B. 397 KAJI EKSPERIMENTAL HEAD LOSS PADA GATE VALVE DAN BALL VALVE
Agung Nugroho*, Tabah Priangkoso dan Yusuf Sumaryo
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Wahid Hasyim Jl. Menoreh Tengah X/22, Sampangan, Semarang 50236
*Email : agungnugroho3006@gmail.com Abstrak
Salah satu kerugian dalam pada aliran air demam sistem perpipaan yang tidak dapat diabaikan adalah kerugian tekan akibat gesekan dan perubahan penampang atau pada katup yang mengganggu aliran normal. Sistem perpipaan biasanya dilengkapi sambungan, elbow dan katup. Kelengkapan dalam perpipaan tersebut mengakibatkan adanya hambatan atau gesekan yang mengakibatkan head loss. Penelitian bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi pembukaan atau penutupan gate valve dan ball valve terhadap head loss. Metode dalam penelitian ini adalah dengan eksperimental dalam skala laboratorium. Pengujian dilakukan pada pipa lurus bukaan penuh, gate valve dan ball valve dengan variasi bukaan katup penuh, penutupan ¼ , penutupan ½ dan penutupan ¾. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa semakin tertutup katup maka semakin besar hambatannya. Hal ini berlaku untuk semua variasi laju aliran baik untuk ball valve maupun gate valve. Semakin besar laju aliran, maka semakin besar hambatan geser yang disebabkan karena meningkatnya faktor gesek antara air dengan katup. Hambatan geser juga meningkat ketika penampang katup semakin kecil karena ditutup.
Kata Kunci: debit; head loss; katup
PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai sistem pemipaan yang berfungsi mengalirkan fluida baik berupa gas ataupun cair. Sistem pemipaan biasanya dilengkapi sambungan, elbow dan katup. Kelengkapan dalam pemipaan tersebut mengakibatkan adanya hambatan atau gesekan yang mengakibatkan head loss (Sulistyaningsih, 2018), oleh karena itu salah satu yang ingin dilakukan yaitu fokus untuk meneliti head loss yang diakibatkan oleh katup. valve atau yang biasa disebut katup adalah sebuah perangkat yang mengatur, mengarahkan atau mengontrol aliran dari fluida. Valve atau katup dapat dioperasikan secara
1st National Conference of Industry, Engineering and Technology 2020,
B. 398 manual, baik oleh pegangan , tuas pedal dan lain-lain. Selain dapat dioperasikan secara manual katup juga dapat dioperasikan secara otomatis dengan menggunakan prinsip perubahan aliran tekanan. Pembukaan atau penutupan sebagian katup dapat berpengaruh terhadap head loss yang dialami dalam sistem pemipaan, nilai head loss yang dialami pada setiap pembukaan ataupun penutupan sebagian katup pastinya akan berbeda-beda. Maka untuk mengetahui head loss yang diakibatkan dari pembukaan, atau penutupan sebagian katup perlu dilakukan analisis. Dalam penelitian ini seberapa besar pengaruh penutupan gate valve dan ball valve terhadap kerugian head diuji. Katup yang diuji adalah gate valve dan ball bal dengan variasi bukaan penuh, penutupan ¼, penutupan ½ dan penutupan ¾. Fluida yang digunakan adalah air.
Katup atau yang biasa disebut valve adalah sebuah perangkat yang mengatur, mengarahkan atau mengontrol aliran dari suatu cairan dengan membuka atau menutup sebagian dari jalan alirannya. Ada berbagai jenis katup yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu Gate valve, Globe valve, Ball valve, Check valve, Butterfly valve, Diaphragm valve, Diaphragm valve, Solenoid valve dan Motor operated valve (Hartoyo, E., 2012).
Head loss merupakan suatu fenomena rugi-rugi aliran dalam sistem perpipaan. Head loss mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran penampang pipa yang konstan Penurunan tekanan (P) pada aliran turbulen merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re), perbandingan panjang dan diameter pipa (L/D), serta kekasaran relatif pipa ( / ) . Head loss mayor dihitung dari persamaan Darcy Weisbach, yaitu (Munson,dkk.,2005):
ℎ = . .
