73
ANALISIS PENGARUH KEKASARAN PERMUKAAN PIPA
TERHADAP BESARNYA HEADLOSSES
SISTEM PERPIPAAN DI KAPAL
Heroe Poernomo1 ,Ali Munazid 2, Fajarianto1
1Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. E-mail: heroe_p@na.its.ac.id
2Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan, Universitas hang Tuah Surabaya. E-mail: alimunazid@gmail.com
Abstract: Pressure drop that happened at the piping system in the ship because of Head losses factor. Head losses in a pipe can happen because there is a fluid friction factor with pipe, valve, elbow, gradual contraction and gradual englargment. The friction is influenced by viscositas, and the charge of pressure, temperature, and speed of fluid. Based on the factor considered is piping science include head losses, a major losses testing appliance is made. The appliance is made to know how many friction factors in a pipe that tested and do a comparison in experiment with theory result. Designing and manufacture major losses testing tool did with assembling. The capability of that tool tested with do a few testing. In the testing time, that tool can measure fluids pressure in suction and discharge about temperature of fluids 30º, 40º, 50º, 60º, and 70º with using a pressure gauge. That tool can also measure fluids flow in every temperature using flow meter. Data will calculated with manually so produce friction factor and head losses from each experiment which later will comported with theory. With compare experiment result with theory, so will be known the relation between pressure, head losses, viscosities and friction loss factor and also an accurate data will be got. The result of manufacture this tool hope can make easier calculating head losses in pipe test at a moment design piping installation.
Key word: head losses, major losses, viskositas
PENDAHULUAN
Perkembangan ilmu perpipaan yang sangat pesat seiring dengan perkemba-ngan kebutuhan di masyarakat seperti di industri maritim maupun darat. Ilmu per-pipaan yang paling tradisional adalah me-masang pipa sesuai keinginan pengguna. Kini ilmu perpipaan tidak hanya dilihat dari segi keinginan akan tetapi sudah di-tinjau dari segi proses yang terjadi dalam sistem perpipaan tersebut dan juga
sam-pai kedalam segi ekonominya. Dengan ba-nyaknya faktor yang harus dipertimbang-kan maka pembuatan sistem perpipaan baik di darat maupun dilaut, harus dapat meningkatkan kualitas dan ketelitian dari perencanaan system perpiaan tersebut sehingga dapat dicapai hasil yang memu-askan (Raswari, 1986; Sularso, 2000).
Dalam perancangan suatu sistem perpipaan,salah satu faktor yang harus di-perhatikan adalah besarnya daya yang hi-lang mulai dari suction sampai ke
dischar-74 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011
ge termasuk daya yang hilang pada kese-luruhan pipa akibat kekasaran pada pe-nampangnya yang sering disebut Head Losses mayor. Sehingga diperlukan ma-sukkan data yang akurat dalam penentu-an tahpenentu-anpenentu-an tersebut. Masukkpenentu-an data ypenentu-ang akurat akan lebih mudah didapat jika pe-rancang suatu sistem sudah mempunyai keahlian dalam menentukan head losses pada pipa (Soemitro, 1977; Daugherty, 1989; Sularso, 2000).
METODE PENELITIAN
Tahapan yang dilakukan dalam pe-nelitian adalah :
Persiapan
Studi literatur dan informasi men-dukung pembuatan alat uji, baik tentang mekanika fluida dan pompa.
Persiapan peralatan dan bahan, ba-han yang digunakan adalah: (1) Baba-han Uji adalah Pipa galvanis, diamater luar (D) = 1,5 inch, diameter dalam (Din) = 1,49 inch, panjang pipa (L) = 6 meter. (2) Flui-da uji aFlui-dalah oli pelumas, jenis fluiFlui-da = pelumas pertamina SAE-40, berat jenis oli = 0,866.
Pelaksanaan
(a) Pengujian fluida uji (minyak pelu-mas SAE-40) di BPPI surabaya. (b) Fabrika-si dan percobaan alat uji, proses percoba-an dari alat tersebut ypercoba-ang meliputi besar-nya head yang yang dibuat untuk menghi-tung besarnya head losses pipa yang diujikan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Percobaan
Dari hasil percobaan yang dilakukan dengan membuka gate valve penuh (100%) dan setengah (50%), didapatkan hasil percobaan seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Analisa Hasil Percobaan
Hubungan Viskositas Pelumas dengan Temperatur
Dari hasil percobaan terlihat hubu-ngan antara viskositas pelumas dehubu-ngan temperatur, adapun hubungan tersebut sperti grafik pada Gambar 1.
Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 75
Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa peningkatan temperatur pelumas maka akan mengakibatkan penurunan viscositas pelumas (fluida akan menjadi semakin cair). Hal ini akan menyebabkan gaya gesek menjadi semakin berkurang dan aliran akan menjadi semakin cepat. Hubungan Viskositas Pelumas dengan Angka Reynold
Dari hasil percobaan terlihat hubu-ngan antara viskositas pelumas dehubu-ngan
angka Reymold/Reynold Number (Re) pa-da kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 2. Se-dangkan hubungan antara viskositas pe-lumas dengan angka Reymold/Reynold Number (Re) pada kondisi Gate valve ter-buka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 3.
