ANALISIS FAKTOR GESEKAN PADA PIPA HALUS
Juari NRP: 1321025
Pembimbing: Robby Yussac Tallar, Ph.D.
ABSTRAK
Hidraulika merupakan ilmu dasar dalam bidang teknik sipil yang menjelaskan perilaku fluida atau air yang memiliki kecepatan dan terjadi disaluran terbuka seperti sungai, saluran drainase, dan saluran irigasi, maupun pada saluran tertutup seperti aliran dalam pipa. Jenis-jenis saluran tertutup (pipa) terbagi menjadi dua yaitu pipa berjenis kasar dan pipa berjenis halus. Parameter utama yang diperhatikan dalam pipa antara lain tekanan air, kecepatan air, serta kehilangan energi. Kehilangan energi pada pipa disebabkan oleh kehilangan energi primer dan energi sekunder. Kehilangan energi primer disebabkan oleh gesekan antara fluida dengan pipa, kehilangan energi sekunder disebabkan perubahan bentuk dari pipa seperti katup, perbesaran penampang, pengecilan penampang, belokan penampang dengan sudut 450, 900 dan 1800.
Tujuan utama penelitian ini adalah menganalisis kehilangan energi primer akibat gesekan pada dinding pipa halus dan kehilangan energi sekunder akibat berbagai kondisi tertentu. Di samping itu, tujuan utama diturunkan menjadi beberapa tujuan khusus, seperti menghitung nilai Re untuk menentukan jenis aliran, menghitung nilai faktor gesekan dengan beberapa rumus empiris, menghitung nilai kekasaran (k) pada pipa halus dengan berbagai diameter yang berbeda. Fluida yang digunakan dalam penelitian ini adalah fluida berjenis air. Temperatur air tidak berubah selama simulasi berlangsung.
Jenis aliran yang terjadi berdasarkan nilai Re adalah turbulen, karena nilai
Re>4.103. Nilai faktor gesekan dari beberapa persamaan, digunakan persamaan
Blassius untuk mencari nilai kekasaran pipa. Nilai kekasaran pipa berbanding terbalik terhadap bilangan Reynolds.
x Universitas Kristen Maranatha
ANALYSIS OF FRICTION FACTOR IN SMOOTH PIPE
Juari
NRP: 1321025
Supervisor: Robby Yussac Tallar, Ph.D.
ABSTRACT
Hydraulic is basis study in civil engineering which explain fluid behavior or water that have velocity and it happen in open channel such as river, drainage canal, irrigate canal, and closed channel such as flow of pipe. Closed channel divide into two types, there are roughness of pipe and smooth of pipe. Main parameter that should be concerned of pipe such as pressure of fluid, velocity of fluid, and head loss due to pipe. Head loss due to pipe caused by loss of primary energy and loss of secondary energy. Loss of primary energy caused by friction between fluid and pipe. Loss of secondary energy caused by variation of pipe shape. Such as valves, enlarged cross-section, the downsizing of the cross section,
cross-section curves with angles of 450, 900 and 1800.
The purpose from this research is analyze loss of primay energy that caused by friction on smooth pipe wall and loss of secondary energy that caused by another condition. In addition there is a main purpose that divide into several special purpose, such as calculating Re value to determine flow type, calculating friction factor value with several formula, calculating roughness value (k) on smooth pipe with different various diameter. fluid that used in this research is water type fluid. Water temperature consistent as long as the simulation.
Flow type that happen bassed on Re Value is turbulency, because Re value
> 4.103. Friction factor value from several formula, used Blassius formula for
find roughness pipe value. Roughness pipe value inverse proportion to Reynolds number.
