Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan (1)
Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan 90 ˚Terhadap Head Losses
Aliran Pipa
PROPOSAL
Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
OLEH :
AHMAD FARHUN
(D331 11 265)
PRORAM STUDI TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
JURUSAN PERKAPALAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
GOWA
2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala berkah, limpahan
rahmat , hidayah-Nya, kesehatan serta nafas sehingga penulis dapat menyelesaikan
proposal skripsi,yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik pada Fakultas Teknik Perkapalan Universitas Hasanuddin yang berjudul
“Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan 90˚ Terhadapa Head Losses
Aliran Pipa”.
Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari kata kesempurnaan,
baik dari cara penyajian maupun teknik penulisan, mengingat keterbatasan waktu dan
kapasitas sebagai mahasiswa,untuk itu koreksi dan saran- saran penulis harapkan untuk
perbaikan selanjutnya.
Karya ini, penulis persembahkan kepada kedua orang tua yang sangat
penulis kasihi dan sayangi, ayahanda Jaenuddin dan kepada Ibunda Rahmah Daeng
yang telah banyak member support dan doa yang penuh keikhlasan yang tiada batasnya.
Dan kepada Semua pihak yang belum bisa saya sebutkan pada kesempatan ini.
Akhir kata, penulis hanyalah manusia biasa yang tak luput dari salah dan khilaf.
Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis memohon maaf dan mengharap
kritik dan saran yang membangun. Semoga proposal ini dapat menambah wawasan dan
bermanfaat bagi semua pihak. Aamiin
Makassar,
Penulis
Maret 2017
DAFTAR ISI
SAMPUL............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR...........................................................................................ii
DAFTAR ISI ........................................................................................................iii
BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................
1.2 Rumusan Masalah...................................................................................
1.3 Batasan Masalah .....................................................................................
1.4 Tujuan Penilitian.....................................................................................
1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................
1.6 Sistematika Penulisan .............................................................................
BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................
2.1 Definisi Tentang Fluida ..........................................................................
2.2 Pengertian Pipa .......................................................................................
2.3 Sambungan Pada Pipa.............................................................................
2.4 Aliran Melalui Pipa.................................................................................
2.5 Kehilangan Tenaga Aliran Melalui Pipa.................................................
2.6 Kehilangan Energi Karena Gesekan Pada Pipa ......................................
2.7 Kehilangan Tenaga Pada Belokan ..........................................................
2.8 Bilangan Reynoalds ................................................................................
2.9 Kehilangan Tinggi Tekan Pada Pipa.......................................................
2.10 Manometer .............................................................................................
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian.................................................................
3.2 Tahap Dalam Penyelesaian Penelitian ....................................................
3.3 Alat dan Peralatan Penelitian ..................................................................
3.4 Tahap Pengujian......................................................................................
3.5 Pengoperasian Alat .................................................................................
3.6 Tahap Analisis ........................................................................................
3.7 Bagan Alir Penelitian..............................................................................
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kapal merupakan alat transportasi laut yang banyak digunakan saat ini. Dalam
melakukan pelayaran dari satu pelabuhan ke pelabuhan lain dengan muatan barang, kapal
juga mengangkut kebutuhan ABK kapal seperti air, bahan bakar, pelumas, dan muatan
cairan lainnya untuk kebutuhan operasional kapal selama berlayar. Untuk mengalirkan
fluida dari tempat rendah ke tempat yang tinggi atau sebaliknya, dibutuhkan sistem
perpipaan untuk memindahkan fluida tersebut dengan bantuan pompa atau mesin. Selain
peralatan utama yang digunakan, ada bagian-bagian yang tidak kalah penting dimana
dalam bagian ini, sering terjadi peristiwa-peristiwa yang dapat mengurangi efisiensi kerja
yang diinginkan. Bagian dari peralatan ini dapat berupa pipa-pipa yang dihubungkan.
Dalam menggunakan pipa yang harus diperhatikan adalah karasteristik dari fluida yang
digunakan, misalnya: sifat korosi, explosive, racun, suhu dan tekanan. Apabila fluida
dilewatkan ke dalam pipa maka akan terjadi gesekan antara pipa dengan fluida tersebut.
Besarnya gesekan yang terjadi tergantung pada kecepatan, kekerasan pipa, diameter dan
viskositas fluida yang digunakan.
Bentuk-bentuk kerugian energi pada aliran fluida antara lain dijumpai pada aliran
dalam pipa. Kerugian-kerugian tersebut diakibatkan oleh adanya gesekan dengan dinding,
perubahan luas penampang, sambungan, katup-katup, belokan pipa dan kerugian-kerugian
khusus lainnya. Pada belokan atau lengkungan kerugian energi aliran yang terjadi lebih
besar dibandingkan dengan pipa lurus.
Pada pendistribusian air sambungan belokan pipa sangat banyak ditemukan dalam
sistem jaringan pipa kapal. Hal ini dipengaruhi oleh konstruksi kapal yang mengharuskan
arah aliran pipa dirubah dengan menggunakan sambungan. Dilihat dari jenis sambungan
dan belokan mempunyai kehilangan energi yang beragam tergantung jenis sambungan
yang digunakan.
