Post on 25-Feb-2023
Laporan Praktikum
Dosen Pembimbing
Oprasi Teknik Kimia I Elvie
Yenie,ST,M.Eng
“ALIRAN FLUIDA DALAM SISTEM PERPIPAAN”
DISUSUN OLEH :
Kelompok IXCRISVAN HARDINATA(1307035684)
SELA ANGGITA(1307036536)
TITU AWLIYA (1307035870)
Tanggal Praktikum : 11
Oktober 2014
Tanggal Penyerahan Laporan
: 27 Oktober 2014
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL
DASAR PROSES & OPERASI PABRIK
PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS RIAU
2014Abstrak
Headloss adalah suatu nilai untuk mengetahui seberapa besarnya reduksi
tekanan total (total head) yang diakibatkan oleh fluida saat melewati sistem
pengaliran. Total head, seperti ini 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) . Percobaan bertujuan untuk mempelajari head loss dan friction loss
aliran fluida pada pipa no.2 dan 4, elbow 900 dan 450, enlargement dan
contraction. Percobaan ini menggunakan serangkaian alat yang secara skematik
yaitu ‘’general Arrangement of Apparatus” dan “Manometer Connection Diagram”.
Percobaan dilakukan dengan memvariasikan bukaan yaitu pada bukaan 75%
dan 100% dan volume 10, 15, dan 20 liter. Head loss terbesar cenderung pada
bukaan 100% yaitu pada pipa no.2 sebesar 11,218 inHg; pipa no.4 sebesar 1,58;
pipa elbow 900 sebesar 0,196 inHg; pipa elbow 450 sebesar 0,184; pipa
enlargemant sebesar 0,223 inHg sedangkan pipa contraction penurunan tekanan
terbesar pada bukaan 75% sebesar 0,14 inHg. Friction loss terbesar pada bukaan
100% pada pipa no.2 adalah 100,09 ft/lbm; pada pipa no.4 sebesar 2,18 ft/lbm;
elbow 900 sebesar 2,173 ft/lbm; elbow 450 sebesar 2,20 ft/lbm; pipa enlargement
adalah 99,2 ft/lbm;namun pada pipa contraction friction loss terbesar pada
bukaan 75% sebesar 34,02 ft/lbm. Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan
bahwa terjadi aliran turbulen pada setiap pipa yang diuji, karena bilangan
reynold nya >4000.
Kata kunci : aliran fluida, head loss, friction loss, enlargement, contraction.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Untuk mengalirkan fluida dari tempat yang satu ke tempat
yang lain diperlukan
suatu peralatan. 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
karakteristik 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.
Praktikum ini dilakukan untuk mengetahui peristiwa yang
terjadi dalam pipa apabila fluida dilewatkan ke dalamnya.
Gesekan yang terjadi dapat mempengaruhi aliran fluida dalam
pipa, aliran ini dapat terjadi secara laminar atau turbulen
yang nilainya dapat didekati dengan bilangan Reynolds.
1.2. Tujuan Percobaan
1. Mengukur friction loss dan head loss pada pipa 2 dan 4.
2. Mengukur friction loss dan head loss pada elbow 450 dan
900.
3. Mengukur friction loss dan head loss pada enlargement
dan contruction.
1.3. Dasar Teori
1.3.1. Tipe aliran fluida
Ada 3 tipe aliran fluida didalam pipa, yaitu :
1. Aliran Laminer,aliran fluida dengan kecepatan rendah.
Partikel-partikel fluida mengalir secara teratur dan
sejajar dengan sumbu pipa. Reynold menunjukkan bahwa
untuk aliran laminer berlaku Bilangan Reynold, NRe <
2100. Pada keadaan ini juga berlaku hubungan Head Loss
berbanding lurus dengan kecepatan linear fluida, atau H
α V.
2. Aliran Turbulen,aliran fluida dengan kecepatan tinggi.
Partikel-partikel fluida mengalir secara tidak teratur
atau acak didalam pipa. Reynold menunjukkan bahwa untuk
aliran turbulen berlaku Bilangan Reynold, NRe < 4000.
Pada keadaan ini juga berlaku hubungan Head Loss
berbanding lurus dengan kecepatan linear berpangkat n,
atau H α Vn.
3. Aliran Transisi,aliran fluida dengan kecepatan diantara
kecepatan linear dan kecepatan turbulen. Aliran
berbentuk laminar atau turbulen sangat tergantung oleh
pipa dan perlengkapannya. Reynold menunjukkan bahwa
untuk aliran transisi berlaku hubungan Bilangan
Reynold, 2100 < NRe < 4000.
1.3.2. Bilangan Reynold
Angka Reynolds adalah bilangan tanpa dimensi yang
nilainya bergantung pada kekasaran dan kehalusan pipa
sehingga dapat menentukan jenis aliran dalam pipa.