Gambar 2. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan Reymold Number (Re) kondisi gate valve terbuka penuh (100%)
Gambar 3. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan Reymold Number (Re) kondisi gate valve terbuka setengah (50%)
Dari grafik pada Gambar 2 dan gam-bar 3 tersebut diatas dapat dilihat bahwa besarnya viskositas pelumas dipengaruhi
oleh besarnya angka reynold, dimana makin besar angka reynoldnya maka se-makin besar viskositas pelumas tersebut.
76 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011 Hubungan Viskositas Pelumas dengan
Tekanan
Dari hasil percobaan terlihat hubu-ngan antara viskositas pelumas dehubu-ngan perubahan tekanan (P1-P2) pada kondisi Gate valve terbuka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 4.
Sedangkan hubungan antara visko-sitas pelumas dengan perubahan tekanan (P1-P2) pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gam-bar 5.
Gambar 4. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan perubahan tekanan kondisi gate valve terbuka penuh (100%)
Gambar 5. Grafik hubungan viskositas pelumas SAE-40 dengan perubahan tekanan kondisi gate valve terbuka setengah (50%)
Dari grafik diatas dapat dilihat hu-bungan viskositas pelumas dengan per-ubahan tekanan, pada Gambar 4 kondisi gate valve dibuka penuh (100%) dan pada Gambar 5 kondisi gate valve dibuka sete-ngah (50%) dapat disimpulkan bahwa
ningkatan tekanan akan menimbulkan pe-ningkatan vislositas pelumas. Dengan kondisi seperti di atas maka peningkatan tekanan mengalirkan pelumas akan me-nimbulkan kecepatan aliran pelumas menjadi pelan, dan viscositas fluida
se-Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 77
makin rendah pada tekanan akan se-makin tinggi untuk mengalirkan fluida, ke-cepatan aliran fluida akan menjadi cepat. Hubungan Head Losses dengan Visko-sitas Pelumas
Dari hasil percobaan terlihat hubu-ngan antara Head losses dehubu-ngan
Viskosi-tas pelumas pada kondisi Gate valve ter-buka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 6. Sedangkan hubungan antara Head losses dengan Viskositas pelumas pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 7.
Gambar 6. Grafik hubungan head losses dengan viskositas pelumas SAE-40 kondisi gate valve terbuka penuh (100%)
Gambar 7. Grafik hubungan head losses dengan viskositas pelumas SAE-40 kondisi gate valve terbuka setengah (50%)
Dari grafik diatas dapat dilihat hu-bungan head losses dengan viskositas pe-lumas, pada Gambar 4 kondisi gate valve dibuka penuh (100%) dan pada Gambar 5
kondisi gate valve dibuka setengah (50%) dapat disimpulkan bahwa peningkatan viskositas pelumas akan menimbulkan penurunan head losses. Dengan kondisi
78 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011
seperti di atas maka peningkatan visko-sitas pelumas akan menimbulkan kecepa-tan aliran pelumas menjadi pelan, dan viscositas fluida semakin rendah pada te-kanan akan semakin tinggi untuk menga-lirkan fluida, kecepatan aliran fluida akan menjadi cepat.
Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi viscositas maka head losses yang dihasilkan akan semakin besar sehingga alirannya laminar. Visco-sitas yang rendah maka head losses yang
dihasilkan akan semakin kecil sehingga alirannya turbulen.
Hubungan dengan Koefisien Gesek (f)
Head Losses
Dari hasil percobaan terlihat hubu-ngan antara Koefisien gesek (f) dehubu-ngan Head losses pada kondisi Gate valve ter- buka penuh (100%) seperti grafik pada Gambar 8. Sedangkan hubungan antara Koefisien gesek (f) dengan Head losses pada kondisi Gate valve terbuka setengah (50%) seperti grafik pada Gambar 9.
Gambar 8. Grafik hubungan koefisien gesek (f) dengan Head losses kondisi gate valve terbuka penuh (100%)
Gambar 9. Grafik hubungan koefisien gesek (f) dengan head losses kondisi gate valve terbuka setengah (50%)
Dari grafik atas hubungan antara head losses mayor dengan koefisien ge-sek f dapat disimpulkan sebagai berikut: f
pada percobaan: dapat disimpulkan bah-wa koefisiensi gesek semakin turun maka
Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 79
head losses mayor pada pipa akan sema-kin kecil. f pada teori: dapat disimpulkan bahwa koefisiensi gesek semakin turun maka head losses mayor pada pipa akan semakin kecil.