Dengan mengetahui kerugian energi dalam suatu sistem atau instalasi perpipaan
yang memanfaatkan fluida mengalir sebagai media, efesiensi penggunaan energi dapat
ditingkatkan sehingga diperoleh keuntungan yang maksimal. Salah satu bagian dari
instalasi perpipaan yang dapat menyebabkan kerugian-kerugian adalah gesekan pada
dinding pipa dan sambungan belokan pipa.
Besarnya head losses pada sambungan belokan pipa tersebut dipengaruhi oleh
beberapa faktor, seperti : diameter, debit, viskositas, dan sudut pada sambungan belokan
pipa tersebut. Oleh karena itu penulis menuangkan topik tersebut dalam skripsi dengan
judul:
“Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan 90˚ Terhadapa Head
Losses Aliran Pipa”
Dalam penelitian aliran dalam pipa ini menggunakan alat C6MKII Fluid Friction
Measurements yang merupakan suatu rangkaian jaringan pipa yang dapat digunakan untuk
mengukur kehilangan energi akibat berlokan yang terjadi apabila fluida mengalir di dalam
pipa.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian pada latar belakang, rumusan masalah yang dapat disusun
sebagai berikut:
1. Berapakah kehilangan energi yang diakibatkan oleh sambungan dan belokan?
2. Bagaimana hubungan antara kecepatan aliran dengan kehilangan energi yang
terjadi pada masing-masing belokan?
3. Bagaimana hubungan antara kehilangan tinggi tekan pada pipa (H ukur dan H
hinting) pada masing-masing belokan?
4. Bagaimana kecenderungan (trend) yang di dapatkan terhadap kedua belokan
tersebut?
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan ini agar masalah tidak melebar dan menjauh maka studi ini di batasi
pada beberapa masalah sebagai berikut:
1. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Fluida dan Hidraulika
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar.
2. Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah satu set piranti Armfield C6MKII-10
3. Pengujian dibatasi pada belokan pipa berjari-jari dan patah.
4. Pengujian dilakukan pada percabangan/sambungan belokan.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah:
1. Menghitung head losses pada belokan pipa berjari-jari dan patah.
2. Mengetahui kehilangan tenaga akibat adanya belokan pada pipa.
3. Mengetahui hubungan antara kehilangan energi akibat belokan dengan
kecepatan aliran.
4. Mengetahui hubungan antar H ukur dan H hitung pada belokan.
5. Mengetahui
kecenderungan
(Trend)
yang
didapatakan
dengan
membandingkan kedua belokan tersebut.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dilakukannya penelitian ini adalah:
1. Sebagai bahan dalam perencaan belokan pipa pada jaringan perpipaan.
2. Dapat dijadikan referensi dalam penelitian selanjutnya berkaitan dengan
masalah ini.
1.6 Sistematika Penulisan
Secara garis besar, penulis membagi kerangka masalah dalam beberapa bagian
yaitu sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini meliputi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan
manfaat dan sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI
Berisi tentang teori-teori dasar yang menunjang dan akan digunakan dalam
pembahasan skripsi ini terutama yang berisi tentang definisi pipa, sistem
perpipaan, kehilangan energi dan kehilangan tekanan akibat belokan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini menunjukkan lokasi dan waktu penelitian, sistematika penelitian,
alat-alat yang digunakan serta metode yang dipakai dalam pengambilan data.
BAB IV PEMBAHASAN
Bab ini menyajikan hasil penelitian yang didapatkan dan membahas hasil dari
penelitian tersebut.
BAB V
PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dan saran sebagai jawaban akhir dari permasalahan
yang dianalisa.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Defenisi Tentang Fluida
Fluida merupakan suatu zat/bahan yang dalam keadaan setimbang tak dapat
menahan gaya atau tegangan geser (shear force). Dapat pula didefinisikan sebagai zat
yang dapat mengalir bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi. Suatu sifat dasar fluida
nyata, yaitu tahanan terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan geser yang terjadi pada
bidang geser yang dikenai tegangan tersebut adalah viskositas atau kekentalan/kerapatan
zat fluida tersebut. (Raswari, 1986)
Fluida dapat didefinisikan sebagai suatu zat mampu alir dan dapat menyesuaikan
bentuk dengan bentuk wadah yang ditempatinya, serta apabila diberikan tegangan geser,
betapapun kecilnya akan menyebabkan fluida tersebut bergerak dan berubah bentuk
secara terus-menerus selama tegangan tersebut bekerja (White, 1986).
Dengan pengertian diatas maka fluida dapat dibedakan atas zat cair dan gas.
Dimana kedua zat ini pun berbeda secara teknis akibat gaya kohesif. Zat cair cenderung
mempertahankan volumenya dan akan membutuhkan permukaan bebas dalam medan
gravitasi. Aliran muka bebas sangat dipenuhi efek gravitasi sedangkan zat gas akan
memuai dengan bebas sampai tertahan oleh dinding yang membatasinya. Gas tersebut
akan membentuk atmosfir yang pada hakekatnya akan bersifat hidrostatik.
2.2. Pengertian Pipa
Pipa adalah saluran tertutup sebagai sarana pengaliran atau transportasi fluida,
sarana pengaliran atau transportasi energi dalam aliran. Pipa biasanya ditentukan
berdasarkan ukuran nominalnya, sedangkan tube merupakan salah satu jenis pipa yang
ditetapkan berdasarkan diameter luarnya.