Profesor Osborne Reynolds menyatakan bahwa ada dua tipe
aliran yang ada didalam suatu pipa yaitu :
1. Aliran laminar pada kecepatan rendah dimana berlaku h α v
2. Aliran Turbulen pada kecepatan tinggi dimana berlaku h α vn
Dalam penelitiannya, Reynolds mempelajari kondisi
dimana satu jenis aliran
berubah menjadi aliran jenis lain, dan bahwa kecepatan
kritis, dimana aliran laminar berubah menjadi aliran
turbulen. Keadan ini bergantung pada empat buah besaran
yaitu: diameter tabung, viskositas, densitas 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 variabel menurut penemuannya itu adalah :
NRe=D.V.ρ
μDimana : D = Diameter pipa ( m )
V = Kecepatan rata-rata zat cair ( m / s )
μ = Viskositas zat cair ( kg / m.s )
ρ = Densitas zat cair ( kg / m3 )
Gugus variabel tanpa dimensi yang didefinisikan oleh
persamaan di atas dinamakan Angka Reynolds ( Reynolds
Number ). Aliran laminar selalu ditemukan pada angka
Reynold di bawah 2.100, tetapi bisa didapat pada angka
Reynold sampai beberapa ribu, yaitu dalam kondisi khusus
dimana lubang masuk pipa sangat baik kebundarannya dan
zat cair di dalamnya sangat tenang. Pada kondisi aliran
biasa, aliran itu turbulen pada angka Reynolds di atas
kira-kira 4.000. Terdapat suatu daerah transisi yatu pada
angka Reynolds antara 2100 sampai 4000, dimana jenis
aliran itu mungkin laminar dan mungkin turbulen,
bergantung pada kondisi di lubang masuk pipa dan jaraknya
dari lubang masuk itu (Raswari 1986). Berdasarkan
pengaruh tekanan terhadap volume, fluida dapat
digolongkan menjadi 2 yaitu :
1. Fluida tak termampatkan (incompressible), pada kondisi
ini fluida tidak mengalami
perubahan dengan adanya perubahan tekanan, sehingga
fluida tak termampatkan.
2. Fluida termampatkan (compressible), pada keadaan ini,
fluida mengalami
perubahan volume dengan adanya perubahan tekanan.
1.3.3. Head loss & Friction loss pada pipa horizontal
Head loss biasanya dinyatakan dengan satuan panjang.
Sehingga untuk persamaan (2), Head Loss adalah harga ∆p
yang dinyatakan dengan satuan panjang mmHg atau inchHg.
Harga F sendiri bergantung pada tipe alirannya. Untuk
aliran laminar, dimana N Re < 2100, berlaku persamaan :
F=f2. L.V
2
gc.D ……………………………...(1)
Untuk aliran turbulen dengan N Re > 4000, berlaku
persamaan:
F=32.μgc
. L.V2
D2ρ …………………………..(2)
1.3.4. Head loss & Friction loss pada Elbow
Sambungan-sambungan didalam pipa, misalnya elbow,
kran, valve, tee akan mengganggu pola aliran fluida dan
menyebabkan terjadinya rugi gesekan atau Friction Loss.
Friction Loss ini biasanya dinyatakan sebagai rugi
gesekan yang setara dengan panjang pipa lurus. Untuk 45o
Elbow, dengan diameter pipa 1 in – 3 in, misalnya, maka
setara dengan panjang pipa 15 x D, sedangkan untuk 90o
Elbow, dengan diameter 3/8 in – 2,5 in, misalnya maka
setara dengan panjang pipa 30 x D.
Persamaan-persamaan yang digunakan didalam pipa
Horizontal, termasuk untuk menentukan Head Loss juga
berlaku untuk elbow dengan catatan elbow juga dalam
posisi horizontal didalam sistem perpipaan. Hasil
pengujian head loss menunjukkan bahwa, sudut sambungan
belokkan berbanding lurus dengan head loss. Semakinn
besar sudut sambungan belokan pipa, nilai head loss yang
dihasilkan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh
perbedaan tinggi tekan pada sebelum dan setelah belokan
pipa yang semakin meningkat. Hasil pengujian menunjukkan
bahwa kecepatan air berbanding terbalik dengan sudut
sambungan belokan pipa, semakin besar sudut sambungan
belokan pipa maka kecepatan air semakin kecil, dan
sebaliknya semakin kecil sudut sambungan belokan pipa
kecepatan air semakin besar. Hal tersebut disebabkan
karenan waktu yang diperlukan lebih lama untuk sudut
belokan yang semakin besar (Haruo Tahara,Sularso.2000).
1.3.5. Friction Loss pada Enlargement dan Contraction
Untuk pipa dimana diameternya berubah kecil kebesar,
pipa pertama dengan diameter D1 dan pipa kedua dengan
diameter D2, atau Enlargement, dan pipa masih didalam
posisi horizontal, tidak ada kerja pada sistem, maka ∆Z
=0, W = 0 dengan persamaan :
−F=ΔV2
2gc+Δpρ ……………………….(3)
Jika ∆pρ sangat kecil,dan bisa diabaikan terhadap harga
dari ∆v2
2gc , maka :
∆v2
2gc=−F..................................................
..(4)
1.3.6. Pressure Drop
Pressure menunjukkan penurunan tekanan dari titik 1
ke titik 2 dalam suatu sistem aliran fluida. Penurunan
tekanan,biasa dinyatakan juga dengan ∆P saja. Jika
manometer yang digunakan adalah manometer air raksa,dan
beda tinggi air raksa dalam manometer H ft, maka :
∆p = H ( ρ Hg) g/g ……………....(5)
Pressure drop adalah istilah yang digunakan untuk
menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik di dalam
pipa atau aliran air. "Penurunan Tekanan" adalah hasil
dari gaya gesek pada fluida seperti yang mengalir melalui
tabung. Gaya gesek disebabkan oleh resistensi terhadap
aliran. Faktor utama yang mempengaruhi resistensi
terhadap aliran fluida adalah kecepatan fluida melalui
pipa dan viskositas fluida. Aliran cairan atau gas selalu
akan mengalir ke arah perlawanan sedikit (kurang
tekanan). Pada aliran satu fase, pressure drop
dipengaruhi oleh Reynold number yang merupakan fungsi
dari viskositas, densitas fluida dan diameter pipa(Deslia
Prima. 2011).
