Percobaan 7 Energy Losses In Pipe.docx

LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA I (HKKK 535P)

PERCOBAAN 7 ENERGY LOSSES IN PIPE DOSEN PEMBIMBING: LAILAN NI’MAH, ST., M.Eng

DISUSUN OLEH KELOMPOK VIII

RAHMAN MAULANA

1610814210022

SISKA SEPTIANTI TRI CAHYANI

1610814120014

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

2018

ABSTRAK Energy loses in pipe adalah kerugian energi yang diakibatkan oleh suatu faktor dalam air melalui pipa. Salah satu penyebab energy losses ini adalah desain dari sistem perpipaan tersebut. Fluida yang mengalir didalam perpipaan akan mengalami gesekan sehingga akan menimbulkan kehilangan energi (energy losses). Berbagai industri kimia menerapkan analisis energy losses in pipe pada sistem perpipaan untuk mengetahui besarnya kerugian yang terjadi pada aliran. Contohnya di industri adalah pada perancangan sistem perpipaan pada pabrik. 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 ¾, 1¼, 1¾ dan 2¼ untuk kecepatan alir rendah maupun kecepatan aliran tinggi. Data percobaan yang didapatkan akan digunakan untuk menghitung nilai headloss dan friction factor pada aliran dalam pipa. Hasil dari percobaan didapat kecepatan alir rendah maupun tinggi secara umum nilai headloss semakin besar dengan bertambahnya kecepatan aliran. Pada kecepatan alir tinggi, friction factor yang didapat lebih kecil dan headloss yang ditimbulkan lebih besar dari kecepatan alir rendah. Nilai headloss pada percobaan kecepatan aliran tinggi berturut-turut sebesar 0,0497 m; 0,0756 m; 0,0931 m dan 0,1043 m. Sedangkan pada kecepatan aliran rendah nilai headloss berturut-turut sebesar 0,0441 m; 0,0665 m; 0,0791 m dan 0,0931 m. Kata kunci: headloss, friction factor, velocity, reynold number

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 Energy loses in pipe adalah kerugian energi yang diakibatkan oleh suatu

faktor dalam air melalui pipa. Pipa adalah saluran yang memiliki penampang lingkaran dan digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampungan aliran penuh. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerugian ini adalah viskositas atau kekentalan, kekasaran saluran, faktor friksi dalam pipa, kecepatan fluida dan Reynold number. Headloss adalah kerugian tekanan terjadi pada aliran internal. Aliran internal seperti pada perpipaan sangat sering mengalami headloss. Headloss terjadi karena gesekan fluida dengan dinding pipa dan hambatan pada pipa seperti belokan, cabang, katup dan sebagainya. Friction factor sendiri adalah kerugian energi mekanik sehingga tekanan down stream menjadi berkurang. Faktor friksi berhubungan dengan headloss yaitu jika fluida mengalir dalam pipa akan terdapat pola aliran (friksi) yang menimbulkan headloss. Aplikasi percobaan percobaan energy loses in pipe dalam dunia industri antara lain pada perancangan sistem perpipaan pada pabrik. Salah satu industri yang banyak menggunakan sistem perpipaan industri air bersih seperti PDAM dengan sistem perpipaan yang digunakan untuk pendistribusian air bersih dari PDAM untuk masyarakat. Manfaat dilakukannya percobaan ini adalah agar praktikan dapat menentukan friction factor dalam air melalui pipa sehingga dapat mengaplikasikan dalam dunia industri.

VII-1

VII-2

7.2

DASAR TEORI Aliran fluida digolongkan menjadi aliran laminar dan juga aliran bergejolak

(turbulen). Dalam suatu aliran laminar bagian-bagian fluida bergerak melalui jalurjalur yang sejajar satu dengan yang lain dan tetap mengikuti arah alir. Dalam suatu aliran bergejolak terdapat banyak gejolak ke samping kemudian meninggalkan arah alir, akan tetapi secara keseluruhan terdapat gerakan ke arah air.