Dalam suatu perusahaan industri, pipa merupakan salah satu peralatan pokok
diluar rangkaian proses yang dipergunakan untuk mengalirkan suatu fluida, yaitu berupa
fluida cair dan fluida gas. Fluida yang mengalir ini memiliki temperatur dan tekanan yang
berbeda-beda. Bentuk kontruksi pipa yang terdapat di suatu perusahaan industri
dipengaruhi oleh jenis fluida yang akan dialirkan melalui pipa tersebut dengan
mempertimbangkan pengaruh lingkungan yang ada.
Pipa digunakan sebagai saluran untuk mengalirkan air, minyak, gas dan cairancairan lain. Pipa yang dimaksud dalam hal ini terdiri dari pipa itu sendiri dan juga
termasuk fitting, katup dan komponen-komponen lainnya yang merupakan sistem
perpipaan, komponen-komponen pipa adalah : Pipa, flens (flanges), katup (valves), alat
penyambung (fittings), dan lain sebagainya.(Solomo, 2010)
2.3. Sambungan Pada Pipa
Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa.
Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada aliran fluida. Dengan
adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan
tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak sambungan, fluida yang
mengalir di dalamnya akan mengalami banyak kehilangan energi.
Dalam sistem pipa salah satu konstruksinya adalah menggunakan sambungan
yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluida ke suatu tempat tertentu. Salah satu
efek yang muncul pada aliran ketika melewati suatu sambungan yang berkaitan dengan
pola aliran adalah adanya ketidakstabilan aliran atau fluktuasi aliran. Fluktuasi aliran
yang terjadi terus-menerus pada belokan pipa akan memberikan beban impak secara acak
pada sambungan tersebut. Akibat pembeban impak secara acak yang berlangsung terusmenerus bisa menyebabkan getaran pada pipa.
2.4. Aliran Melalui Pipa
Pipa merupakan saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran dan
digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialirkan
melalui pipa biasanya bisa berupa zat cair atau gas, dan tekanan bisa lebih besar atau lebih
kecil dari tekanan atmosfir.
Sistem tata pipa merupakan rangkaian pengaturan penyambungan pipa untuk
mengatur jalan keluarnya air sesuai yang dikehendaki. Sistem perpipaan yang berfungsi
untuk mengalirkan zat cair dari satu tempat ke tempat lain. Aliran terjadi karena adanya
perbedaan tinggi tekanan di kedua tempat yang disebabkan oleh adanya perbedaan elevasi
muka air atau karena digunakannya pompa.
2.5. Kehilangan Tenaga Aliran Melalui Pipa
Pada zat cair yang mengalir di dalalam bidang batas, misalnya pipa akan terjadi
tegangan geser dan gradient kecepatan pada seluruh medan aliran karena adanya
kekentalan. Tegangan geser tersebut akan menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga
selama pengaliran. Persamaan Bernoulli di bawah ini :
Z1 +
1
+
1²
= Z2 +
2
2
+
2²
+ hf
2
Apabila pipa mempunyai penampang yang konstan, makan V1 = V2, dan
persamaan diatas dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana untuk kehilangan
tenaga akibat gesekan.
h¹ = (Z1 +
)
(Z2 +
atau
hf =
Z+
keterangan:
hf = kehilangan tenaga (m)
Z1 = Tinggi elevasi di titik 1 (m)
Z2 = Tinggi elevasi di titik 2 (m)
P1 = Tekanan di titik 1 (N/m²)
)
P2 = Tekanan di titik 2 (N/m²)
V1 = Kecepatan aliran di titik 1 (m/s)
V2 = Kecepatan aliran di titik 2 (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s²)
γ
= Berat jenis (kg/m².s²)
2.6. Kehilangan Energi Karena Gesekan Pada Pipa
Kehilangan energi akibat gesekan disebut juga kehilangan primer atau mayor lose.
Terjadi akibat adanya kekentalan zat cair dan turbulensi karena adanya kekasaran dinding
batas pipa dan akan menimbulkan gaya gesek yang akan menyebabkan kehilangan tenaga
di sepanjang pipa dengan diameter konstan pada aliran seragam. Kehilangan tenaga
sepanjang satuan panjang akan konstan selama kekasaran tidak berubah. (Triatmodjo,
1996)
Kehilangan tenaga karena gesekan antara zat cair dengan dinding pipa berbanding
lurus dengan panjang pipa dan kekasaran pipa dan berbanding terbalik dengan diameter
pipa :
=
=
²
Keterangan :
h = tinggi tekanan yang hilang (m)
L = Panjang pipa (m)
v = Kecepatan aliran (m/s)
D = Diameter (m)
g = Percepatan gravitasi (m/s²)
Koefisien gesekan pipa tergantung pada parameter aliran (Triatmojo 1996 : 31),
apabila pipa adalah hidrolis halus parameter tersebut adalah kecepatan aliran diameter
pipa dan kekentalan zat cair dalam bentuk angka Reynolds. Berdasarkan penelitian yang
dilakukan Blasius, dia mengemukakan rumus gesekan f untuk pipa halus dalam bentuk:
f =
.