. (1)
Dengan :
ℎ = Head loss mayor (m) = Koefisien gesek
L = Panjang pipa (m)
= Kecepatan rata-rata (m/s) = Percepatan gravitasi bumi (m/s2)
D = Diameter dalam pipa (m)
Head loss minor merupakan kerugian-kerugian aliran kecil pada sistem pipa dapat dihitung secara umum melalui persamaan (Munson,dkk.,2005):
B. 399 ℎ = . . (2)
Dengan :
ℎ = Head loss minor (m)
K = Koefisien tahanan head loss minor = Kecepatan rata-rata (m/s)
= percepatan gravitasi bumi (m/s2)
METODE PENELITIAN
Alat dan bahan penelitian yang digunakan yaitu Ball valve dan gate valve seperti yang terlihat pada gambar1 dan gambar 2. Kedua jenis valve terbuat dari bahan kuningan. Proses pengujian menggunakan alat uji head loss seperti gambar 3. langkah pengujian yaitu melakukan pengujian pada pipa lurus bukaan penuh, pengujian gate valve dan ball valve dengan variasi bukaan katup penuh, penutupan ¼ , penutupan ½ dan penutupan ¾ pengujian dilakukan sebanyak 5 kali pada setiap variasi bukaan dan penutupan pada setiap katup. Analisis data menggunakan metode perhitungan dengan menggunakan persamaan 1 dan persamaan 2 data tersebut.
Gambar 1. Ball valve
B. 400 Gambar 3. Alat uji head loss
Alat uji head loss terdiri dari flow meter, pompa air, reservoir, pressure gauge dan tube level. Flow meter berfungsi sebagai alat ukur untuk laju aliran yang mengalir dalam pipa sistem alat uji. Reservoir tempat penampungan untuk fluida. Beda ketinggian head dapat dilihat melalui tube level dan beda tekanan diukur melalui pressure gauge. Sebagai komponen utama sirkulasi fluida, digunakan pompa air yang terhubung melalui pipa PVC dan sebuah reservoir untuk menampung fluida kerjanya.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh debit dengan head loss
Gambar 4. perbandingan debit dengan head loss bukaan penuh.
Dari gambar 4.dapat dilihat peningkatan kerugian tekan atau head loss saat aliran fluida melewati gate valve dan ball valve saat dibuka 100% (bukaan penuh). Garis warna merah pada gambar 4 merupakan keadaan awal aliran dalam sebuah pipa lurus sebelum ditambahkan valve. Terjadi peningkatan kerugian setelah melewati ball valve dan gate valve.
Head loss dihasilkan oleh pipa lurus bukaan penuh adalah 0,0014 m dengan debit 1,17×10
-0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0 2 4 6 8 H e a d l o ss , ∆ h ( m ) Debit, Q (m3/s) x 10-4
pipa lurus bukaan penuh
ball valve bukaan penuh
B. 401
4 m3/s, sedangkan head loss tertinggi yang dihasilkan adalah 0,04578 m dengan debit
5,83×10-4 m3/s. Head loss terendah yang dihasilkan oleh ball valve bukaan penuh yaitu
0,0016 m dengan debit 1,00 x 10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 0,05656
m dengan debit 5,83×10-4 m3/s. Head loss terendah yang dihasilkan oleh gate valve bukaan
penuh yaitu 0,00132 m dengan debit 1,00×10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 0,04836 m dengan debit 5,83×10-4 m3/s.
Gambar 5. Grafik perbandingan debit dan head loss pada ball valve penutupan ¼ dan gate valve penutupan ¼ .