Keywords: head loss due to pipe, friction factor, flow type, roughness pipe,
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... .i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... iii
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN... iv
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... v
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
1.2 Tujuan Penelitian... 2
1.3 Ruang Lingkup Penelitian ... 2
1.4 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Karakteristik Fluida ... 4
2.2 Klasifikasi Fluida ... 5
2.2.1 Fluida Newton ... 5
2.2.2 Fluida Non-Newton ... 5
2.3 Aliran Fluida ... 6
2.3.1 Klasifikasi Aliran Fluida ... 6
2.3.2 Aliran Laminer dan Aliran Turbulen ... 9
2.4 Kehilangan Energi pada Pipa ... 9
2.5 Faktor Gesekan ... 17
2.6 Tinggi Kekasaran Pipa ... 19
BAB III METODE PENELITIAN... 21
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 21
3.2 Data Awal ... 22
3.3 Langkah-langkah Pengujian ... 25
3.4 Data Bacaan Pengujian... 27
BAB IV ANALISIS DATA ... 30
4.1 Perhitungan Pembacaan Piezometer Rata-rata ... 30
4.2 Perhitungan Tinggi Lantai/Datum ... 30
4.3 Perhitungan BT' Rata-rata Bak Ukur di atas Pipa ... 31
4.4 Perhitungan Tinggi Pipa ... 32
4.5 Perhitungan Debit Aliran dan Konstanta Ambang Thompson ... 32
4.6 Perhitungan Kecepatan Aliran dan Tinggi Kecepatan Tiap Segmen . 35 4.7 Perhitungan Tinggi Energi pada tiap Piezometer ... 37
xii Universitas Kristen Maranatha
4.9 Perhitungan Re untuk Menentukan Jenis Aliran Tiap Sambungan ... 51
4.10 Perhitungan Faktor Gesekan ... 52
4.11 Perhitungan Tinggi Kekasaran Pipa ... 53
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ... 56
5.1 Simpulan... 56
5.2 Saran ... 56
DAFTAR PUSTAKA ... 57
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Aliran Laminer (a), Kritik (b), dan Turbulen (c) ... 6
Gambar 2.2 Hubungan Kehilangan Energi-Kecepatan ... 8
Gambar 2.3 Nilai k berdasarkan Bentuk Pemasukan...12
Gambar 2.4 Perbesaran Penampang Tiba-tiba ... 13
Gambar 2.5 Perbesaran Penampang Berangsur-angsur ... 13
Gambar 2.6 Pengecilan Pipa ... 14
Gambar 2.7 Pengecilan Penampang Berangsur-angsur ... 15
Gambar 2.8 Koefisien Kcsebagai Fungsi α ... 15
Gambar 2.9 Belokan Pipa Sudut 450 ... 16
Gambar 2.10 Belokan Pipa sudut 900 ... 17
Gambar 3.1 Diagram Alir ... 21
Gambar 3.2 Ember ... 22
Gambar 3.3 Meteran dengan Panjang 50m ... 23
Gambar 3.4 Stopwatch ... 23
Gambar 3.5 Termometer ... 23
Gambar 3.6 Bejana Ukur... 24
Gambar 3.7 Waterpass ... 24
Gambar 3.8 Jangka Sorong ... 25
Gambar 4.1 Penjelasan untuk Tabel 4.9... 42
Gambar 4.2 Sambungan 1 ... 43
Gambar 4.3 Sambungan 2 ... 44
Gambar 4.4 Sambungan 3 ... 46
Gambar 4.5 Sambungan 4 ... 47
Gambar 4.6 Sambungan 5 ... 48
Gambar 4.7 Sambungan 6 ... 50
xiv Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kekentalan Kinematik Berdasarkan Temperatur ( ͦ C ) ... 8
Tabel 2.2 Koefisien Hazen-Williams ... 10
Tabel 2.3 Nilai K Berdasarkan Perubahan Bentuk α ... 14
Tabel 2.4 Kehilangan Energi pada Belokan ... 16
Tabel 2.5 Nilai Kb sebagai Fungsi R/D ... 17
Tabel 2.6 Nilai Kekasaran Pipa ... 19
Tabel 3.1 Bacaan Tinggi Datum pada Pipa 1 ... 27
Tabel 3.2 Bacaan Tinggi Pipa pada Pipa 1 ... 27
Tabel 3.3 Bacaan Piezometer pada Pipa 1 ... 28
Tabel 3.4 Diameter Pipa pada Pipa 1 ... 28
Tabel 3.5 Bacaan Alat Thompson ... 29
Tabel 3.6 Volume Air ... 29
Tabel 4.1 Perhitungan Pembacaan Piezometer Rata-rata ... 30
Tabel 4.2 Perhitungan Datum Rata-rata ... 31
Tabel 4.3 Perhitungan BT' Rata-rata Bak Ukur di Atas Pipa... 31
Tabel 4.4 Perhitungan Tinggi Pipa... 32
Tabel 4.5 Perhitungan Volume per Waktu ... 32
Tabel 4.6 Perhitungan Debit Aliran ... 34
Tabel 4.7 Perhitungan Persentase Konstanta Ambang Thompson ... 34
Tabel 4.8 Perhitungan Kecepatan Aliran dan Tinggi Kecepatan tiap Segmen ... 37
Tabel 4.9 Perhitungan Tinggi Energi pada tiap Piezometer ... 41
Tabel 4.10 Perhitungan Bilangan Reynolds ... 52
Tabel 4.11 Perhitungan Faktor Gesekan ... 53
DAFTAR NOTASI
Re Bilangan Reynolds k Nilai kekasaran pipa
ρ Massa jenis/rapat massa (kg/m3) v volume (m3)
m massa (kg) Q Debit (m3/detik)
g percepatan gravitasi (m/detik2)
γ Berat jenis
μ Kekentalan dinamik
τ Tegangan geser pada fluida T Temperatur
t waktu (
f Faktor gesekan L Panjang pipa (m)
hf Kehilangan energi
n Koefisien Manning R Jari-jari hidraulis C Koefisien Chezy
I Kemiringan garis tenaga H Tinggi energi
BT Batas tengah (cm) BB Batas bawah (cm) BA Batas atas (cm)
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hidraulika merupakan ilmu dasar dalam bidang teknik sipil yang
menjelaskan perilaku fluida yang memiliki kecepatan dan terjadi disaluran terbuka
(seperti sungai, saluran drainase, saluran irigasi) maupun pada saluran tertutup
seperti aliran dalam pipa. Parameter utama yang harus diperhatikan pada aliran
dalam pipa, antara lain: tekanan dalam pipa (tinggi tekanan), tinggi kecepatan,
tinggi elevasi, serta kehilangan energi. Tinggi tekanan pada pipa menggambarkan
kemampuan air dalam pipa untuk mengalir hingga ke titik yang paling tinggi.