²
berlaku untuk 4000 < Re < 10
2.7. Kehilangan Tenaga Pada Belokan
Disamping adanya kehilangan tenaga akibat gesekan pipa, terjadi pula kehilangan
tenaga dalam pipa yang diakibatkan karena perubahan penampang pipa, sambungan,
belokan, dan katup. Kehilangan tenaga akibat gesekan pada pipa panjang biasanya jauh
lebih besar dari pada kehilangan tenaga sekunder, sehingga pada keadaan tersebut
biasanya kehilangan tenaga sekunder harus diperhitungkan. Apabila kehilangan tenaga
sekunder lebih dari 5 % dari kehilangan tenaga akibat gesekan makan kehilangan tersebut
diabaikan. Untuk memperkecil tenaga sekunder, perubahan penampang atau belokan
jangan dibuat mendadak tetapi berangsur-angsur. (Triatmodjo : 1996)
Kehilangan energi yang terjadi akibat aliran melalui sambungan dan percabangan
standar adalah sebanding dengan kuadrat dari kecepatan aliran sebagai berikut :
h =
²
2
keterangan :
h = Kehilangan energi (m)
= faktor sambungan atau percabangan
v = kecepatan aliran (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
2.8. Bilangan Reynoald
Bilangan Reynoalds adalah bilangan tanpa dimensi yang nilainya bergantung pada
kekasaran dan kehalusan pipa sehingga dapat menentukan jenis aliran dalam pipa.
Professor Osborne Reynoalds menyatakan bahwa ada dua tipe aliran yang ada di dalam
suatu pipa yaitu :
1. Aliran laminar pada kecepatan rendah dimana berlaku h
v
2. Aliran Turbulen pada kecepatan tinggi dimana berlaku h
v
Dalam penelitiannya, Reynoalds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran
berubah menjadi aliran turbulen. Keadaan ini bergantung pada empat buah besaran yaitu:
diameter tabung, viskositas, dinsitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair. Lebih jauh ia
menemukan bahwa ke empat faktor itu dapat digabungkan menjadi suatu gugus, dan
bahwa perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu.
Pengelompokan variable menurut penemuannya itu adalah:
Re =
. .
Atau
Re =
.
Keterangan : D = Diameter Pipa (m)
v = Kecepatan rata-rata zat cair (m/s)
µ = Viskositas zat cair (kg/m.s)
= Densitas zat cair (kg/m³)
Pada tahun 1884 Osborn Reynolds (dalam Triatmojo : 3) melakukan percobaan
untuk menunjukkan sifat-sifat aliran laminar dan aliran turbulen. Alat yang digunakan
terdiri dari pipa kaca yang dapat melewatkan air dengan berbagai kecepatan (gambar…..).
aliran tersebut diatur oleh katub A. Pipa kecil B yang berasal dari tabung berisi zat warna
C. Ujung yang lain berada pada lobang masuk pipa kaca.
Gambar. Alat Osborn Reynolds
Reynolds menunjukkan bahwa untuk kecepatan aliran yang kecil di dalam aliran
kaca, zat warna akan mengalir dalam suatu garis lurus seperti benang yang sejajar dengan
sumbu pipa. Apabila katub dibuka sedikit demi sedikit, kecepatan akan bertambah besar
dan benar warna mulai berlubang yang akhirnya pecah dan menyebar pada seluruh aliran
pipa.
Gambar. Aliran Laminer (a), Kriktik (b), dan Turbulen (c)
Kecepatan rerata pada mana benang warna mulai pecah disebut kecepatan kritik.
Penyebaran dari benang warna disebabkan oleh percampuran dari partikel-partikel zat
cair selama pengaliran. Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa pada kecepatan
kecil, percampuran tidak terjadi dan menggelincirkan terhadap lapisan disampingnya.
Keadaan ini disebut aliran laminar. Pada kecepatan yang lebih besar, benang warna
menyebar pada seluruh penampang pipa. Dan terlihat bahwa percampuran dari partikelpartikel zat cair terjadi; keadaan ini disebut aliran turbulen.
Menurut Reynolds, ada tiga faktor yang mempengaruhi keadaan aliran yaitu
kekentalan zat cair µ (mu), rapat masa zat cair
(rho), dan diameter pipa D. hubungan
antara µ, , dan D yang mempunyai dimensi sama dengan kecepatan adalah
.
Reynolds menunjukkan bahwa aliran dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu
angka tertentu. Angka tersebut diturunkan dengan membagi kecepatan aliran didalam
pipa dengan nilai, yang disebut dengan angka Reynolds.
Dengan µ (miu) adalah kekentalan kinematik. Dari percobaan yang dilakukan untuk
aliran air melalui pipa dapat disimpulkan bahwa pada angka Reynolds rendah gaya kental
dominan sehingga aliran adalah laminer. Dengan bertambahnya angka Reynolds baik
karena bertambahnya kecepatan atau berkurangnya kekentalan zat cair atau bertambah
besarnya dimensi medan aliran (pipa), akan bisa menyebabkan kondisi aliran laminer
menjadi tidak stabil. Sampai pada suatu angka Reynolds di atas nilai tertentu aliran
berubah dari laminer menjadi turbulen.
