LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

PENENTUAN KEHILANGAN HEAD ALIRAN DALAM PIPA LURUS (hf)

Oleh :Indah Ayuningtyas Wardani

NIM A1H010096

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIANPURWOKERTO

2011

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk

memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu

tempat ke tempat yang lain. Head kecepatan menyatakan energi kinetik per satuan

berat yang terdapat di suatu titik tertentu. Jika kecepatan di suatu irisan

penampang merata, maka head kecepatan yang di hiung bersama kecepatan rata-

rata atau merata ini akan menjadi energi kinetic per satuan berat fluida yang

sesungguhnya. Kerugian head adalah kerugian yang terjadi pada saat cairan

mulai mengalir. Kerugian head merupakan perubahan energi oleh efek gesekan

yaitu dari energi mekanik ke energi termal, maka kerugian head untuk aliran fully

developed pada saluran dengan luas penampang yang konstan hanya tergantung

pada detail dari aliran yang melalui saluran.

Pelaksanaan praktikum mengenai bilangan Reynold ternyata tidak hanya

sampai disitu saja. Ilmu pengetahuan merupakan suatu jalan untuk menganalisis

berbagai kejadian. Perkembangan ilmu pengetahuan dimaksudkan mengefisienkan

segala bentuk kegiatan disegala bidang. Pengamatan yang dilakukan mengenai

bilangan Reynold bisa dilanjutkan untuk menentukan head kerugian.

B. Tujuan

Menghitung kehilangan head aliran pada pipa.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Kerugian energi atau istilah umumnya dalam mekanika fluida kerugian

head ( head losses ) tergantung pada :

– Bentuk, ukuran dan kekasaran saluran.

– Kecepatan fluida.

– Kekentalan atau viskositet.

– Tapi sama sekali tak dipengaruhi oleh tekanan absolut ( pab ) dari fluida.

Faktor viskositet sendiri merupakan penyebab-utama dari semua kerugian

head, sehingga hampir selalu diikut-sertakan dalam perhitungan-perhitungan

kerugian energi. Kehilangan-kehilangan yang terjadi pada sistem pipa yang

dikarenakan oleh bends (tekukan-tekukan), elbows (siku-siku), joints

(sambungan-sambungan), valves (klep-klep), dan lain-lain disebut kehilangan-

kehilangan minor (Orianto: 1989).

Head losses umumnya digolongkan sebagai :

– Local losses atau ( form losses atau minor losses ).

– Friction losses atau ( major losses ).

Local losses disebabkan oleh alat-alat pelengkap-lokal atau yang diberi istilah

tahanan hidrolis seperti misalnya, perubahan-bentuk saluran atau perubahan-

ukurannya. Apabila fluida mengalir melalui saluran dengan alat-alat tersebut,

kecepatannya akan berubah sehingga bisa terbentuk pusaran ( Eddies ). Jenis

kerugian yang kedua ( friction dan major losses ) adalah kerugian energi yang

terjadi pada pipa-lurus dengan luas penampang yang tetap sehingga aliran

dianggap uniform. Harganya bertambah sesuai dengan panjang salurannya.

Kerugian seperti ini disebabkan oleh gesekan-dalam daripada fluida, oleh sebab

itu bisa timbul baik pada pipakasar maupun pipa-halus.

Kerugian head pada saluran tertutup ( pipa ) dimana tidak ada permukaan

bebas sebenarnya disebabkan karena energi-potensial-spesifik atau ( z + p /g )

yang harganya semakin menurun sepanjang aliran. Apabila energi-kinetik-

spesifiknya atau ( v2 / 2g ) juga berubah untuk suatu debit tertentu, maka kasus

seperti ini tidak disebabkan oleh kerugian energi, tetapi oleh berubahnya luas

penampang saluran karena energi kinetik hanya merupakan fungsi dari kecepatan

aliran; atau hanya dipengaruhi oleh debit dan luas-penampang saluran.

1. Head kerugian gesek dalam pipa

Persamaan dasar untuk menghitung head turun untuk aliran fluida dalam

pipa-pipa dan saluran dengan menggunakan Rumus Darcy-Weishbach yaitu:

Dimana:

Hf = penurunan head (m)

f = faktor gesekan

L = panjang (m)

V = kecepatan rata-rata (m/det)

G = percepatan gravitasi (m/det2)

V2/2g = head kecepatan (m)

D = diameter dalam pipa (m)

Sebagai patokan suatu aliran laminer atau aliran turbulen, dengan memakai

bilangan Reynolds:

Dimana:

Re = bilangan Reynolds (tak berdimensi)

y = viskositas kinematik zat cair (m2/s).