1.3.7. Gesekan dalam pipa
Gesekan pada pipa dapat menyebabkan hilangnya energi
mekanik fluida. Gesekan inilah yang menetukan aliran
fluida dalam pipa, apakah laminar atau turbulen. Gesekan
juga dapat menimbulkan panas pada pipa sehingga merubah
energi mekanik menjadi energi panas (kalor).
Dalam aplikasi kesehariannya, ada banyak sekali
bentuk dan model pipa, seperti pipa bentuk elbow, mitter, tee,
reducer, cross, dan lainnya. Bentuk serta model yang beraneka
ragam tersebut sangat membantu dalam desain layout
sistem perpipaan didunia industri. Pada saat operasi,
bentuk dan model pipa yang bermacam-macam tersebut akan
memiliki karakteristik tegangan yang berbeda-beda sebagai
akibat dari pembebanan yang diterimanya. Akumulasi dari
berat pipa itu sendiri dan tekanan fluida yang mengalir
didalamnya, akan menyebabkan tegangan pada pipa yang
dikenal sebagai beban static. Namun efek dari pembebanan
seperti ini dapat diminimalisasi dengan memilih jenis
penyangga (support) yang sesuai, dan menggunakan penyangga
tersebut dalam jumlah cukup. Secara umum, beban dinamik
dan beban termal pada pipa merupakan dua hal yang lebih
penting, dan lebih sulit untuk ditangani. Pembebanan
dinamik terjadi pada pipa yang berhubungan langsung
dengan peralatan bergetar seperti pompa atau kompresor.
Beban dinamik juga terjadi pada pipa yang mengalami beban
termal, sehingga beberapa bagian pipa berekspansi dan
menimbulkan tegangan pada pipa. Oleh sebab itu, perlu
digunakan beberapa alat atau mekanisme yang didesain
untuk memperkecil tegangan pada system perpipaan
tersebut, agar kelebihan beban yang bisa mengakibatkan
kegagalan pada bagian pipa, atau kerusakan pada alat yang
terhubung dengannya dapat dihindari.
Salah satu komponen penyambungan dalam sistem
perpipaan adalah pipe bend (pipa lengkung) atau elbow. Pipe
bend berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluida
didalam pipa. Namun pipe bend lebih sulit untuk dianalisa
karena permukaannya menjadi oval dibawah pembebanan momen
bending. Hal ini menyebabkan pipe bend memiliki
fleksibilitas yang lebih besar dibandingkan dengan pipa
lurus yang sama ukuran dan jenis materialnya. Lebihnya
fleksibilitas ini menjadikan pipe bend berfungsi sebagai
penyerap ekspansi thermal. Dengan berbagai karakteristik
tersebut, pipe bend menjadi komponen yang sangat penting di
dalam sistem perpipaan dan memerlukan berbagai macam
pertimbangan dalam proses perancangannya(Mc.Cabe.1985)
1.2.8 Persamaan Kontinuitas
Persamaan kontinuitas mengatakan hubungan
antara kecepatan fluida yang masuk pada suatu pipa
terhadap kecepatan fluida yang keluar(White.1988).
Hubungan tersebut dinyatakan dengan :
Q = A V…………(6)
Dimana :
A = Luas penampang(m2)
V = kecepatan (m/det)
Debit adalah besaran yang menyatakan volume fluida
yang mengalir tiap satuan waktu.
Q = V/ t………….(7)
Dimana :
V = Volume(m3)
t = waktu(detik)
Jika disubtitusikan persamaan 6 dan 7 maka akan
dihasilkan persamaan:
v = Vt.A ………..(8)
Dimana :
V = volume(m3)
t = waktu(detik)
A = Luas penampang(m2)
v = kecepatan (m/det)
Jika fluida bergerak dalam pipa yang mengalir
dengan luas penampang
yang berbeda maka volume yang
mengalir(Tipler.1998) :
V=A.v. t……………(9)
A1.v1.t1 = A2.v2.t2.....(10)
BAB II
METODOLOGI PERCOBAAN
2.1 Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah air, dan
peralatan yang dipakai
adalah rangkaian alat general arrangement of apparatus,
manometer connection Diagram, stopwatch, internal vernier
calliper.
2.2 Prosedur Percobaan
1. Tangki diisi dengan air, lalu pompa dihidupkan.
2. Valve yang akan digunakan dibuka sehingga air akan
mengalir melalui pipa yang diinginkan sesuai penugasan.
3. Ketika akan menentukan head loss pada pipa 2, maka
aliran menuju pipa selain pipa 2 ditutup.
4. Sambungkan selang untuk menentukan pressure drop yang
menghubungkan manometer dengan 2 titik pada pipa 2.
5. Memutar bukaan valve pada peralatan diantaranya bukaan
75 dan 100 %.
6. Untuk menentukan kecepatan volumetrik air, aliran air
dibuka.Stopwatch digunakan untuk menentukan waktu yang
dibutuhkan untuk mengalirkan air setiap 10, 15, dan 20
liter.
7. Selang untuk menentukan pressure drop disambungkan
dengan alat manometer dengan dua titik pada pipa no.2,
ketika aliran air dihentikan maka pembacaan pada
manometer dilakukan.
8. Cara yang sama dilakukan untuk penentuan head loss pada
pipa no.4, pipa elbow 45o dan 90o, serta pada pipa
perkecilan dan perbesaran.