Berdasarkan pada percobaan aliran di dalam pipa, Reynolds menetapkan bahwa
untuk angka Reynolds dibawah 2000, gangguan aliran dapat diredam oleh kekentalan zat
cair, dan aliran pada kondisi tersebut adalah laminer. Aliran akan turbulen apabila angka
Reynolds lebih besar dari 4000. Apabila angka Reynolds berada diantara kedua nilai
tersebut 2000
Aliran Pipa
PROPOSAL
Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
OLEH :
AHMAD FARHUN
(D331 11 265)
PRORAM STUDI TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
JURUSAN PERKAPALAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
GOWA
2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala berkah, limpahan
rahmat , hidayah-Nya, kesehatan serta nafas sehingga penulis dapat menyelesaikan
proposal skripsi,yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik pada Fakultas Teknik Perkapalan Universitas Hasanuddin yang berjudul
“Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan 90˚ Terhadapa Head Losses
Aliran Pipa”.
Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari kata kesempurnaan,
baik dari cara penyajian maupun teknik penulisan, mengingat keterbatasan waktu dan
kapasitas sebagai mahasiswa,untuk itu koreksi dan saran- saran penulis harapkan untuk
perbaikan selanjutnya.
Karya ini, penulis persembahkan kepada kedua orang tua yang sangat
penulis kasihi dan sayangi, ayahanda Jaenuddin dan kepada Ibunda Rahmah Daeng
yang telah banyak member support dan doa yang penuh keikhlasan yang tiada batasnya.
Dan kepada Semua pihak yang belum bisa saya sebutkan pada kesempatan ini.
Akhir kata, penulis hanyalah manusia biasa yang tak luput dari salah dan khilaf.
Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis memohon maaf dan mengharap
kritik dan saran yang membangun. Semoga proposal ini dapat menambah wawasan dan
bermanfaat bagi semua pihak. Aamiin
Makassar,
Penulis
Maret 2017
DAFTAR ISI
SAMPUL............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR...........................................................................................ii
DAFTAR ISI ........................................................................................................iii
BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................
1.2 Rumusan Masalah...................................................................................
1.3 Batasan Masalah .....................................................................................
1.4 Tujuan Penilitian.....................................................................................
1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................
1.6 Sistematika Penulisan .............................................................................
BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................
2.1 Definisi Tentang Fluida ..........................................................................
2.2 Pengertian Pipa .......................................................................................
2.3 Sambungan Pada Pipa.............................................................................
2.4 Aliran Melalui Pipa.................................................................................
2.5 Kehilangan Tenaga Aliran Melalui Pipa.................................................
2.6 Kehilangan Energi Karena Gesekan Pada Pipa ......................................
2.7 Kehilangan Tenaga Pada Belokan ..........................................................
2.8 Bilangan Reynoalds ................................................................................
2.9 Kehilangan Tinggi Tekan Pada Pipa.......................................................
2.10 Manometer .............................................................................................
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian.................................................................
3.2 Tahap Dalam Penyelesaian Penelitian ....................................................
3.3 Alat dan Peralatan Penelitian ..................................................................
3.4 Tahap Pengujian......................................................................................
3.5 Pengoperasian Alat .................................................................................
3.6 Tahap Analisis ........................................................................................
3.7 Bagan Alir Penelitian..............................................................................
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kapal merupakan alat transportasi laut yang banyak digunakan saat ini. Dalam
melakukan pelayaran dari satu pelabuhan ke pelabuhan lain dengan muatan barang, kapal
juga mengangkut kebutuhan ABK kapal seperti air, bahan bakar, pelumas, dan muatan
cairan lainnya untuk kebutuhan operasional kapal selama berlayar. Untuk mengalirkan
fluida dari tempat rendah ke tempat yang tinggi atau sebaliknya, dibutuhkan sistem
perpipaan untuk memindahkan fluida tersebut dengan bantuan pompa atau mesin. Selain
peralatan utama yang digunakan, ada bagian-bagian yang tidak kalah penting dimana
dalam bagian ini, sering terjadi peristiwa-peristiwa yang dapat mengurangi efisiensi kerja
yang diinginkan. Bagian dari peralatan ini dapat berupa pipa-pipa yang dihubungkan.
Dalam menggunakan pipa yang harus diperhatikan adalah karasteristik dari fluida yang
digunakan, misalnya: sifat korosi, explosive, racun, suhu dan tekanan. Apabila fluida
dilewatkan ke dalam pipa maka akan terjadi gesekan antara pipa dengan fluida tersebut.
Besarnya gesekan yang terjadi tergantung pada kecepatan, kekerasan pipa, diameter dan
viskositas fluida yang digunakan.
Bentuk-bentuk kerugian energi pada aliran fluida antara lain dijumpai pada aliran
dalam pipa. Kerugian-kerugian tersebut diakibatkan oleh adanya gesekan dengan dinding,
perubahan luas penampang, sambungan, katup-katup, belokan pipa dan kerugian-kerugian
khusus lainnya. Pada belokan atau lengkungan kerugian energi aliran yang terjadi lebih
besar dibandingkan dengan pipa lurus.
Pada pendistribusian air sambungan belokan pipa sangat banyak ditemukan dalam
sistem jaringan pipa kapal. Hal ini dipengaruhi oleh konstruksi kapal yang mengharuskan
arah aliran pipa dirubah dengan menggunakan sambungan. Dilihat dari jenis sambungan
dan belokan mempunyai kehilangan energi yang beragam tergantung jenis sambungan
yang digunakan.