(a)

(b) Gambar 7.1 (a) Aliran Laminar (b) Aliran Turbulen (Utomo,1984) Misalkan ada bidang padat yang berbatasan dengan cairan, umpannya sebuah mistar yang sebagian dicelupkan dalam air. Andaikan bahwa mula-mula tidak ada gerakan, pada suatu waktu bidang digerakkan dengan kecepatan yang tetap (). Maka akan terlihat bahwa mula-mula bagian dari cairan yang menempel pada bidang akan bergerak, akan tetapi kemudian bagian-bagian cairan yang nanti akan bergerak searah dengan arah gerakan bidang. Molekul-molekul cairan yang tidak langsung bersentuhan dengan bidang padat itu, bergerak dengan kecepatan yang

VII-3

lebih kecil dari , makin jauh dari bidang maka semakin kecil kecepatannya. Bidang padat dapat memindahkan momentum, mv ke arah tegak lurus pada arah kecepatan . Ke arah perpindahan momentum itu (tegak lurus arah ) terdapat suatu perubahan dalam besarnya kecepatan (Utomo, 1984). Manometer adalah suatu piranti yang sangat penting yang fungsinya ialah mengukur perbedaan tekanan. Pada gambar 7.3 diperlihatkan bentuk manometer yang paling sederhana. Andaikan bahwa bagian yang diarsir pada tabung U itu diisi dengan zat cair A, yang densitasnya ialah ρA, dan bahwa lengan tabung U diatas zat cair itu diisi dengan fluida B yang densitasnya ialah ρB. Fluida B tidak dapat bercampur dengan zat cair A dan lebih ringan dari A (tidak serapat A); biasanya, fluida B ini ialah gas seperti udara atau nitrogen.

Gambar 7.2 Manometer Sederhana (McCabe dkk,1956)

Fluida yang mengikuti Hukum Newton disebut fluida Newton, yang mempunyai harga μ yang tetap untuk temperatur tertentu. Viskositas merupakan sifat fisis fluida yang besarnya tergantung pada tekanan dan temperatur. Fluida yang viskositasnya selain pada tekanan dan temperatur, juga tergantung pada faktor-faktor lain, misalnya waktu, disebut fluida tak-Newton. Contoh cairan takNewton adalah pasta, aspal cair, dan sebagainya (Utomo, 1984). Friksi merupakan kerugian energi mekanik, sehingga tekanan downstream berkurang. Persamaan friction factor:

VII-4

64

𝑓 = 𝑅𝑒

;

……(7.1)

Re < 2100

Persamaan ini berlaku untuk aliran laminar, karena f dan NRe tidak berdimensi, maka persamaan dapat ditulis secara umum sebagai: ……(7.2)

𝑓 = 𝜃 (𝑁𝑅𝑒) Re <2100

Dimana fungsionalnya akan bergantung pada efek relative pada mekanisme molekular dan turbulen. Beberapa persamaan f tidak menyatakan perbedaan dalam keseluruhan. Faktor friksi disini adalah: (−∆𝑃) 𝐷

𝑓 = 2 𝑣−2 𝐿 𝜌

;

……(7.3)

Re 2100

Sedangkan persamaan yang lebih tepat untuk range 3.000 ≤ NRe ≤ 3.000.000 adalah (Foust, 1980): 𝑓 = 0,0056 +

0,5 NRe0,32

;

R< 2100

……(7.4)

Headloss merupakan suatu fenomena merugikan aliran di dalam sistem perpipaan. Headloss sangat merugikan dalam aliran fluida di salam sistem perpipaan dikarenakan headloss dapat menurunkan tingkat efisien aliran suatu fluida. Headloss dapat diukur dengan cara melewatkan fluida air pada pipa dengan panjang tertentu. Kemudian diukur selisih tekanan yang terjadi dalam bentuk head dengan menggunakan manometer. Salah satu penyebab headloss adalah konstruksi desain dari sistem perpipaan tersebut. Arti fisik dari headloss adalah kehilangan yang mekanik persatuan massa fluida, sehingga satuan headloss adalah sebuah panjang yang setara dengan satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan panjang yang bersesuaia. Headloss terbagi menjadi dua bagian, yaitu (Helmizar, 2010). 1. Headloss mayor (rugi mayor) Rugi mayor yang diakibatkan gesekan dimana antara dua fluida dengan pipa lurus yang mempunyai luas penampang yang ketab.