2.3 Rangkain Alat
Rangkain peralatan pada percobaan aliran fluida dalam
system perpipaan dapat dilihat pada gambar 2.1
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Head Loss & Friction Loss pada Pipa No.2 dan Pipa No.4
Pipa no.2 dan pipa no.4 yang dilakukan pengukuran head
loss dan friction lossnya pada percobaan ini dalam keadaan
horizontal/lurus, dimana keadaan diameter dari pipa sama
ukurannya mulai dari awal hingga ujung. Head loss biasanya
dinyatakan dengan satuan panjang. Sehingga nilai head loss
adalah harga H yang dinyatakan dengan satuan panjang mmHg
atau inchHg menggunakan persamaan H = ha - hb. Data
percobaan pada pipa no.2 dan pipa no.4 yang dilakukan dapat
dilihat pada grafik di bawah ini :
5 10 15 20 25 300
2
4
6
8
10
12
Pipa No.2
Kecepatan(ft/s)
He
ad L
oss
(inH
g)
Grafik 3.1 Hubungan kecepatan (V) terhadap
Head Loss (H) pipa no.2 dan
pipa pada bukaan valve 75%, 100% pipa no.2
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
pipa no.2
LOG V
LOG
H
Grafik 3.2 Hubungan Log V terhadap Log H
pipa no.2 dan pipa no.4 pada
bukaan valve 75%, 100%
0 20 40 60 80 100 1200
10000
20000
30000
40000
50000
60000
pipa no.2pipa no.4
Friction Loss
NRe
Grafik 3.3 Hubungan Friction Loss
terhadap NRe pipa no.2 dan pipa no.4
pada bukaan
valve 75%, 100%
Pengukuran head loss pada pipa nomor 2 dapat ditentukan
dengan menggunakan persamaan (H = ha – hb), nilai head loss
yang diperoleh dari percobaan berdasarkan grafik 3.1 pipa
no.2 ,dapat diketahui head loss terkecil terjadi pada saat
kecepatan fluida 16,7113 ft/detik dengan nilai head loss
10,9956 inHg dan yang terbesar yaitu pada kecepatan 25.23
ft/detik dengan head loss 11,218 inHg. Pengukuran head loss
pada pipa nomor 4 juga dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan (H = ha – hb), dari grafik 3.1 pipa nomor 4 dapat
dilihat hubungan antara kecepatan fluida dengan head loss
nya. Puncak head loss terjadi pada V= 10,21 ft/s dan H= 1,58
inHg. Pada V= 8,80 ft/s dan H= 1,413 inHg terjadi penurunan
head loss. Dari percobaan ini dapat diketahui semakin besar
kecepatan aliran fluida semakin besar pula head loss yang
terjadi pada aliran pipa, ini disebabkan karena aliran
dengan kecepatan tinggi maka gesekan fluida dengan dinding
pipa semakin besar sehingga energy yang hilang(head loss)
juga semakin banyak. Bukaan valve 100% mempunyai kecepatan
dan head loss yang lebih besar dari pada bukaan 75%. Hal ini
dikarenakan dengan bukaan 100% maka kecepatan fluida yang
mengalir semakin cepat.
Dari percobaan yang dilakukan selain diperoleh nilai
head loss yang ada serta kecepatan dari aliran dapat juga
dilihat kenaikan dan penurunan yang terjadi dengan
membandingkan nilai dari logaritma antara kecepatan dan head
loss, hal ini dapat dilihat dari grafik 3.2, untuk pipa
nomor 2 terjadi kenaikan log H pada setiap peningkatan nilai
log V. Nilai Log V terendah adalah 1,22 dengan Log H sebesar
1,041 sedangkan Log V tertinggi adalah sebesar 1,401 dengan
nilai Log H sebesar 1,049. Pada pipa nomor 4 terjadi
kenaikan log H pada setiap peningkatan nilai log V. Nilai
Log V terendah adalah 0,945 dengan Log H sebesar 0,15
sedangkan Log V tertinggi adalah sebesar 1,01 dengan nilai
Log H sebesar 0,19. Dari grafik tersebut, dapat
disimpulkan Log V berbanding lurus terhadap Log H dimana
semakin besar Log V, maka semakin besar Log H.
Kecepatan,friction loss dan head loss pada pipa nomor 2
lebih besar dibandingkan pada pipa nomor 4, hal ini
dikarenakan pada pipa nomor 2 memiliki diameter yang lebih
kecil dibanding dengan diameter pipa nomor 4 yang lebih
besar.Perbedaan diameter ini memiliki hubungan dengan
persamaan kontinuitas,semakin kecil luas pipa maka semakin
besar kecepatan sehingga akibatnya friction loss dan head
loss juga semakin besar(White.1988).
Q = A v v = QAPercobaan ini juga terlihat bahwa jenis aliran yang
digunakan adalah jenis aliran turbulens yaitu lebih besar
dari 4000 .Berdasarkan grafik 3.3 dapat dilihat bahwa
semakin besar friction loss maka bilangan Reynold semakin
besar. Dari persamaan dibawah bahwa bilangan Reynold berbandinglurus dengan nilai friction loss.