Dengan mengetahui kerugian energi dalam suatu sistem atau instalasi perpipaan
yang memanfaatkan fluida mengalir sebagai media, efesiensi penggunaan energi dapat
ditingkatkan sehingga diperoleh keuntungan yang maksimal. Salah satu bagian dari
instalasi perpipaan yang dapat menyebabkan kerugian-kerugian adalah gesekan pada
dinding pipa dan sambungan belokan pipa.
Besarnya head losses pada sambungan belokan pipa tersebut dipengaruhi oleh
beberapa faktor, seperti : diameter, debit, viskositas, dan sudut pada sambungan belokan
pipa tersebut. Oleh karena itu penulis menuangkan topik tersebut dalam skripsi dengan
judul:
“Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan 90˚ Terhadapa Head
Losses Aliran Pipa”
Dalam penelitian aliran dalam pipa ini menggunakan alat C6MKII Fluid Friction
Measurements yang merupakan suatu rangkaian jaringan pipa yang dapat digunakan untuk
mengukur kehilangan energi akibat berlokan yang terjadi apabila fluida mengalir di dalam
pipa.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian pada latar belakang, rumusan masalah yang dapat disusun
sebagai berikut:
1. Berapakah kehilangan energi yang diakibatkan oleh sambungan dan belokan?
2. Bagaimana hubungan antara kecepatan aliran dengan kehilangan energi yang
terjadi pada masing-masing belokan?
3. Bagaimana hubungan antara kehilangan tinggi tekan pada pipa (H ukur dan H
hinting) pada masing-masing belokan?
4. Bagaimana kecenderungan (trend) yang di dapatkan terhadap kedua belokan
tersebut?
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan ini agar masalah tidak melebar dan menjauh maka studi ini di batasi
pada beberapa masalah sebagai berikut:
1. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Fluida dan Hidraulika
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar.
2. Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah satu set piranti Armfield C6MKII-10
3. Pengujian dibatasi pada belokan pipa berjari-jari dan patah.
4. Pengujian dilakukan pada percabangan/sambungan belokan.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah:
1. Menghitung head losses pada belokan pipa berjari-jari dan patah.
2. Mengetahui kehilangan tenaga akibat adanya belokan pada pipa.
3. Mengetahui hubungan antara kehilangan energi akibat belokan dengan
kecepatan aliran.
4. Mengetahui hubungan antar H ukur dan H hitung pada belokan.
5. Mengetahui
kecenderungan
(Trend)
yang
didapatakan
dengan
membandingkan kedua belokan tersebut.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dilakukannya penelitian ini adalah:
1. Sebagai bahan dalam perencaan belokan pipa pada jaringan perpipaan.
2. Dapat dijadikan referensi dalam penelitian selanjutnya berkaitan dengan
masalah ini.
1.6 Sistematika Penulisan
Secara garis besar, penulis membagi kerangka masalah dalam beberapa bagian
yaitu sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini meliputi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan
manfaat dan sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI
Berisi tentang teori-teori dasar yang menunjang dan akan digunakan dalam
pembahasan skripsi ini terutama yang berisi tentang definisi pipa, sistem
perpipaan, kehilangan energi dan kehilangan tekanan akibat belokan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini menunjukkan lokasi dan waktu penelitian, sistematika penelitian,
alat-alat yang digunakan serta metode yang dipakai dalam pengambilan data.
BAB IV PEMBAHASAN
Bab ini menyajikan hasil penelitian yang didapatkan dan membahas hasil dari
penelitian tersebut.
BAB V
PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dan saran sebagai jawaban akhir dari permasalahan
yang dianalisa.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Defenisi Tentang Fluida
Fluida merupakan suatu zat/bahan yang dalam keadaan setimbang tak dapat
menahan gaya atau tegangan geser (shear force). Dapat pula didefinisikan sebagai zat
yang dapat mengalir bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi. Suatu sifat dasar fluida
nyata, yaitu tahanan terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan geser yang terjadi pada
bidang geser yang dikenai tegangan tersebut adalah viskositas atau kekentalan/kerapatan
zat fluida tersebut. (Raswari, 1986)
Fluida dapat didefinisikan sebagai suatu zat mampu alir dan dapat menyesuaikan
bentuk dengan bentuk wadah yang ditempatinya, serta apabila diberikan tegangan geser,
betapapun kecilnya akan menyebabkan fluida tersebut bergerak dan berubah bentuk
secara terus-menerus selama tegangan tersebut bekerja (White, 1986).
Dengan pengertian diatas maka fluida dapat dibedakan atas zat cair dan gas.
Dimana kedua zat ini pun berbeda secara teknis akibat gaya kohesif. Zat cair cenderung
mempertahankan volumenya dan akan membutuhkan permukaan bebas dalam medan
gravitasi. Aliran muka bebas sangat dipenuhi efek gravitasi sedangkan zat gas akan
memuai dengan bebas sampai tertahan oleh dinding yang membatasinya. Gas tersebut
akan membentuk atmosfir yang pada hakekatnya akan bersifat hidrostatik.
2.2. Pengertian Pipa
Pipa adalah saluran tertutup sebagai sarana pengaliran atau transportasi fluida,
sarana pengaliran atau transportasi energi dalam aliran. Pipa biasanya ditentukan
berdasarkan ukuran nominalnya, sedangkan tube merupakan salah satu jenis pipa yang
ditetapkan berdasarkan diameter luarnya.