VII-5

2. Headloss minor (Rugi minor) Besar nilai dari kehilangan energi aliran fluida di dalam pipa yang disebabkan oleh perubahan luas penampang jalan aliran, entrance, fitting dan lain sebagainya. Kecepatan aliran dibedakan menjadi dua jenis kecepatan aliran, yaitu kecepatan aliran tinggi dan kecepatan aliran rendah. Kecepatan aliran tinggi adalah aliran yang sumber airnya berasal dari pompa sehingga menghasilkan debit dan aliran yang lebih besar. Sedangkan kecepatan aliran rendah adalah aliran yang sumber airnya berasal dari reservoir dalam alat, sehingga kecepatan dan debit alirnya tidak terlalu besar (Arip, 2004). Fluida biasanya ditransportasi di dalam pipa atau tabung yang penampangnya bundar dan terdapat di pasaran dalam berbagai ukuran, tebal dinding dan bahan konstruksi. Sebetulnya tidak ada perbedaan antara istilah pipa (pipe) dan tabung (tubing). Pada umumnya pipa berdinding tebal, diameternya relatif besar dan tersedia dalam panjang yang sedang, yaitu antara 20 sampai 40 ft, tabung berdinding tipis dan biasanya terdapat dalam bentuk gulungan yang panjangnya sampai beberapa ratus kaki. Dinding pipa biasanya agak kesat dan dinding tabung sangat licin. Pipa dan tabung dibuat dengan menggunakan berbagai macam bahan. Dalam pabrik-pabrik pengolahan, bahan yang paling umum digunakan ialah baja karbon-rendah yang dibuat menjadi pipa yang dikenal dengan nama pipa besi hitam (black-iron pipe). Pipa besi tempa (wrought iron) dan besi cor juga banyak digunakan untuk tujuan-tujuan khusus (McCabe dkk, 1999). Istilah kinematik berkenaan dengan deskripsi kuantitatif dari pergerakan fluida atau deformasi. Laju deformasi bergantung pada distribusi dari kecepatan dalam fluida. Kecepatan fluida (v) merupakan kuantitas vektor, dengan tiga komponen kartesian vx, vy dan vz. Vektor kecepatan fluida merupakan fungsi dari posisi dan waktu. Aliran steady adalah salah satu contoh dari kecepatan fluida yang bergantung pada waktu, sedangkan aliran unsteady merupakan kecepatan fluida yang bervariasi terhadap waktu (Perry, 1997). Kondisi aliran dibedakan menjadi dua yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar ditandai dengan garis-garis aliran yang tidak saling

VII-6

memotong, sedang turbulen garis alirannya saling memotong (Maryono dkk, 2003) Tegangan geser dan juga fluks momentum dapat dibagi menjadi dua jenis, satu jenis tegangan geser itu ditimbulkan oleh suku kecepatan yang searah dengan arah alir aliran dan disebut tegangan geser aliran laminar. Selain tegangan geser aliran laminar itu ada lagi tegangan geser yang ditimbulkan oleh suku kecepatan ke kedua arah sumbu yang lain. Tegangan geser ini disebut tegangan geser aliran bergolak. Unutk memperoleh fungsi penyebaran kecepatan dalam aliran bergolak tidak dapat ditempuh dengan jalan analisa lengkap, akan tetapi terpaksa digunakan juga persamaan hasil percobaan. Dari hasil analisa dapat diperoleh penyebaran kecepatan untuk aliran laminar dalam pipa: Vz

r 2

= 1- (R) Vz,𝑚𝑎𝑥

………(7.5)