F = 32µ3Lℜ2
gcρ2D4
3.3 Head Loss & Friction Loss didalam elbow 450 dan 900
Pada percobaan ini akan ditentukan besar laju aliran
dan head loss pada pipa elbow 450 dan 900. Besarnya laju
aliran fluida dan head loss yang terjadi dipengaruhi oleh
besar kecilnya elbow yang diberikan. Perhitungan rata-rata
pada pipa elbow 450 dan 900 dari data percobaan yang
dilakukan serta kecenderungan grafik yang terjadi, dapat
dilihat pada grafik dibawah :
0
0.05
0.1
0.15
0.20.25
elbow 45elbow 90
Kecepatan(ft/s)
Head
lo
ss(i
nHg)
Grafik 3.4 Hubungan kecepatan (V) terhadap
Head Loss (H) pada bukaan
75%, 100% pipa elbow 450 dan 900
Grafik 3.4 adalah hubungan kecepatan dengan head loss,
dimana nilai head loss terbesar pada elbow 450 bernilai 0,184
inHg dan nilai dari kecepatannya sebesar 10.27 ft/s.
Sedangkan untuk elbow 900 nilai head loss terbesar senilai
0,196 inHg dan nilai dari kecepatan sebesar 10.19 ft/s .
Dari grafik 3.4 kita juga dapat membandingkan bahwa nilai
kecepatan pada elbow 45 lebih besar dari pada nilai
kecepatan pada elbow 90. Hal ini sudah sesuai dengan
literature bahwa kecepatan air berbanding terbalik dengan
sudut belokan pipa,semakin besar sudut belokan pipa maka
kecepatan air semakin kecil,dan sebaliknya semakin kecil
sudut sambungan pipa maka kecepatan air semakin besar (Haruo
Tahara,Sularso.2000). Dari grafik tersebut juga dapat
membandingkan bahwa nilai head loss pada elbow 900 lebih
besar dari pada elbow 450.Hal ini sudah sesuai dengan
literature yang menunjukkan bahwa besar sudut belokan pipa
berbanding lurus dengan head loss. Semakin besar sudut
belokan pipa maka nilai head loss semakin besar,dan
sebaliknya semakin kecil sudut belokan pipa maka semakin
kecil pula head loss pipa(Haruo Tahara,Sularso.2000).
0.94 0.96 0.98 1 1.02
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
elbow 45
LOG V
LOG
H
Grafik 3.5 Hubungan Log V terhadap Log H
pada bukaan 75%, 100% pipa
elbow 450 dan 900
Selain menentukan perhitungan nilai head loss serta
nilai kecepatan aliran, dapat juga dilihat kenaikan dan
penurunan yang terjadi dengan membandingkan nilai dari
logaritma antara head loss dan kecepatan pada elbow 450 dan
900, hal ini dapat dilihat dari grafik 3.5 pada elbow 450
keadaan minimum dari log V terhadap log H yaitu ketika log V
0.94859 dan log H -1,006894 serta maksimum pada saat log V
1.011734 dan log H -0,735. .Pada elbow 900 keadaan minimum
dari log V 0.945136 dan log H -0.8027 serta maksimum pada
saat log V 1.0084136 dan log H -0,70864. Dari grafik diatas
dapat dilihat semakin besar Log V nya maka semakin besar
pula Log H nya.
1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.44200044000460004800050000520005400056000
elbow 45
elbow 90
Friction loss
NRe
Grafik 3.6 Hubungan Friction Loss terhadap
bilangan reynold pada
bukaan valve
75% dan 100% pada elbow 450 dan 900.
Grafik 3.6 adalah hubungan antara Friction loss dengan
bilangan Reynold.Dari grafik ini kita dapat membandingkan
friction loss dan bilangan Reynold pada elbow 450 dan 900.
Dari literature dikatakan bahwa kecepatan berbanding
terbalik dengan besar sudut belokan pipa.Pada elbow 450 maka
kecepatan air mengalir lebih besar dari pada elbow 900 maka
friction loss (kerugian akibat gesekan fluida pada pipa)
pada elbow 450 lebih besar dari pada elbow 900. Karena pada
elbow 450 kecepatan air yang mengalir pada dinding pipa lebih
besar akibatnya gesekan fluida dengan pipa semakin
besar(Haruo Tahara,Sularso.2000).
Friction loss pada elbow 450 lebih besar dari pada
900 maka bilangan Reynold pada elbow 450 juga besar. Hal ini
dapat dilihat pada persamaan dibawah ini bahwa Reynold
berbanding lurus dengan friction loss.Dari grafik diatas
juga tahu bahwa jenis aliran pada elbow 450 dan elbow 900
adalah jenis aliran turbulens ,dimana NRe > 4000.
F = 32µ3Lℜ2
gcρ2D4
3.5 Friction Loss pada Enlargement dan Contraction
Pada perpipaan, pipa perbesaran terjadi dimana diameter
dari pipa yang awalnya kecil mengalami perbesaran menjadi
diameternya lebih besar(Enlargement)dan diameter besar
kekecil(Contraction). Perhitungan rata-rata pada pipa
perbesaran dari data percobaan yang dilakukan datanya dapat
dilihat grafik di bawah ini :
20 30 40 50 60 70 800
20000400006000080000
100000120000140000160000180000
Enlarg...
Friction loss
NRe
Grafik 3.7 Hubungan Faktor gesekan
terhadap NRe pada bukaan valve 75%
dan 100% pada pipa
enlargement dan contraction.
Berdasarkan grafik 3.7 terdapat dua perbedaan yang
mencolok friction loss pada enlargement yang naik dan
contraction yang turun. Enlargement untuk pipa dimana
diameter berubah dari kecil ke besar,sehingga luas penampang
juga berubah dari kecil ke besar.Dari persamaan kontinuitas
bahwa kecepatan fluida adalah perbandingan debit air dengan
luas penampang pipa. Semakin kecil luas penampang pipa maka
semakin besar kecepatan fluida yang mengalir. Hal ini karena
luas penampang berbanding terbalik dengan kecepatan fluida.