Dalam suatu perusahaan industri, pipa merupakan salah satu peralatan pokok
diluar rangkaian proses yang dipergunakan untuk mengalirkan suatu fluida, yaitu berupa
fluida cair dan fluida gas. Fluida yang mengalir ini memiliki temperatur dan tekanan yang
berbeda-beda. Bentuk kontruksi pipa yang terdapat di suatu perusahaan industri
dipengaruhi oleh jenis fluida yang akan dialirkan melalui pipa tersebut dengan
mempertimbangkan pengaruh lingkungan yang ada.
Pipa digunakan sebagai saluran untuk mengalirkan air, minyak, gas dan cairancairan lain. Pipa yang dimaksud dalam hal ini terdiri dari pipa itu sendiri dan juga
termasuk fitting, katup dan komponen-komponen lainnya yang merupakan sistem
perpipaan, komponen-komponen pipa adalah : Pipa, flens (flanges), katup (valves), alat
penyambung (fittings), dan lain sebagainya.(Solomo, 2010)
2.3. Sambungan Pada Pipa
Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa.
Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada aliran fluida. Dengan
adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan
tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak sambungan, fluida yang
mengalir di dalamnya akan mengalami banyak kehilangan energi.
Dalam sistem pipa salah satu konstruksinya adalah menggunakan sambungan
yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluida ke suatu tempat tertentu. Salah satu
efek yang muncul pada aliran ketika melewati suatu sambungan yang berkaitan dengan
pola aliran adalah adanya ketidakstabilan aliran atau fluktuasi aliran. Fluktuasi aliran
yang terjadi terus-menerus pada belokan pipa akan memberikan beban impak secara acak
pada sambungan tersebut. Akibat pembeban impak secara acak yang berlangsung terusmenerus bisa menyebabkan getaran pada pipa.
2.4. Aliran Melalui Pipa
Pipa merupakan saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran dan
digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialirkan
melalui pipa biasanya bisa berupa zat cair atau gas, dan tekanan bisa lebih besar atau lebih
kecil dari tekanan atmosfir.
Sistem tata pipa merupakan rangkaian pengaturan penyambungan pipa untuk
mengatur jalan keluarnya air sesuai yang dikehendaki. Sistem perpipaan yang berfungsi
untuk mengalirkan zat cair dari satu tempat ke tempat lain. Aliran terjadi karena adanya
perbedaan tinggi tekanan di kedua tempat yang disebabkan oleh adanya perbedaan elevasi
muka air atau karena digunakannya pompa.
2.5. Kehilangan Tenaga Aliran Melalui Pipa
Pada zat cair yang mengalir di dalalam bidang batas, misalnya pipa akan terjadi
tegangan geser dan gradient kecepatan pada seluruh medan aliran karena adanya
kekentalan. Tegangan geser tersebut akan menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga
selama pengaliran. Persamaan Bernoulli di bawah ini :
Z1 +
1
+
1²
= Z2 +
2
2
+
2²
+ hf
2
Apabila pipa mempunyai penampang yang konstan, makan V1 = V2, dan
persamaan diatas dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana untuk kehilangan
tenaga akibat gesekan.
h¹ = (Z1 +
)
(Z2 +
atau
hf =
Z+
keterangan:
hf = kehilangan tenaga (m)
Z1 = Tinggi elevasi di titik 1 (m)
Z2 = Tinggi elevasi di titik 2 (m)
P1 = Tekanan di titik 1 (N/m²)
)
P2 = Tekanan di titik 2 (N/m²)
V1 = Kecepatan aliran di titik 1 (m/s)
V2 = Kecepatan aliran di titik 2 (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s²)
γ
= Berat jenis (kg/m².s²)
2.6. Kehilangan Energi Karena Gesekan Pada Pipa
Kehilangan energi akibat gesekan disebut juga kehilangan primer atau mayor lose.
Terjadi akibat adanya kekentalan zat cair dan turbulensi karena adanya kekasaran dinding
batas pipa dan akan menimbulkan gaya gesek yang akan menyebabkan kehilangan tenaga
di sepanjang pipa dengan diameter konstan pada aliran seragam. Kehilangan tenaga
sepanjang satuan panjang akan konstan selama kekasaran tidak berubah. (Triatmodjo,
1996)
Kehilangan tenaga karena gesekan antara zat cair dengan dinding pipa berbanding
lurus dengan panjang pipa dan kekasaran pipa dan berbanding terbalik dengan diameter
pipa :
=
=
²
Keterangan :
h = tinggi tekanan yang hilang (m)
L = Panjang pipa (m)
v = Kecepatan aliran (m/s)
D = Diameter (m)
g = Percepatan gravitasi (m/s²)
Koefisien gesekan pipa tergantung pada parameter aliran (Triatmojo 1996 : 31),
apabila pipa adalah hidrolis halus parameter tersebut adalah kecepatan aliran diameter
pipa dan kekentalan zat cair dalam bentuk angka Reynolds. Berdasarkan penelitian yang
dilakukan Blasius, dia mengemukakan rumus gesekan f untuk pipa halus dalam bentuk:
f =
.