Debit aliran air berpengaruh terhadap head loss aliran saat ball valve sangat valve ditutup ¼ bagian. Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 5 dengan bertambahnya debit aliran yang melewati sistem maka head loss juga mengalami penigkatan. Head loss terendah yang dihasilkan oleh ball valve penutupan ¼ yaitu 0,00632 m dengan debit 1,00×10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 0,21048 m dengan debit 5,33×10-4 m3/s. Head loss terendah yang dihasilkan oleh gate valve penutupan ¼ yaitu 0,00104 m dengan debit 1,00×10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 0,05758 m dengan debit 5,83 x
10-4 m3/s.
Gambar 6. perbandingan debit dan head loss pada ball valve dan gate valve penutupan ½ 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 2 4 6 8 H e a d l o ss , ∆ h ( m ) Debit, Q (m3/s) ×10-4
ball valve tutupan 1/4
gate valve tutupan 1/4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 2 4 6 H ea d l o ss , ∆ h ( m ) Debit, Q (m3/s) × 10-4 ball valve tutupan1/2
B. 402 Head loss terendah yang dihasilkan oleh ball valve penutupan ½ yaitu 0,04542 m dengan debit 1,00×10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 0,7012 m dengan debit
3,67×10-4 m3/s. Head loss terendah yang dihasilkan oleh gate valve penutupan ½ yaitu
0,00418 m dengan debit 1,00×10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 0,1763
m dengan debit 5,50×10-4 m3/s (lihat gambar 6).
Gambar 7. perbandingan debit dan head loss pada ball valve dan gate valve penutupan ¾ Head loss terendah yang dihasilkan oleh ball valve penutupan ¾ yaitu 0,5896 m dengan debit 1,00×10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 1,1476 m dengan debit
1,33 x 10-4 m3/s. Head loss terendah yang dihasilkan oleh gate valve penutupan ¾ yaitu
0,04502 m dengan debit 1,00×10-4 m3/s dan head loss tertinggi yang dihasilkan yaitu 0,7204 m dengan debit 3,50×10-4 m3/s.
Pengaruh debit dengan koefisien tahanan.
Pada pipa lurus bukaan penuh dapat diperoleh nilai koefisien tahan terkecil K=0,51761593 dengan debit 1,17×10-4 m3/s, sedangkan koefisien tahanan terbesar
K=0,7906871 dengan debit 2,50×10-4 m3/s. Data seperti ditunjukkan gambar 8. Merupakan hasil pengukuran pada ball valve bukaan penuh diperoleh nilai koefisien tahan terkecil K= 0,333163146 dengan debit 2,00×10-4 m3/s, sedangkan koefisien tahanan terbesar K= 0,7906871 dengan debit 2,50×10-4 m3/s. Hasil pengukuran pada gate valve bukaan penuh
diperoleh nilai koefisien tahan terkecil K=0,106861424 dengan debit 2,50×10-4 m3/s,
sedangkan koefisien tahanan terbesar K=0,347634572 dengan debit 1,17×10-4 m3/s. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 1 2 3 4 H ea d l o ss , ∆ h ( m ) Debit, Q (m3/s) x 10-4 ball valve tutupan 3/4 gate valve tutupan 3/4
B. 403 Gambar 8. perbandingan debit dan koefisien tahanan ball valve dan gate valve pipa lurus
bukaan penuh
Data hasil pengukuran pada ball valve penutupan ¼ diperoleh nilai koefisien tahan terkecil K=2,77614247 dengan debit 1,17×10-4 m3/s, sedangkan koefisien tahanan terbesar
K=3,390063266 dengan debit 5,33×10-4 m3/s. Data hasil pengukuran pada gate valve penutupan ¼ diperoleh nilai koefisien tahan terkecil K=0,168713504 dengan debit 1,50×10
-4 m3/s, sedangkan koefisien tahanan terbesar K=0,358399707 dengan debit 5,83×10-4 m3/s
seperti pada gambar 9.