Untuk aliran bergolak dalam pipa maka hasil percobaan telah didapat penyebaran kecepatan secara kasar yang berlaku hanya untuk bilangan Reynolds antara 10.000 dan 100.000: Vz

𝑟

1⁄ 7

= (1 − 𝑅) Vz,𝑚𝑎𝑥

………(7.6)

Perbandingan penyebaran kecepatan dalam aliran laminar dan bergejolak dalam pipa dapat dilihat pada Gambar 7.2

Gambar 7.3 Penyebaran Kecepatan Aliran Laminar dan Bergolak (Utomo, 1984)

7.3

METODOLOGI PERCOBAAN

7.3.1

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

-

Hydraulic bench (F1-10)

-

Peralatan pipe friction (F-18)

-

Stopwatch

-

Termometer

-

Gelas ukur 50 mL, 100 mL, dan 250 mL.

Deskripsi Alat :

Keterangan: 1.

Air bleed screw

2.

Pressure tapping (H.P)

3.

Test section

4.

Mercury manometer

5.

Pressure water manometer

6.

Pressure tapping (L.P)

7.

Flow control valve

8.

Adjustable feet

9.

Inlet pipe to constant head tank

10. Inlet pipe to test section 11. Pipe clips 12. Constant head tank 13. Air inlet/outlet valve 14. Air pump 15.

Flexible outlet pipe from head tank overflow

Gambar 7.4 Rangkaian Alat Energy Losses In Pipe

VII-7

VII-8

7.3.2

Bahan Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah air.

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 valve dibuka 3. Flow control valve dibuka sedikit demi sedikit agar ada aliran fluida 4. Air bleed screw dibuka hingga udara dipastikan tidak ada yang terperangkap didalam manometer Hg. 5. Air bleed screw dan flow control valve ditutup 6. Ketingggian (ho) pada manometer dibaca pada apabila sudah steady.

7.3.3.1.2 Pengambilan Data 1. Flow control valve dibuka pada bukaan ¼, 1¼, 2¼ dan 3¼. 2. Headloss yang tertera pada manometer dibaca. 3. Volume dan temperature fluida yang tertampung dalam gelas ukur selama 10 detik diukur. 4. Percobaan diulangi sebanyak 3 kali untuk masing-masing bukaan.

7.3.3.2 Kecepatan Aliran Rendah 7.3.3.2.1 Setting Up Alat 1. Inlet pipe to test section dihubungkan header in flow. 2. Inlet pipe to constant head tank dihubungkan dengan hydraulic bench flow connector. 3. Pompa dinyalakan dan bench gate valve dibuka. 4. Air bleed screw dan vent udara pada pada manometer air dibuka jingga udara tidak ada yang terperangkap di dalam manometer. 5. Flow control valve dibuka hingga ketinggian air pad amanometer menurun. 6. Air bleed screw ditutup kemudian flow control valve dan vent udara ditutup.

VII-9

7. Ketingggian (ho) pada manometer dibaca pada apabila sudah steady.

7.3.3.1.3 Pengambilan Data 1. Flow control valve dibuka pada bukaan ¼, 1¼, 2¼ dan 3¼. 2. Headloss yang tertera pada manometer dibaca. 3. Volume dan temperature fluida yang tertampung dalam gelas ukur selama 10 detik diukur. 4. Percobaan diulangi sebanyak 3 kali untuk masing-masing bukaan.

7.4

PEMBAHASAN

7.4.1

Hasil Pengamatan

Tabel 7. 1 Hasil Pengamatan Kecepatan Aliran Tinggi Bukaan No.

flow control

Volume 1 Volume 2 Volume 3

Volume avg

Waktu

Temperatur

h0

h1

h2

(m3)

(m3)

(m3)

(m3)

(s)

(oC)

(m)

(m)

(m)

valve 1.

¾

2,3x10-5

2,5x10-5

2,3x10-5

2,36x10-5

10

29

0,240

0,242

0,238

2.