²
berlaku untuk 4000 < Re < 10
2.7. Kehilangan Tenaga Pada Belokan
Disamping adanya kehilangan tenaga akibat gesekan pipa, terjadi pula kehilangan
tenaga dalam pipa yang diakibatkan karena perubahan penampang pipa, sambungan,
belokan, dan katup. Kehilangan tenaga akibat gesekan pada pipa panjang biasanya jauh
lebih besar dari pada kehilangan tenaga sekunder, sehingga pada keadaan tersebut
biasanya kehilangan tenaga sekunder harus diperhitungkan. Apabila kehilangan tenaga
sekunder lebih dari 5 % dari kehilangan tenaga akibat gesekan makan kehilangan tersebut
diabaikan. Untuk memperkecil tenaga sekunder, perubahan penampang atau belokan
jangan dibuat mendadak tetapi berangsur-angsur. (Triatmodjo : 1996)
Kehilangan energi yang terjadi akibat aliran melalui sambungan dan percabangan
standar adalah sebanding dengan kuadrat dari kecepatan aliran sebagai berikut :
h =
²
2
keterangan :
h = Kehilangan energi (m)
= faktor sambungan atau percabangan
v = kecepatan aliran (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
2.8. Bilangan Reynoald
Bilangan Reynoalds adalah bilangan tanpa dimensi yang nilainya bergantung pada
kekasaran dan kehalusan pipa sehingga dapat menentukan jenis aliran dalam pipa.
Professor Osborne Reynoalds menyatakan bahwa ada dua tipe aliran yang ada di dalam
suatu pipa yaitu :
1. Aliran laminar pada kecepatan rendah dimana berlaku h
v
2. Aliran Turbulen pada kecepatan tinggi dimana berlaku h
v
Dalam penelitiannya, Reynoalds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran
berubah menjadi aliran turbulen. Keadaan ini bergantung pada empat buah besaran yaitu:
diameter tabung, viskositas, dinsitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair. Lebih jauh ia
menemukan bahwa ke empat faktor itu dapat digabungkan menjadi suatu gugus, dan
bahwa perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu.
Pengelompokan variable menurut penemuannya itu adalah:
Re =
. .
Atau
Re =
.
Keterangan : D = Diameter Pipa (m)
v = Kecepatan rata-rata zat cair (m/s)
µ = Viskositas zat cair (kg/m.s)
= Densitas zat cair (kg/m³)
Pada tahun 1884 Osborn Reynolds (dalam Triatmojo : 3) melakukan percobaan
untuk menunjukkan sifat-sifat aliran laminar dan aliran turbulen. Alat yang digunakan
terdiri dari pipa kaca yang dapat melewatkan air dengan berbagai kecepatan (gambar…..).
aliran tersebut diatur oleh katub A. Pipa kecil B yang berasal dari tabung berisi zat warna
C. Ujung yang lain berada pada lobang masuk pipa kaca.
Gambar. Alat Osborn Reynolds
Reynolds menunjukkan bahwa untuk kecepatan aliran yang kecil di dalam aliran
kaca, zat warna akan mengalir dalam suatu garis lurus seperti benang yang sejajar dengan
sumbu pipa. Apabila katub dibuka sedikit demi sedikit, kecepatan akan bertambah besar
dan benar warna mulai berlubang yang akhirnya pecah dan menyebar pada seluruh aliran
pipa.
Gambar. Aliran Laminer (a), Kriktik (b), dan Turbulen (c)
Kecepatan rerata pada mana benang warna mulai pecah disebut kecepatan kritik.
Penyebaran dari benang warna disebabkan oleh percampuran dari partikel-partikel zat
cair selama pengaliran. Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa pada kecepatan
kecil, percampuran tidak terjadi dan menggelincirkan terhadap lapisan disampingnya.
Keadaan ini disebut aliran laminar. Pada kecepatan yang lebih besar, benang warna
menyebar pada seluruh penampang pipa. Dan terlihat bahwa percampuran dari partikelpartikel zat cair terjadi; keadaan ini disebut aliran turbulen.
Menurut Reynolds, ada tiga faktor yang mempengaruhi keadaan aliran yaitu
kekentalan zat cair µ (mu), rapat masa zat cair
(rho), dan diameter pipa D. hubungan
antara µ, , dan D yang mempunyai dimensi sama dengan kecepatan adalah
.
Reynolds menunjukkan bahwa aliran dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu
angka tertentu. Angka tersebut diturunkan dengan membagi kecepatan aliran didalam
pipa dengan nilai, yang disebut dengan angka Reynolds.
Dengan µ (miu) adalah kekentalan kinematik. Dari percobaan yang dilakukan untuk
aliran air melalui pipa dapat disimpulkan bahwa pada angka Reynolds rendah gaya kental
dominan sehingga aliran adalah laminer. Dengan bertambahnya angka Reynolds baik
karena bertambahnya kecepatan atau berkurangnya kekentalan zat cair atau bertambah
besarnya dimensi medan aliran (pipa), akan bisa menyebabkan kondisi aliran laminer
menjadi tidak stabil. Sampai pada suatu angka Reynolds di atas nilai tertentu aliran
berubah dari laminer menjadi turbulen.
Berdasarkan pada percobaan aliran di dalam pipa, Reynolds menetapkan bahwa
untuk angka Reynolds dibawah 2000, gangguan aliran dapat diredam oleh kekentalan zat
cair, dan aliran pada kondisi tersebut adalah laminer. Aliran akan turbulen apabila angka
Reynolds lebih besar dari 4000. Apabila angka Reynolds berada diantara kedua nilai
tersebut 2000