V = kecepatan rata-rata (m/s)

D = Diameter dalam pipa (m)

Untuk aliran tertutup, koefisien kerugian gesek dalam pipa dengan rumus

empiris menurut cara Darcy

Dimana:

D = Diameter dalam pipa (m)

2. Kerugian head dalam fittings

Kerugian head dalam jalur pipa, seperti dalam sambungan-sambungan

pipa dinyatakan secara umum dengan persamaan:

Dimana:

Hf = kerugian head (m)

K = koefisien kerugian

V = kecepatan rata-rata (m/det2)

Harga koefisien kerugian K dari Appendix pada sambungan-sambungan

pipa untuk :

Belokan 45° K = 0,35 - 0,45

Belokan 90° K = 0,50 - 0,75

Katup terbuka K = 0,25

Katup tertutup K = 3,0

Sambungan T K = 1,5 - 2,0

3. Pembesaran penampang pipa secara mendadak

Pembesaran mendadak pada bagian saluran, terdapat perubahan

penampang dari kecil ke besar dengan demikian terjadi perubahan kecepatan

aliran. Untuk kerugian head dapat dinyatakan dengan persamaan:

Dimana:

Hf = kerugian head (m)

V1 = kec.rata-rata penampang kecil (mdet)

V2 = kec.rata-rata penampang besar (m/det)

g = percepatan gravitasi (9,8 m/det2)

4. Pengecilan Penampang Pipa Secara Mendadak

Pengecilan mendadak pada bagian pipa saluran, terdapat perubahan

penampang dari besar ke kecil dengan demikian terjadi perubahan kecepatan

aliran. Untuk kerugian head pengecilan mendadak dapat dinyatakan dengan

persamaan:

Head total pompa menurut instalasi sistem pipa tertutup adalah :

H = hf1 + hf2 + hm

Dimana:

H =head total pompa (mH2O)

hf =kerugian gesek dalam pipa lurus (mH2O)

hf =kerugian gesek komponen dari sistem pipa (mH2O)

hm =tahanan dari perlengkapan (mH2O)

Kerugian head akan menjadi semakin tinggi akibat adanya separasi dan

turbulensi yang aktif, akan tetapi untuk aliran kurvalinier tanpa separasi seperti

pada peralihan batas saluran yang tidak mendadak atau pada lairan disebuah

bendungan atau air terjun, maka rugi head kecil dapat diabaikkan. Oleh Manning

telah dibuat rumus untuk menentukan kerugian head yaitu:

Hf = 10,29 n2 Q2 / d5,333

Penentuan harga n Manning yang teliti tergolong sangat sulit karena harga

itu bergantung pada kekasaran permukaan, tumbukan di dasar saluran,

ketidakteraturan saluran, kelurusan saluran pengendapan dan pengikisan,

obstruksi, ukuran dan bentuk saluran, tinggi permukaan air dan debitnya,

perubahan-perubahan musiman serta bahan endapan yang dibawa oleh arus.

Berdasarkan kondisi diatas, nilai f ditetapkan dengan rumus yang sesuai dengan

jenis aliran seperti pada tabel 1.

Tabel 1. Rumus penetapan nilai f berdasarkan jenis aliran fluida.

Jenis aliran Rumus penetapan f Kisaran Re

1. Laminar 64 / Re Re <2100

2. a. Hydroulically smooth

b. Turbulent smooth

F = 0,361 / Re0,25

1 / f = 1,14 – 2 log10 (Re f) –

0,8

Re >4000

3. Transisi 1/f = 1,14 – 2 log10 (e/d

+9,35/(Re f)

Re >4000

Hydroulically tough atau

wholly rough

1/f = 1,14 + 2 log10 (D/e) Re >4000

Head kerugian adalah untuk mengatasi kerugian-kerugian yang terdiri atas

head kerugian gesak didalam pipa-pipa, dan head kerugian didalam belokan-

belokan, reduser dan katup-katup. Dalam keadaan turbulen, peralihan atau

laminar untuk aliran dalam pipa (saluran tetutup), telah dikembangkan rumus

Darcy Weisbach yaitu:

Hf = f x (l x v2) / (D x 2g)

Dimana:

hf = kehilangan energi akibat gesekan

f = faktor gesekan

l = panjang pipa (m)

V = percepatan gravitasi (m/s2)

D = diameter pipa (m)

III. METODOLOGI

A. Alat dan Bahan

1. Selang

2. Penggaris

3. Stop watch

4. Alat penguji

5. Tempat penampung air

6. Air

7. Tinta

B. Cara Kerja

1. Faktor gesek pada masing-masing aliran dihitung

2. Hasil dari perhitungan pada praktikum kedua kerugian head aliran

dihitung pada pipa lurus (hf).