1¼

3,7x10-5

3,6x10-5

3,5x10-5

3,6x10-5

10

29

0,240

0,245

0,235

3.

1¾

4,4x10-5

4,3x10-5

4,6x10-5

4,43x10-5

10

29

0,240

0,250

0,230

4.

2¼

4,8x10-5

5,1x10-5

5,0x10-5

4,96x10-5

10

29

0,240

0,255

0,225

VII-10

Tabel 7. 2 Hasil Pengamatan Kecepatan Aliran Rendah Bukaan No.

flow control

Volume 1 Volume 2 Volume 3

Volume avg

Waktu

Temperatur

h0

h1

h2

(m3)

(m3)

(m3)

(m3)

(s)

(oC)

(m)

(m)

(m)

valve 1.

¾

2,1x10-5

2,1x10-5

2,1x10-5

2,1x10-5

10

29

0,371

0,399

0,342

2.

1¼

3,2x10-5

3,2x10-5

3,1x10-5

3,16x10-5

10

29

0,371

0,409

0,333

3.

1¾

3,8x10-5

3,7x10-5

3,8x10-5

3,76x10-5

10

29

0,371

0,412

0,325

4.

2¼

4,4x10-5

4,5x10-5

4,4x10-5

4,43x10-5

10

29

0,371

0,425

0,315

VII-11

7.4.2

Hasil Perhitungan

Tabel 7.3 Hasil Perhitungan Kecepatan Alir Tinggi Test Pipe (m) No.

Bukaan

Length, L (m)

Diameter, d (m)

Volume avg, V (m3)

Time to collect, (s)

Temp. of water, (0C)

Kinematic Viscosity, ν (m2/s)

h0

h1

h2

(m)

(m)

(m)

Headloss, ∆hf (m)

1.

¾

0,5

0,003

2,36x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,240

0,242

0,238

0,0497

2.

1¼

0,5

0,003

3,6x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,240

0,245

0,235

0,0756

3.

1¾

0,5

0,003

4,43x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,240

0,250

0,230

0,0931

4.

2¼

0,5

0,003

4,96x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,240

0,255

0,225

0,1043

Flowrate,

Velocity

Qt

v

(m3/s)

(m/s)

2,3667x10-6

0,3350

0,0521

1228,5501

3,6x10-6

0,5096

0,0342

1868,7805

4,4333x10-6

0,6275

0,0278

2301,3685

-6

0,7030

0,0248

2578,2249

4,9667x10

Friction faktor, (f)

Reynolds number, (NRe)

VII-12

Tabel 7.4 Hasil Perhitungan Kecepatan Alir Rendah Test Pipe (m) No.

Bukaan

Length, L (m)

Diameter, d (m)

Volume avg, V (m3)

Time to collect, (s)

Temp. of water, (0C)

Kinematic Viscosity, ν (m2/s)

h0

h1

h2

(m)

(m)

(m)

Headloss, ∆hf (m)

1.

¾

0,5

0,003

2,1x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,371

0,399

0,342

0,044

2.

1¼

0,5

0,003

3,16x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,371

0,409

0,333

0,0665

3.

1¾

0,5

0,003

3,76x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,371

0,412

0,325

0,0791

4.

2¼

0,5

0,003

4,43x10-5

10

29

8,1800x10-7

0,371

0,425

0,315

0,0931

Flowrate,

Velocity

Qt

v

(m3/s)

(m/s)

2,1x10-6

0,2972

0,0587

1090,1219

3,1667x10-6

0,4482

0,0389

1643,8347

3,7667x10-6 4,4333x10-6

0,5331 0,6275

0,0327 0,0278

1955,2981 2301,3685

Friction faktor, (f)

Reynolds number, (NRe)

VII-13

VII-14

7.4.2

Pembahasan Headloss merupakan hilangnya energi mekanik persatuan massa fluida.