Pada enlargement luas pipa pertama lebih kecil dibanding
dengan luas pipa dua,hal ini mengakibatkan kecepatan fluida
pada penampang kecil lebih besar dari pada kecepatan pada
penampang besar. Berbeda dengan contraction diameter berubah
dari besar kekecil sehingga kecepatan pada penampang pertama
lebih kecil dari penampang kedua. .Hal ini mengakibatkan
friction loss pada enlargement lebih besar dari pada
contraction. Pada enlargement dari bukaan 75 % sampai 100%
friction loss akan naik dengan semakin besarnya bukaan
valve. Berbeda dengan contraction friction loss akan menurun
dengan semakin besarnya bukaan valve. Hal ini terjadi karena
perubahan diameter besar kekecil dengan bukaan yang semakin
besar luas penampang kecil tidak mampu mengalirkan fluida
dengan cepat sehingga membutuhkan waktu yang lama akibatnya
kecepatan fluida juga semakin kecil(Tipler.1998). Dari
grafik juga tahu bahwa jenis aliran yang digunakan adalah
jenis aliran turbulens dimana NRe > 40000.
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
1. Semakin besar bukaan yang diberikan, maka semakin besar
head loss dan friction loss yang diperoleh. Head loss
terbesar cenderung pada bukaan 100% yaitu pada pipa
no.2 sebesar 11,21 inHg; pada pipa no.4 sebesar 1,58
inHg; pipa elbow 90o sebesar 0,196 inHg; pipa elbow 450
sebesar 0,183; pipa perbesaran sebesar 0,223 inHg
sedangkan pipa pengecilan terbesar pada bukaan 75 %
yaitu sebesar 0,14 inHg. Friction loss terbesar pada
bukaan 100% pada pipa no.2 adalah 100,09 ft/lbm; pipa
no.4 adalah 2,18 ft/lbm ; elbow 90o adalah 2,17 ft/lbm;
elbow 450 adalah 2,20 ft/lbm; enlargement sebesar 99,09
ft/lbm sedangkan contraction sebesar 34,02 ft/lbm pada
bukaan 75%.
2. Semakin besar kecepatan fluida yang mengalir, maka
kerugian gesekan atau friction loss nya juga akan
semakin besar. Friction loss pipa no.2 sebesar 100,09
ft/lbm pada kecepatan 25,23 ft/s ; friction loss pipa
no.4 sebesar 2,18 ft/lbm pada kecepatan 10,2 ft/s ;
friction loss pada elbow 90o sebesar 2,17 ft/lbm pada
kecepatan 10,19 ft/s ; friction loss pada elbow 450
sebesar 2,20 ft/lbm pada kecepatan 10,2 ft/s ; friction
loss pada enlargement sebesar 99,09 ft/lbm pada
kecepatan 79,82 ft/s dan friction loss pada contraction
sebesar 34,02 ft/lbm dengan kecepatan 10,51 ft/s.
3. Semakin kecil diameter pipa yang digunakan, maka
semakin besar kecepatan fluida dan head loss yang
diperoleh, begitu juga sebaliknya semakin besar
diameter pipa yang digunakan, maka semakin kecil
kecepatannya dan head loss.
4. Semakin kecil diameter pipa yang digunakan, maka
semakin besar kecepatan fluida dan friction loss yang
diperoleh,begitu juga sebaliknya semakin besar diameter
pipa yang digunakan, maka semakin kecil kecepatannya
dan friction loss.
4.2 Saran
Pratikan harus teliti dalam pembukaan dan penutupan
katup yang digunakan sehingga diperoleh hasil yang akurat.
Kesalahan dalam pembukaan dan penutupan katup ini akan
sangat berpengaruh terhadap hasil perhitungan selanjutnya.
LAMPIRAN A
LAPORAN SEMENTARA
Judul Pratikum : Aliran Fluida dalam Sisitem Perpipaan.
Hari/Tanggal Pratikum :11 Oktober 2014.
Dosen Pembimbing : Elvi Yenie,ST.,M.Eng.
Asisten Pratikum : Riyaldi.