IV. HASIL dan PEMBAHASAN

1. Data Pengamatan

a. T1 = 10 detik

b. T2 = 15 detik

c. V1 = 1415 ml = 1.415 L = 1.415 x 10-3 m3

d. V2 = 2700 ml = 2.7 L = 2.7 x 10-3 m3

2. Perhitungan

a. A = ¼ π D2

= ¼ π (0.025)2

= 4.91 × 10-4 m2

b. V1 =

=

= 288.18 × 10-3 m/detik

c. V2 =

=

= 366.6 m/detik

d. Vrata-rata =

=

= 327.39 × 10-3 m/s

e. Re = =

= 5.39 (Aliran laminer)

f. f =

=

= 11.87

g. Hf = f

= 11.87

= 2.59 m

B. Pembahasan

Head kerugian adalah untuk mengatasi kerugian- kerugian yang terdiri atas

head kerugian gesak didalam pipa-pipa, dan head kerugian didalam belokan-

belokan, reduser dan katup- katup. Kerugian head bisa disebabkan oleh kekasaran

permukaan, tumbuhan didasar saluran, ketidakteraturan saluran, kelurusan saluran

pengendapan dan pengikisan, obstruksi, ukuran dan bentuk saluran, tinggi

permukaan air dan debitnya, perubahan- perubahan musiman serta bahan endapan

yang dibawa oleh arus. Pengujian yang kami lakukan pada praktikum

sebelumnya, nilai Re didapat sebesar 0,228, dan nilai Re ini sangat dibutuhkan

untuk mencari nilai f. Nilai f yang didapat dari pengujian adalah f = 222,222.

Dengan menggunakan persamaan head turun, maka nilai hf diperoleh sebesar

9,459 m. Head kerugian dapat dikarenakan oleh faktor gesekan pada pipa

oleh karena itu head kerugian ini dipengaruhi oleh faktor gesekan, panjang pipa,

kecepatan aliran, percepatan gravitasi dan diameter pipa.

Nilai f yang didapat sangatlah kecil. Standar untuk nilai f pada masing-

masing aliran dapat dilihat sebagai berikut:

1. Jika Re < 2100, aliran tersebut dinamakan aliran laminar dan nilai f

ditetapkan dengan persamaan Hagen – Poiseulle f = 64 / Re

2. kalau e/ d kecil (dinding pipa licin) tetapi Re > 2100, alirannya disebut

“hydraulically smooth” atau “turbulent smooth”.

3. kalau Re > 4000 atau e/d besar, alirannya disebut aliran turbulent rought

4. Jika aliran berada antara kondisi 2 dan 3 maka aliran tersebut disebut

aliran transisi.

Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam perhitungan head kerugian

(hf) adalah menentukan jenis aliran fluida yang terjadi dengan menggunakan

bilangan Reynold, menentukan nilai koefisien f dari jenis aliran yang terjadi, dan

nilai hf dihitung dengan persamaan berikut:

hf= f dimana f =

Berdasarkan pembahasan diatas, maka dapat diambil kesimpulan bahwa

kehilangan nilai head dikarenakan oleh faktor gesekan pada pipa dan pada

praktikum ini didapat nilai hf sebesar 9,459 m.

VI. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Head kerugian adalah untuk mengatasi kerugian–kerugian yang terdiri atas

head kerugian gesak didalam pipa–pipa, dan head kerugian didalam belokan–

belokan, reduser dan katup–katup.

2. Berdasarkan persamaan

hf= f

Besar nilai hf yaitu hf = 3,59.

3. Head kerugian ini dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain faktor gesekan,

panjang pipa, kecepatan aliran, percepatan gravitasi dan diameter pipa.

B. Saran

Sebaiknya dalam praktikum ini efisiensi waktu diperhatikan dan keaktifan

mahasiswa juga lebih diperhatikan, sehingga mahasiswa benar-benar mendapat

manfaat yang positf setelah melaksanakan praktikum ini. Kemudian dalam

praktikum ini sebaiknya menggunakan alat-alat yang lebih dapat mendukung

terjalannya praktikum karena terdapat sedikit hambatan yang ditemui dalam

melaksanakan praktikum ini yang diakibatkan oleh alat yang kurang mendukung.

-

DAFTAR PUSTAKA

Kartasapoetra, A.G. dan Sutedjo Mulyani. 1986. Teknologi Pengairan Pertania Penerbit Bina Aksara, Jakarta.

Ranald, V, GH. 1996. Mekanika Fluida dan Hidraulika edisi Kedua. Erlangga, Jakarta.

Suharto. 1991. Dinamika dan Mekanika. PT. Rineka cipta, Jakarta.

Sutrisno, 1996. Seri Fisika Dasar. Mekanika. ITB, Bandung.