Sedangkan friction factor adalah fungsi kekasaran relatif dari dinding pipa bagian dalam yang tergantung dari jenis bahan pipa yang digunakan serta merupakan fungsi turbulensi aliran yang dinyatakan sebagai Reynolds number. Reynolds number dapat berhubungan langsung dengan headloss atau kerugian energi yang diakibatkan oleh friksi dalam aliran melalui pipa. Headloss yang timbul pada aliran suatu fluida dalam pipa dapat dapat disebabkan oleh ketidakberaturan saluran ukuran dan bentuk seperti debit fluida tersebut. Pada percobaan ini, kecepatan aliran tinggi yaitu aliran yang sumber airnya berasal dari pompa sehingga menghasilkan debit dan volume aliran yang lebih besar. Sedangkan kecepatan aliran rendah yaitu aliran yang sumber airnya berasal dari reservoir. Maka dari itu, kecepatan dari aliran rendah debitnya tidak terlalu besar. Hal ini dapat ditunjukkan dengan meningkatnya Reynolds number. Semakin besar debit aliran fluida maka tekanan akan semakin besar. Berdasarkan hasil perhitungan, pada kecepatan aliran tinggi maupun rendah dapat dibuat grafik hubungan antara velocity () dan headloss (hf) yang dapat dilihat pada Gambar 7.3 sebagai berikut: 0.12

Headloss (m)

0.1 0.08 0.06

Tinggi

0.04

Rendah

0.02 0 0.0

0.2

0.4 Velocity (m/s)

0.6

0.8

Gambar 7.5 Hubungan Headloss (hf) dan Velocity () pada Kecepatan Aliran Tinggi dan Kecepatan Aliran Rendah

VII-15

Berdasarkan Gambar 7.3 menunjukkan bahwa headloss berbanding lurus terhadap velocity. Semakin besar velocity maka headlossnya juga semakin besar. Hal ini dikarenakan laju aliran besar maka debit yang terjadi juga besar sehingga tekanan yang ditimbulkan fluida terhadap dinding pipa meningkat dan menyebabkan headloss semakin besar. Headloss pada kecepatan aliran tinggi lebih besar daripada aliran rendah. Hal ini karena pada aliran tinggi debit air lebih besar daripada kecepatan aliran rendah. Percobaan ini telah sesuai dengan hukum Reynolds yaitu semakin besar velocity maka semakin besar pula (McCabe dkk, 1999). Pasda grafik terlihat bahwa garis pada aliran tinggi dan aliran rendah untuk beberapa titik saling berimpit. Hal tersebut dipengaruhi oleh bukaan flow control valve. Bukaan flow control valve dapat mempengaruhi velocity suatu aliran. Nilai headloss dapat dihitung melalui persamaan (Foust, 1980):

∆ℎ𝑓 =

𝑓.𝐿.𝑉 2 𝐷.2.𝑔

...(7.7)

Berdasarkan rumus diatas, faktor-faktor yang berpengaruh terhadap nilai headloss (hf) adalah gravitasi, diameter pipa, panjang pipa, velocity dan friction factor. Headloss untuk kerugian oleh fraksi dalam air melalui pipa dapat berhubungan langsung dengan Reynolds number. Berikut merupakan grafik antara Reynolds number dan friction factor pada kecepatan aliran tinggi dan kecepatan aliran rendah dapat dilihat pada Gambar 7.4 sebagai berikut:

VII-16

0.07

Friction Factor (f)

0.06 0.05 0.04 Tinggi

0.03

Rendah

0.02 0.01 0

0

1000 2000 Reynolds Number (Re)