Gambar 9. perbandingan debit dan koefisien tahanan ball valve
dan gate valve penutupan ¼
Data hasil pengukuran pada ball valve penutupan ½ disajikan pada gambar 10. Dari gambar 10 dapat dilihat nilai koefisien tahan terkecil K=22,1350091 dengan debit 1,17×10 -4 m3/s, sedangkan koefisien tahanan terbesar K=26,09536802 dengan debit 3,00×10-4 m3/s.
Data hasil pengukuran pada gate valve penutupan ½ diperoleh nilai koefisien tahan terkecil 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 2 4 6 8 k o ef is ie n t ah an an , K Debit, Q (m3/s) x 10-4
pipa lurus bukaan penuh ball valve bukaan penuh gate valve bukaan penuh
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 0 1 2 3 4 5 6 7 k o e fi si e n t a h a n a n , K Debit, Q (m3/s) x 10-4
ball valve tutupan 1/4 gate valve tutupan 1/4
B. 404 K= 2,080612416 dengan debit 1,33×10-4 m3/s, sedangkan koefisien tahanan terbesar K= 2,474671791 dengan debit 5,33×10-4 m3/s.
Gambar 10. perbandingan debit dan koefisien tahanan ball valve dan gate valve penutupan ½
Data hasil pengukuran pada ball valve penutupan ¾ ditunjukkan pada gambar 11. diperoleh nilai koefisien tahan terkecil K= 291,828127 dengan debit 1,17×10-4 m3/s,
sedangkan koefisien tahanan terbesar K=324,528731 dengan debit 1,33×10-4 m3/s. Data hasil pengukuran pada gate valve penutupan ¾ diperoleh nilai koefisien tahan terkecil K = 23,26326775 dengan debit 1,17×10-4 m3/s, sedangkan koefisien tahanan terbesar K = 30,01078604 dengan debit 3,33×10-4 m3/s.
Gambar 11. perbandingan debit dan koefisien tahanan pada ball valve penutupan ¾ dan gate valve penutupan ¾
KESIMPULAN
1. Semakin tertutup katup maka semakin besar kerugian head. Hal ini berlaku untuk semua variasi laju aliran baik untuk gate valve maupun ball valve. Semakin besar laju aliran,
0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 k o e fi si en t a h a n a n , K Debit, Q (m3/s) x 10-4
ball valve tutupan1/2 gate valve tutupan 1/2
0 50 100 150 200 250 300 350 0 1 2 3 4 k o ef is ie n t ah an an , K Debit, Q (m3/s) x 10-4
ball valve tutupan 3/4 gate valve tutupan 3/4
B. 405 maka semakin besar kerugian head yang disebabkan oleh meningkatnya faktor gesek antara air dengan katup. Kerugian head juga meningkat ketika penampang katup semakin kecil karena ditutup sehingga juga menyebabkan meningkatnya hambatan geser.
2. Perbandingan kerugian head loss dan koefisien gesek yang terjadi pada gate valve dan ball valve menunjukkan hasil bahwa head loss dan koefisien gesek lebih besar terjadi pada ball valve. Hal ini berlaku untuk semua jenis variasi bukaan katup secara penuh ataupun penutupan katup ¼, penutupan katup ½ dan penutupan katup ¾.
DAFTAR PUSTAKA
Hartoyo, E. (2012). Jenis-jenis Valve. Retrieved Agustus 2020, from https://eryhartoyo.wordpress.com/2012/08/14/jenis-jenis-valve/
Munson, B. Y. (2005). Fundamentals of fluid mechanic Fourth.
Raswari. (2010). Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan, Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta.
Hartoyo, E. (2012). Jenis-jenis Valve. Retrieved Agustus 2020, from https://eryhartoyo.wordpress.com/2012/08/14/jenis-jenis-valve/
Munson, B. Y. (2005). Fundamentals of fluid mechanic Fourth.
Raswari. (2010). Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan, Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta.
Sulistyaningsih. (2018). Analisa Kerugian Head Losses Dan Friction Pada Sistem Perpipaan Beda Jenis Valve Dengan Variasi Bukaan Valve . Malang: Universitas Muhammadiyah Malang.
