Panduan Praktikum 2012

Percobaan 4

HEAD LOSS

(KEHILANGAN ENERGI PADA PIPA LURUS)

A. Tujuan Percobaan:

1. Mengukur kerugian tekanan (Pv)

2. Mengukur Head Loss (hv)

B. Alat-alat yang digunakan

1. Fluid Friction Demonstrator

2. Stopwatch

Keterangan : 1. Katup 7. Pressure tap 2. Double pressure gauge 8. Saluran buang 3. Katup pengarah aliran 9. Pengukuran katup 4. Rangka alat 5. Pengukur aliran 6. Sambungan ke titik pengukuran

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Panduan Praktikum 2012

C. Teori

Aliran viskos di dalam pipa

Aliran fluida dalam sebuah pipa mun gkin merupakan aliran laminar atau

aliran turbulen. Untuk aliran pipa parameter tak berdimensi yang paling

penting adalah bilangan Reynolds, Re yaitu perbandingan antara efek

inersia dan viscous dalam aliran. Sehingga istilah laju aliran digantikan

dengan bilangan Reynolds.

Setiap fluida yang mengalir dalam sebuah pipa harus memasuki pipa

pada suatu lokasi. Daerah aliran di dekat lokasi fluida memasuki pipa

disebut sebagai daerah masuk (entrance region) seperti diilustrasikan

pada gambar 1.

Gambar 1. Daerah masuk aliran sedang berkembang dan aliran berkembang penuh di dalam sebuah sistem pipa. (Munson,et al, 2003)

Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1 fluida biasanya memasuki

pipa dengan profil kecepatan yang hampir seragam pada bagian (1).

Sewaktu fluida bergerak melewati pipa, efek viskos menyebabkannya

tetap menempel pada dinding pipa (kondisi lapisan batas tanpa slip). Hal

ini berlaku baik jika fluidanya adalah udara yang relatif inviscid ataupun

minyak yang sangat viskos. Jadi, sebuah lapisan batas (boundary layer)

di mana efek viskos menjadi penting timbul di sepanjang dinding pipa

sedemikian hingga profil kecepatan awal berubah menurut jarak

sepanjang pipa, x, sampai fluida mencapai ujung akhir dari panjang

daerah masuk, bagian (2), di mana setelah di luar itu profil kecepatan

tidak berubah lagi menurut x.

Panduan Praktikum 2012

Lapisan batas telah tumbuh ketebalannya sehingga memenuhi pipa

secara menyeluruh. Efek viskos sangat penting di dalam lapisan batas.

Untuk fluida di luar lapisan batas [di dalam inti inviscid (inviscid core)

yang mengelilingi garis sumbu dari (1) ke (2)], efek viskos dapat

diabaikan. Medan aliran di mana tegangan geser diasumsikan dapat

diabaikan dikatakan sebagai inviscid, nonviskos atau tanpa gesekan.

Head Loss

Headloss adalah suatu nilai untuk mengetahui seberapa besarnya

reduksi tekanan total (total head) yang diakibatkan oleh fluida saat

melewati sistem pengaliran. Total head, seperti kita ketahui 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) . Headloss tidak

dapat dihindarkan pada penerapan sistem pengaliran fluida dilapangan.

Head loss dapat terjadi karena:

1. Gesekan antara fluida dan dinding pipa

2. Friksi antara sesama partikel pembentuk fluida tersebut

3. Turbulensi yang diakibatkan saat aliran di belokkan arahnya atau hal

lain seperti misalnya perubahan akibat komponen perpipaan (valve,

flow reducer, atau kran).

Kehilangan karena friksi/gesekan adalah bagian dari total headloss

yang terjadi saat aliran fluida melewati suatu pipa lurus. Headloss pada

suatu fluida pada umumnya berbanding lurus dengan panjang pipa , nilai

kuadrat dari kecepatan fluida dan nilai friksi fluida yang disebut faktor

friksi. dan juga nilai headloss berbandng terbalik dengan diameter pipa.

Aliran fluida riil akan mengalami kehilangan energi (head, hl), yang

terdiri dari kehilangan head karena gesekan pipa (hf) dah kehilangan

head minor (hi). Kehilangan Head Minor disebabkan oleh hambatan

karena adanya perubahan diameter pipa, sambungan, katup (valve),

Panduan Praktikum 2012

belokan (elbow), percabangan dan sebagainya. Persamaan energi untuk

aliran tak mampu mampat , tunak diantara dua lokasi adalah :

Lhzg

VPz

g

VP 2

22

21

2

11

1

22

Dimana hL adalah kerugian head antara bagian 1 dan 2 . Dengan asumsi D1 = D2 sehingga V1 = V2, z1 = z2 dengan aliran berkembang

penuh ( 1 2 ) maka 1 2 LP P P h .

Kerugian tekanan dapat dihitung dengan rumus :

Sedangkan Head Loss dapat dihitung dengan :

(persamaan Darcy-Weisbach)

Koefisien Gesekan Pipa

Bilangan Reynold dihitung dengan rumus :

Laju aliran :

Panduan Praktikum 2012

Untuk Pipa dengan Re < 65 d/k dan Reynold 2320 < Re < 105000 koefisien

gesekan pipa dapat ditentukan dengan rumus blasius :

Untuk pipa dengan Re (65 d/k < Re < 1300 d/k dapat dihitung dengan rumus

Colebrook ;

D. Prosedur Percobaan

Pengamatan dilakukan pada bagian II dari instalasi dengan langkah-

langkah sebagai berikut :

1. Dudukkan intalasi uji (fluid friction Appartus) di atas tangki (HM 150)

2. Hubungkan instalasi uji dengan tangki menggunakan selang yang

telah disediakan.

3. Atus posisi alat ukur tekanan hingga ujung atas alat ukur sejajar

dengan ujung tas instalasi uji.

4. Operasikan pompa kemudian atur bukaan katup pada tangki untuk

mengatur laju aliran.

5. Pastikan hanya katup pada bagian II (daerah pengamatan) yang

terbuka.

6. Lakukan pengaturan alat ukur tekanan dengan penyetelan pada

katup alat ukur, hingga posisi normal.

7. Pasang selang alat ukur pada kedua titik pengukuran.

8. Lakukan pengukuran dengan berbagai variasi pengukuran (ditentukan

asisten)

9. Catat waktu yang dibutuhkan untuk volume 10 liter, 20 liter atau 30

liter pada masing-masing perubahan kecepatan.

10. Catat penunjukan alat ukur tekanan air.

Panduan Praktikum 2012

11. Hitung head loss (hv), pressure loss (Pv), kecepatan aliran, angka

Reynolds dan koefisien gesek pipa.

E. Tabel Pengamatan

Bukaan katup

H1 (mm) H2 (mm) d (mm) l (mm) Waktu (s)

10 ltr