3000

Gambar 7.6 Hubungan Friction factor (f) dengan Reynolds number (NRe) pada Kecepatan Aliran Tinggi dan Kecepatan Aliran Rendah Berdasarkan Gambar 7.4 di atas menunjukkan Reynolds number berbanding terbalik terhadap friction factor. Hal ini sudah sesuai dengan persamaan 7.3 yang menyatakan bahwa semakin tinggi Reynolds number suatu aliran maka semakin rendah friction factor yang ditimbulkan. Dari percobaan, terjadi penurunan dari nilai friction factor di setiap aliran. Hal tersebut disebabkan beberapa faktor seperti kecepatan alir, diamter pipa, viskositas kinematik dan ketidakstabilan aliran yang mempengaruhi pengambilan data. Pada grafik terlihat bahwa garis pada aliran tinggi dan aliran rendah untuk beberapa titik saling berhimpit. Hal tersebut dipengaruhi oleh bukaan flow control valve. Bukaan flow control valve dapat mempengaruhi velocity suatu aliran. Velocity suatu aliran mempengaruhi Reynolds number. Adapun hubungan friction factor dengan Reynolds number dapat dilihat dari persamaan berikut (Foust, 1980):

𝐹=

64 𝑁𝑅𝑒

...(7.8)

Berdasarkan persamaan diatas dapat diketahui hubungan friction factor berbanding terbalik dengan Reynolds number. Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya nilai Reynolds number diantaranya yaitu viskositas, dan diameter pipa serta kecepatan

VII-17

aliran fluida. Faktor-faktor yang mempengaruhi friction factor adalah kekasaran relatif pipa dan Reynolds number. Berdasarkan grafik yang didapat, maka dapat dikatakan hasil percobaan sudah sesuai dengan teori Reynolds yang menyatakan bahwa semakin besar Reynolds number maka friction factor akan semakin kecil.

VII-18

7.5

PENUTUP

7.5.1

Kesimpulan Kesimpulan yang

dapat diambil dari percobaan ini adalah nilai dari

headloss pada bukaan ¾, 1¼, 1¾ dan 2¼ masing-masing pada kecepatan aliran tinggi adalah 0,0497 m; 0,0756 m; 0,0931 m dan 0,1043 m. Sedangkan pada kecepatan aliran rendah adalah 0,0441 m; 0,0665 m; 0,0791 m dan 0,0931 m. Nilai friction factor pada bukaan ¾, 1¼, 1¾ dan 2¼ masing-masing pada kecepatan aliran tinggi adalah 0,0521; 00,0342; 0,0278 dan 0,1043. Sedangkan pada kecepatan aliran rendah adalah 0,0587; 0,0389; 0,0327 dan 0,0278.

7.5.2

Saran Saran yang dapat diberikan pada percobaan ini adalah dengan manambah

variasi bukaan flow control valve menjadi 3½, 4, 4½ dan 5 agar dapat membandingkan data hasil percobaan menggunakan bukaan valve maksimal (5) dengan bukaan valve lainnya pada alat percobaan energy loses in pipe.

DAFTAR PUSTAKA

Arip Dwiyantoro, B. 2004. Studi Eksperimental Tentang Pengaruh Protituding (Tonjolan) pada Pipa Lurus Bercabang 45 dan 60 Terhadap Distribusi Kecepatan dan Tekanan Aliran. ITS. Surabaya.

Foust, A.S. 1980. Principles of Unit Operations. John Willey and Sons, Inc . New York. Helmizar. 2010. Studi Eksperimental Pengukuran Head Losses Mayor (Pipa PVC Diameter ¾”) dan Head Losses Minor (Belokan Knee 90 Diameter ¾”) Pada Sistem Instalasi Pipa. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin. Volume 1. No.2:59-64. Maryono, A, dkk. 2003. Hidrolika Terapan. Pradnya Paramita . Jakarta.

McCabe, W.L, dkk. 1999. Operasi Teknik Kimia Jilid 1. Erlangga . Jakarta. Perry, R.H. 1997. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook 7th Edition. McGrawHill Companies, Inc . New York. Utomo, T. 1984. Teori Dasar Phenomena Transport. Binacipta . Bandung.