Tinggi kecepatan menggambarkan kehilangan energi yang terjadi selama air
mengalir dalam pipa. Tinggi elevasi menjelaskan letak elevasi pipa tersebut dari
datum yang ditentukan. Kehilangan energi merupakan berkurangnya tenaga yang
dimiliki air yang mengalir dalam pipa tersebut akibat gesekan dengan pipa
maupun akibat perjalanan air dalam pipa.
Ketiga parameter tersebut dituangkan dalam konsep Bernoulli yang dapat
ditemui pada saluran distribusi air bersih baik dalam lingkup rumah tangga dan
perusahaan air bersih, seperti Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) di berbagai
kota di Indonesia. Pada jaringan pipa distribusi tersebut, terdiri atas tandon
(reservoir), pompa, pipa lurus berbagai dimensi, belokan, tanjakan, turunan, dan
lain-lain. Berbagai jenis pipa yang ada, seperti Pipa PVC, pipa tembaga, dan pipa
galvanis.
Saluran tertutup (pipa) terbagi menjadi dua jenis yaitu pipa berjenis halus
dan pipa berjenis kasar. Pipa berjenis kasar lebih banyak di gunakan dalam
kehidupan sehari-hari, seperti saluran limbah pabrik, gorong-gorong, siphon, dan
saluran irigasi lainnya. Saluran berjenis halus dapat ditemukan pada plumbing
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan utama penelitian adalah menghitung kehilangan energi primer
akibat gesekan pada dinding pipa halus dan kehilangan energi sekunder akibat
katup, pembesaran penampang secara berangsur-angsur, pengecilan penampang
secara berangsur-angsur, belokan sudut 450 dan 900. Untuk mencapai tujuan
tersebut, penelitian ini melakukan simulasi pada model fisik pipa tertentu. Di
samping itu, tujuan utama diturunkan menjadi beberapa tujuan khusus, yaitu:
1. Menghitung nilai bilangan Reynolds (Re) untuk membuktikan jenis pipa yang
digunakan adalah pipa halus. Bilangan Reynolds juga dihitung untuk
menentukan jenis alirannya;
2. Menghitung besarnya nilai faktor gesekan dengan menggunakan beberapa
rumus empiris,
3. Menghitung nilai tinggi kekasaran (k) yang dihasilkan pipa halus dengan
kondisi berbagai diameter pipa yang berbeda.
1.3 Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Fluida yang digunakan adalah air;
2. Penelitian dilakukan pada kondisi pipa tertentu yaitu pipa lurus, pipa dengan
kemiringan sudut tertentu;
3. Jenis pipa yang digunakan adalah pipa halus;
4. Fluida yang mengalir pada pipa tidak mengalami kebocoran sehingga volume
dalam rangkaian pipa dianggap tetap;
5. Ketinggian pipa dari datum ditentukan sebelumnya dan tidak berubah selama
simulasi berlangsung;
6. Temperatur air tidak berubah/konstan selama simulasi dilakukan yaitu 250;
7. Penelitian dilakukan di Laboratorium Hidrolika Universitas Kristen Maranatha;
8. Pipa yang digunakan adalah pipa 1 (dengan berbagai perubahan bentuk khusus.
Seperti, katup, pembesaran penampang secara berangsur-angsur, pengecilan
3 Universitas Kristen Maranatha
1.4 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan adalah:
BAB I, Pendahuluan, membahas tentang latar belakang pengambilan topik
Tugas Akhir untuk penelitian disertai dengan maksud dan tujuan
penelitian, ruang lingkup penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II, Tinjauan Pustaka, membahas teori-teori yang berhubungan dengan
penelitian seperti: teori saluran tertutup yang berkaitan dengan faktor
gesekan, koefisien gesekan, kehilangan energi, dan tinggi kekasaran
pada pipa halus.