Nama elompok IX : Crisvan Hardinata
Sela Anggita
Titu Awliya
Tabel A.1 Data hasil percobaan pada pipa nomor 2
Bukaa
n
Valve
Volum
e
(m3)
Waktu
t
(Detik
Debit
Q
(m3/det
Q
rerata
(m3/
ha(mm
Hg)
hb(m
mHg)
Head
loss(ha-
hb)
) ik) detik)
75%
0,01 432,33x1
0-4
1,56x1
0-4
613 318 295
0,015 65,562,29x1
0-4601 327 274
0,02 92,412,16x1
0-4600 329 271
100%
0,01 42,212,37x1
0-4
2,36x1
04
604 325 279
0,015 65,272,28x1
0-4607 323 284
0,02 82,422,43x1
0-4609 315 294
Tabel A.2 Data hasil percobaan pada pipa nomor 4
Bukaa
n
Valve
Volum
e
(Lite
r)
Waktu
t
(Deti
k)
Debit Q
(m3/deti
k)
Q
rerata
(m3/
detik)
ha(mm
Hg)
hb(mm
Hg)
Head
loss(h
a-hb)
75%
0,01 14,946,69x10I
-4
6,24x1
0-4
483 449 34
0,015 22,186,76x10-
4484 448 36
0,02 38,105,25x10-
4485 447 38
100%0,01 13,63
7,34x10-
4
7,23x1
04485 446 39
0,015 21,916,85x10-
4487 445 42
0,02 26,62 7,51x10- 485 445 40
4
Tabel A.3 Data hasil percobaan pada elbow 450
Bukaa
n
Valve
Volum
e
(Lite
r)
Waktu
t
(Detik
)
Debit
Q
(m3/det
ik)
Q
rerata
(m3/
detik)
ha(mm
Hg)
hb(m
mHg)
Head
loss(ha-
hb)
75%
0,01 15,076,64x1
0I-4
6,25x1
0-4
466 465 1
0,015 24,036,24x1
0-4466,5 464 2,5
0,02 34,065,87x1
0-4467 463 4
100%
0,01 13,507,41x1
0-4
7,27x1
04
470 462 8
0,015 20,887,18x1
0-4468 464 4
0,02 27,677,23x1
0-4467 465 2
Tabel A.4 Data hasil percobaan pada elbow 900
Bukaa
n
Valve
Volum
e
(Lite
r)
Waktu
t
(Detik
)
Debit
Q
(m3/det
ik)
Q
rerata
(m3/
detik)
ha(mm
Hg)
hb(m
mHg)
Head
loss(ha-
hb)
75%
0,01 15,796,33x1
0I-4
6,24x1
0-4
468 464 4
0,015 23,706,33x1
0-4467,5
463,
54
0,02 33,036,06x1
0-4467 463 4
100%
0,01 137,69x1
0-4
7,22x1
04
469 462 7
0,015 21,66,94x1
0-4468 463 5
0,02 28,57,02x1
0-4467 464 3
Tabel A.5 Data hasil percobaan enlargement pipa 2
Bukaa
n
Valve
Volum
e
(Lite
r)
Waktu
t
(Detik
)
Debit
Q
(m3/det
ik)
Q
rerata
(m3/
detik)
ha(mm
Hg)
hb(m
mHg)
Head
loss(ha-
hb)
75%
0,01 16,116,20x1
0I-4
6,13x1
0-4
469 463 6
0,015 24,396,15x1
0-4468 464 4
0,02 33,216,02x1
0-4467 465 2
100%
0,01 13,277,54x1
0-4
7,46x1
04
466 464 2
0,015 20,387,36x1
0-4469 463 6
0,02 26,737,48x1
0-4471 462 9
Tabel A.6 Data hasil percobaan contraction pipa 2
Bukaa
n
Valve
Volum
e
(Lite
r)
Waktu
t
(Detik
)
Debit
Q
(m3/det
ik)
Q
rerata
(m3/
detik)
ha(mm
Hg)
hb(m
mHg)
Head
loss(ha-
hb)
75%
0,01 13,457,43x1
0I-4
7,41x1
0-4
469 463 6
0,015 20,167,44x1
0-4468 464 4
0,02 27,187,36x1
0-4466 465 1
100%
0,01 15,526,44x1
0-4
6,18x1
04
467 463 4
0,015 26,685,62x1
0-4468 464 4
0,02 30,826,49x1
0-4466 465 1
LAMPIRAN B
SPESIFIKASI PERALATAN
Spesifikasi peralatan pipa-pipa yang digunakan pada
percobaan aliraan fluida dalam system perpipaan:
1.Pipa No.2
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa : 6,3 mm = 0,0206 ft
Luas pipa : 0,00033 ft2
2.Pipa No.4
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa : 17,21mm = 0,0565 ft
Luas pipa : 0,0025 ft2
3.Elbow 450 dan elbow 900
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa : 17,21 mm = 0,0565 ft
Luas pipa : 0,0025 ft2
4.Pipa enlargement dan contraction.
Panjang pipa : 190 cm = 6,2335 ft
ID pipa 1 : 6,3 mm = 0,0206 ft
ID pipa 2 : 17,21 mm = 0,0565 ft
Luas Pipa 1 : 0.00033 ft2
Luas pipa 2 : 0,0025 ft2
5.Data fluida
Densitas fluida(ρ) = 62,43 lbm/ft3
Viskositas(µ) = 0,00067197 lbm/ft.s
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN1.Menghitung Debit(Q)
Diameter pipa No.2 = 0,0206 ft
Penyelesaian :
Pipa No.2
Bukaan 75%
Q 1=Vt
= 0,0143 = 2,33x10-4 m3/s
Q2 = Vt
= 0,01565,56 = 2,29x10-4 m3/s
Q3 = Vt
= 0,0292,41
= 2,16x10-4 m3/s
Qrata-rata = 2,33x10−4m3/s+2,29x10−4m3 /s+2,16x10−4m3 /s
3
= 1,56x10−4m3detik x 1ft30,028317m3
= 5,514 x 10-3 ft3/detik
A = 14πd2
A = 143,14 X¿
= 0,00033 ft2
V = QA
= 5,514x10−3ft3 /detik0,00033ft2
= 16,71 ft/detik
Perhitungan debit untuk variasi system perpipaan lainnya mengunakan cara yang
sama
2.Menghitung Bilangan Reynold(NRe)
Bukaan 75 %
ρair = 1 gr/cm3 = 62,43 lbm/ft3
v = 16,71 ft/detik
Diameter pipa No.2 = 0,0206 ft
µ= 1cP = 6,7197 x 10-4 lb/ft.s
penyelesaian:
Pipa No.2
Bukaan 75%
NRe = ρvDµ
= 62,43lbm /ft3x16,71ft /detikx0,0206ft6,7197x10−4lb/ft.det
= 31983,1 Perhitungan bilangan Reynold untuk variasi system perpipaan lainnya menggunakan
cara yang sama.