DP-VII-1

DAFTAR NOTASI

L = Panjang pipa (m) d = Diameter pipa (m) g = percepatan gravitasi (m/s2) T = Temperatur (oC) V = Volume (m3) Δh = Perbedaan tinggi manometer h2 dan h1 (m) Δhf= Headloss (m) h0 = 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 air (s)

DN-VII-1

LAMPIRAN PERHITUNGAN

1. Kecepatan Aliran Tinggi Bukaan ¾ a. Volume rata-rata (V) 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 𝑛 23 + 25 + 23 = 3

𝑉=

= 0,000023667 𝑚3

b. Tinggi pada manometer (h) ∆ℎ = ℎ1 − ℎ2 = (242 − 238). 10−3 𝑚 = 4𝑥10−3 𝑚

c. Flowrate (Qt) 𝑄𝑡 =

𝑉 0,00002533 = 𝑡 10 3 = 2,3667𝑥10−6 𝑚 ⁄𝑠

d. Velocity (v) Diketahui: d test pie= 0,003 m 3 4(𝑄𝑡) 4(2,3667𝑥10−6 ) 𝑚 ⁄𝑠 𝑣= = 𝜋𝑑 2 3,14(0,003 𝑚)2 = 0,3350 𝑚⁄𝑠

e. Bilangan Reynolds (Re) Diketahui: T= 29 oC Kinematic viskosity (V)= 0,818x10-6 m2/s

LP-VII-1

LP-VII-2

𝑅𝑒 =

𝑣. 𝑑 0,3350 𝑚⁄𝑠 . 0,003 𝑚 = 2 𝑉 0,818𝑥10−6 𝑚 ⁄𝑠 = 1228,5501

f. Friction faktor (laminar) 𝑓=

64 64 = = 0,0521 𝑅𝑒 1228,5501

g. Headloss ∆ℎ𝑓 =

𝐹. 𝐼. 𝑉 2 0,0521.0,5 𝑚. (0,3350 𝑚⁄𝑠)2 = 2. 𝑔. 𝑑 2.9,8 𝑚⁄𝑠 . 0,003 𝑚 = 0,0497 𝑚

Hasil Perhitungan pada bukaan 1¼, 2¼ dan 3¼ dapat dilihat pada Tabel 7.3

2. Kecepatan Aliran Rendah Bukaan ¾ a. Volume rata-rata (V) 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 𝑛 21 + 21 + 21 = 3

𝑉=

= 2,1𝑥10−5 𝑚3

b. Tinggi pada manometer (h) ∆ℎ = ℎ1 − ℎ2 = (399 − 342). 10−3 𝑚 = 57𝑥10−3 𝑚

c. Flowrate (Qt) 𝑄𝑡 =

𝑉 2,1𝑥10−5 𝑚3 = 𝑡 10

LP-VII-3

3 = 2,1𝑥10−6 𝑚 ⁄𝑠

d. Velocity (v) Diketahui: d test pie= 0,003 m 3 4(𝑄𝑡) 4(2,1𝑥10−6 ) 𝑚 ⁄𝑠 𝑣= = 𝜋𝑑 2 3,14(0,003 𝑚)2 = 0,2972 𝑚⁄𝑠

e. Bilangan Reynolds (Re) Diketahui: T= 29 oC Kinematic viskosity (V)= 0,818x10-6 m2/s 𝑣. 𝑑 0,2972 𝑚⁄𝑠 . 0,003 𝑚 𝑅𝑒 = = 2 𝑉 0,818𝑥10−6 𝑚 ⁄𝑠 = 1090,1219

f. Friction faktor (laminar) 𝑓=

64 64 = = 0,0587 𝑅𝑒 1090,1219

g. Headloss ∆ℎ𝑓 =

𝐹. 𝐼. 𝑉 2 0,0587.0,5 𝑚. (0,2972 𝑚⁄𝑠)2 = 2. 𝑔. 𝑑 2.9,8 𝑚⁄𝑠 . 0,003 𝑚 = 0,0441 𝑚

Hasil Perhitungan pada bukaan 1¼, 2¼ dan 3¼ dapat dilihat pada Tabel 7.4