data. Kami melakukan 6 variasi debit dan 6 variasi waktu dengan tidak membuka-tutup gate valve dan globe valve secara bergantian sehingga didapatkan 3 variasi debit dengan 3 variasi waktu untuk gate valve dan 3 variasi debit dengan 3 variasi waktu untuk globe valve. Kemudian saat kami melakukan percobaan modul 4 ini, pipa-pipa banyak yang mengalami kebocoran sehingga kami terhambat dalam pembacaan perbedaan ketinggian. Ada pula aksesoris yang tidak bisa dibaca, kemudian posisi awal alat sudah terjadi perbedaan ketinggian, sehingga saat pembacaan kami mengurangi hasil pembacaan kami dengan perbedaan tinggi awal. Untuk nilai – nilai koefisien yang telah dihitung, didapat hasil yang tidak valid, karena koefisien yang dihitung ada yang hasilnya negatif begitupula dengan perhitungan headloss. Headloss didapatkan hasil yang negatif karena ada pipa yang vertikal sehingga headlossnya berkurang karena alirannya melawan gravitasi bumi lalu menyebabkan headlossnya negatif. Kesalahan ini dapat terjadi juga karena tidak terkalibrasinya alat dengan baik, seperti terperangkapnya gelembung dalam saluran, ketinggian fluida yang tidak sama ketika air tidak mengalir, tidak berubahnya ketinggian fluida ketika air mengalir, dan sebagainya.

ANALISIS B Kaitan antara modul praktikum dengan prodi Rekayasa Infrastruktur Lingkungan. Jika dilihat dari sisi kelompok keahlian yang ada pada RIL, maka modul ini erat berhubungan dengan kelompok keahlian air bersih, air limbah, dan drainase. Baik pada kelompok keahlian air limbah maupun air bersih, keduanya menggunakan sistem perpipaan. Perhitungan headloss dapat dijadikan dasar dalam penentuan efisiensi pengaliran air atau limbah pada sistem. Dalam pemasangan pipa tidak mungkin hanya satu jenis pipa yang dipasang, pasti dipasang beberapa aksesoris tergantung kondisi yang ada. Berdasarkan praktikum kali ini telah diketahui bahwa aksesoris ini juga menimbulkan headloss.

Akibat adanya

headloss, diperkirakan dapat terjadi penurunan efisiensi aliran dalam pipa. Dengan mengetahui headloss dan koefisien – koefisien kekasaran bahan, dapat ditentukan jenis material yang dapat meminimalkan terjadinya kehilangan energi dan memaksimalkan efisiensi kerja dari sistem perpipaan. Hal yang sama juga berlaku pada drainase, hanya saja pada drainase sistem yang digunakan adalah sistem saluran terbuka. Headloss yang dialami oleh drainase dapat menyebabkan penumpukan massa fluida pada satu titik akibat perlambatan aliran dan menyebabkan terjadinya luapan. Dengan menentukan headloss dan koefisien – koefisien kekasaran yang terkait dengannya, kita dapat menentukan karakteristik sistem yang dapat memberikan efisiensi kerja terbaik.

VII.

KESIMPULAN Nilai headloss dan debit aktual pada sistem dapat dilihat pada tabel data akhir, -

Pada perpipaan biru tua

Tabel 7.1 Nilai headloss dan debit aktual pada sistem perpipaan biru tua Headloss Waktu

mayor

Headloss minor (m)

(m) No t1

t2

t3

tr

1

4.91

4.94

5.12

4.99

2

4.18

4.07

4.12

4.12

3

3.69

3.91

3.96

3.85

-

Qaktual

Apipa

vpipa

(m3/s)

(m2)

(m/s)

2.004

1.474

-4

x 10-4

2.427

1.474

-4

x 10-4

2.597

1.474

-4

x 10-4

x 10

x 10

x 10

S0.54 Pipa lurus o

biru tua

Pipa

Gate

Standard

90 sharp

lurus

valve

elbow

bend

1.359

0.002

2.709

0.022045

- 0.000841

0.037347

1.646

0.001

3.8178

0.0001023

0.0000795

0.025698

1.762

0.001

3.843

0.0011023

0.0000795

0.025698

Pada perpipaan biru muda

Tabel 7.2 Nilai headloss dan debit aktual pada sistem perpipaan biru muda Headloss Waktu No t1

t2

t3

Qaktual

Apipa

vpipa

(m3/s)

(m2)

(m/s)

tr

1

4.91

4.94

5.12

4.99

2

4.18

4.07

4.12

4.12

3

3.69

3.91

3.96

3.85

2.004

5.474

x 10-4

x 10-4

2.427

5.474

x 10-4

x 10-4

2.597

5.474

x 10-4

x 10-4

mayor

Headloss minor (m)

(m) Pipa

Globe

Bend

Bend

Bend

Pelebaran

Penyempitan

lurus

valve

2”

4”

6”

tiba-tiba

tiba-tiba

- 0.124

- 0.023

- 0.0105

- 0.0339

- 0.0155

- 0.03326

- 0.0152

0.366

0.115

2.8476

- 0.118

0.443

0.165

4.0068

- 0.175

0.474

0.162

4.032

0.1086 -

-

0.156

0.1785

-

-

-

0.17043

0.1534

0.17425

Koefisien kekasaran didapatkan dengan subtitusi rumus ke dalam persamaan gradien, lalu didapatkan nilai f untuk pipa biru tua adalah 1.926.

VIII.

DAFTAR PUSTAKA Giles, Ranald V. 1996. Seri Buku Schaum, Mekanika Fluida dan Hidraulika. Jakarta: Erlangga Victor, Stereten L. 1996. Fluid Mechanics. USA: Mc Graw Hill Book Company

ALAT UKUR DEBIT SALURAN TERTUTUP https://www.pdfcoke.com/doc/48780099/modul-4-kehilangan-dalam-sistem-perpipaan (Diakses pada 13 November 2107 pukul 19.48 WIB)