3.Menghitung Friction Loss (F)
Bukaan 75%
Diameter pipa No.2 = 0,0206 ft
ρair = 1 gr/cm3 = 62,43 lbm/ft3
v = 16,71 ft/detik
µ= 1cP = 6,7197 x 10-4 lb/ft.s
gc = 32,174 lbm.ft/lbf.s2
L(panjang pipa) = 6,2335 ft
Penyelesaian:
F = 32µLV2gcD2ρF =
32X6,7197x10−4lbm /ft.sX6,2335ftx(16,71ft /detik)232,174lbm.ft/lbf.s2x0,0206ftx0,0206ftx62,43lbm /ft3
F = 43,92 ft/lbm
Perhitungan Friction loss untuk variasi system perpipaan lainnya menggunakan cara
yang sama ,kecuali pada system perpipaan enlargement dan contraction.
Untuk friction loss pada enlargement menggunakan persamaan
F = ¿¿ F = (65,56ft/s)2
2x32,174lbm.ft/lbf.s2F = 66,79 ft/lbm
Untuk bukaan 100% enlargement gunakan rumus yang sama untuk mencari friction loss.
Untuk friction loss pada contraction mengunakan persamaan
F = K ¿¿
K = ( 1Cc - 1)
2
Cc = 0,62 + 0,38 (A2/A1)2
Cc = 0,62 + 0,38(0,00033/0,0025)2
Cc = 0,62 + 0,38(0,132)2
Cc = 0,62 + 0,38(0,17424)
Cc = 0,62 + 0,0066
Cc = 0,6266
K = ( 1Cc - 1)
2
K = ( 10,6266
−1¿2
= 0,36
F = K ¿¿
F = 0,36¿¿
= 34,027 ft/lbm
4.Menghitung friction factor
Pipa nomor 2
f = 2FgcDLV2
= 2x43,92ft/lbmx32,174lbm.ft/lbf.s2x0,0206ft6,2335ftx16,71ft /sx16,71ft/s
= 0,0344
untuk variasi bukaan dan volume yang lain menggunakan cara yang sama.
LAMPIRAN D
HASIL PERHITUNGAN
Tabel D.1 Hasil Perhitungan Pipa No.2
Bukaa
n
valve
Q
rerata
Ft3/det
Kecepata
n(ft/
det)
H
(inH
g)
Log
v
Log
HNRe F f
75 % 0,0055 16,710,9
91,22
1,04
1
31983,
1
43,9
1
0,03
4
100 % 0,0083 25,2311,2
11,40
1,04
9
48286,
6
100,
1
0,03
4
Tabel D.2 Hasil Perhitungan Pipa No.4
Bukaa
n
valve
Q
rerata
Ft3/det
Kecepata
n(ft/
det)
H
(inH
g)
Log
v
Log
HNRe F f
75 % 0,022 8,8 1,41 0,94 0,1546233,
41,62
0,01
2
100 % 0,025 10,2 1,581,00
90,19
53624,
712,18
0,01
2
Tabel D.3 Hasil Perhitungan pada Elbow 450
Bukaa
n
valve
Q
rerata
Ft3/det
Kecepata
n(ft/
det)
H
(inH
g)
Log
v
Log
HNRe F f
75 %0,0220
78,828
0,09
80,94
-
1,01
46342,
8
1,62
9
0,01
2
100 %0,0256
810,2 0,18 1,01
-
0,73
53929,
4
2,20
6
0,01
2
Tabel D.4 Hasil Perhitungan pada Elbow 900
Bukaa
n
valve
Q
rerata
Ft3/det
Kecepata
n(ft/
det)
H
(inH
g)
Log
v
Log
HNRe F f
75 %0,0220
38,813 0,15
0,94
5
-
0,80
46262,
3
1,62
3
0,01
2
100 % 0,0254 10,190,19
6
1,00
8
-
0,71
53521,
42,17
0,01
2
Tabel D.5 Hasil Perhitungan pada Enlargement
Bukaa Q Kecepata Kecepata F f NRe H
n
valve
rerat
a
Ft3/
det
n
V1(ft/de
t)
n
V2(ft/de
t)
(inHg
)
75 %0,021
665,56 8,68
66,7
9
0,003
04
125.47
80,157
100 %0,026
379,82 10,5
99,0
2
0,003
04
152.77
50,223
Tabel D.6 Hasil Perhitungan pada Contraction
Bukaa
n
valve
Q
rerat
a
Ft3/
det
Kecepata
n
V1(ft/de
t)
Kecepata
n
V2(ft/de
t)
F f NRe
H
(inHg
)
75 % 0,026 10,51 79,3134,0
20,179 55.076 0,14
100 % 0,021 8,77 66,1823,6
90,179 45.963 0,11
DAFTAR PUSTAKA
Deslia Prima. 2011. Laporan Dasar-dasar Proses Kimia I. www.scribd.com.
desember 2013. Pekanbaru.
Haruo Tahara, Sularso, 2000. Pompa dan Kompresor.
Jakarta :Penerbit PT. Pradnya
Pramita.
McCabe L Warren, Smith C Julian, and Herriot Peter, 1985. “Operasi
Teknik Kimia Jilid 1 .Edisi Keempat.Jakarta: Erlangga.
M. White, Frank dan Hariandja, Manahan. 1988. Mekanika Fluida.
Jakarta :Erlangga.
Raswari. 1986. Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan.
Jakarta:Penerbit
Universitas Indonesia.