BAB III, Metode Penelitian, berisi data hasil pengujian, metode analisis, dan
skenario-skenario yang digunakan.
BAB IV, Analisis Data, membahas analisis data hasil pengujian terutama
besarnya pengaruh faktor gesekan, koefisien gesekan, kehilangan
energi, dan tinggi kekasaran terhadap pipa halus.
BAB V, Simpulan dan Saran, berisikan simpulan dan saran mengenai penelitian
BAB 5
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan didapatkan simpulan sebagai berikut:
1. Berdasarkan bilangan Reynolds diketahui jenis aliran yang terjadi adalah
turbulen, karena nilai Re perhitungan didapat Re>4.103.
2. Nilai faktor gesekan diperoleh berdasarkan beberapa Persamaan, persamaan
Blassius dianggap cocok digunakan untuk mencari nilai kekasaran pipa,
karena pendekatan yang dilakukan oleh Blassius lebih spesifik hanya untuk
pipa halus.
3. Nilai kekasaran pipa didapatkan dari hubungan antara bilangan Reynolds dan
faktor gesekan dengan menggunakan kurva Moody. Berdasarkan kurva
Moody didapatkan nilai kekasaran pipa, dimana tinggi kekasaran pipa
berbanding terbalik dengan bilangan Reynolds yang artinya semakin besar
bilangan Reynolds maka semakin kecil nilai kekasaran pipa.
5.2 Saran
Pengukuran tinggi tekan sebaiknya tidak lagi menggunakan manometer
sederhana (Piezometer), akan tetapi menggunakan alat ukur tinggi tekan otomatis
i
ANALISIS FAKTOR GESEKAN PADA PIPA HALUS
Diajukan sebagai syarat untuk menempuh ujian sarjana di Program Studi S-1 Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha Bandung
Disusun Oleh: JUARI NRP: 1321025
Pembimbing:
ROBBY YUSSAC TALLAR, Ph.D.
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala hikmat dan rahmat yang dilimpahkan oleh-Nya, sehingga dapat
menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir. Tugas Akhir merupakan pembahasan
laporan penelitian dengan judul ANALISIS FAKTOR GESEKAN PADA PIPA
HALUS. Tugas Akhir diajukan sebagai syarat untuk menempuh ujian sarjana di Program Studi S-1 Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha,
Bandung.
Penyusun menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna,
mengingat terbatasnya waktu dan kemampuan peneliti. Pada kesempatan ini,
peneliti mengucapkan terima kasih pada semua pihak yang telah membantu dalam
penelitian Tugas Akhir, khususnya kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa atas hikmat dan karunia-Nya yang tak terhingga
sehingga penyusun diberikan kemudahan dan kelancaran untuk dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat waktu.
2. Keluarga di dalam Tuhan dan teman-temanku yaitu Kakak Marlon S.T.,
Kakak Yunita Aritonang,S.S., yang selalu mendorong dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
3. Orang tua Mama Yuliana S, Tante Ramawati S, S.Th, Om Fernandes S, S.Th,
dan adik Sugiato, dengan penuh kasih sayang telah memberikan dukungan,
motivasi, semangat serta nasehat dan doa selama kuliah dan dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Robby Yussac Tallar, Ph.D. selaku dosen pembimbing yang telah
banyak membantu memberikan masukan serta semangat untuk menyelesaikan
Tugas Akhir.
5. Ibu Ir. Endang Ariani, Dipl., HE., Ibu Ir. Kanjalia Tjandrapuspa, M.T., dan
Ibu Olga Pattipawaej, Ph.D., selaku dosen penguji yang telah banyak
memberikan masukan dan saran dalam penelitian Tugas Akhir.
6. Bapak Dr. Yosafat Aji Pranata, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi S-1
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kodoatie, R.J., 2001, Hidrolika Terapan Aliran pada Saluran Terbuka dan
Pipa, ANDI Yogyakarta, Semarang.
[2] Triatmodjo, B., 1993, Hidraulika I, Badan Penerbit Beta Offset,
Yogyakarta.
[3] Triatmodjo, B., 1996, Hidraulika II, Badan Penerbit Beta Offset,
Yogyakarta.
[4] JMK Dake, 1985, Hidrolika Teknik, Badan Penerbit Erlangga, Jakarta.
[5] Chow, V.T., 1992, Hidrolika Saluran Terbuka, Erlangga, Bandung.
[6] Maryono, A., 2008, Eko-Hidraulik Pengelolaan Sungai Ramah