KESIMPULAN
Berdasarkan serangkaian percobaan dan analisa data yang telah dibahas maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
Dari hasil analisa perbandingan ter-hadap besarnya selisih faktor gesekan ha-sil teori dengan percobaan didapat kesim-pulan Pada percobaan dengan pipa uji 1.5” dengan gate valve terbuka penuh, selisih nilai f teori dan f percobaan ter-tinggi sebesar 0.10372 dan terendah 0.00840. Pada percobaan dengan pipa uji 1.5” dengan gate valve terbuka setengah, selisih nilai f teori dan f percobaan ter-tinggi sebesar 0.31986 dan terendah 0.00731.
Dari hasil analisa diatas maka fak-tor-faktor yang paling mempengaruhi be-sarnya head losses pada pipa adalah: Viscositas dari fluida, Kecepatan aliran dari fluida dan Perubahan tekanan padad awal dan ujung pipa.
Hubungan antara viscoss fluida de-ngan Reynold Number (Re) adalah ber-banding terbalik pada setiap percobaan sehingga alat ini dapat membuktikan ke-benaran dari rumus Reynolds Number.
Hubungan antara viscositas fluida dengan tekanan adalah berbanding ter-balik pada setiap percobaan sehingga alat ini dapat membuktikan kebenaran dari rumus Bernoulli dimana kecepatan yang berbanding lurus deng viscositas berban-ding terbalik dengan perubhan tekanan yang terjadi.
Nilai viscositas fluida berbanding lu-rus dengan head total dari system. Hal ini menjelaskan rumus Hagen-Poiseulle .
Nilai koefisien gesek berbanding lu-rus dengan besarnya head losses pada pipa uji. Hubungan ini kurang memper-kuat persamaan Hendry Darcy .
Hubungan antara suhu dan viscosi-tas adalah berbanding terbalik, hal ini me-nunjukkan persamaan Poiseulle .
DAFTAR RUJUKAN
Daugherty. Robert L. 1989. Fluids Me-chanics With Engineering Applica-tions. Singapore: Mc- Graw Hill Book Co.
Raswari. 1986. Teknologi dan Perenca-naan Sistem Perpipaan. Jakarta: UI press.
Soemitro. Herman W. 1977. Mekanika Fluida Dan Hidraulika jilid 3. Edisi kedua. Jakarta: Erlangga.
Sularso. Haruo T. 2000. Pompa dan Kom-presor. Jakarta: PT. Pradnya Parami-ta.
80 Neptunus Jurnal Kelautan, Vol. 17, No. 2, Juli 2011 Lampiran
Tabel 1. Hasil Percobaan Gate Valve Terbuka Penuh (100%)
Temp Waktu Q V P1 P2 Viscositas Reynold
Number (Re)
Frection Factor
(f)
Head Minor (meter)
Total Head Minor
Head Total Head Mayor
°C det m³/det m/det bar bar m²/det 2xT Kecil Besar meter meter meter
30 10 0.00303 2.7054 1.70 1.65 0.00021 487.60893 0.1313 1.34293 0.017160 0.2033 1.56339 4.69533 3.13194 10 0.00280 2.4911 1.65 1.55 0.00021 441.82903 0.1449 1.13862 0.014550 0.1724 1.32554 9.39065 8.06511 10 0.00299 2.6594 1.60 1.50 0.00021 471.68235 0.1357 1.29769 0.016580 0.1965 1.51073 9.39065 7.87992 10 0.00303 2.6931 1.70 1.65 0.00021 477.65301 0.1340 1.33075 0.017000 0.2015 1.54921 4.69533 3.14612 10 0.00307 2.7267 1.70 1.65 0.00021 483.62367 0.1323 1.36423 0.017430 0.2065 1.58819 4.69533 3.10714 40 10 0.00333 2.9624 1.40 1.30 0.00010 1113.01260 0.0575 1.61021 0.020570 0.2438 1.87455 9.39065 7.51610 10 0.00341 3.0297 1.35 1.25 0.00010 1138.01260 0.0562 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 9.39065 7.42993 10 0.00341 3.0297 1.30 1.25 0.00010 1138.30834 0.0562 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00344 3.0634 1.45 1.30 0.00010 1150.95621 0.0556 1.72186 0.022000 0.2607 2.00453 14.08598 12.08145 10 0.00341 3.0297 1.35 1.30 0.00010 1138.30834 0.0562 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 50 10 0.00375 3.3327 1.25 1.20 0.00007 1724.00190 0.0371 2.03792 0.026040 0.3085 2.37248 4.69533 2.32285 10 0.00375 3.3327 1.20 1.15 0.00007 1724.00190 0.0371 2.03792 0.026040 0.3085 2.37248 4.69533 2.32285 10 0.00386 3.4337 1.25 1.20 0.00007 1776.24438 0.0360 2.16330 0.027640 0.3275 2.51844 4.69533 2.17689 10 0.00379 3.3663 1.20 1.15 0.00007 1741.41606 0.0368 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 4.69533 2.27469 10 0.00379 3.3663 1.25 1.15 0.00007 1741.41606 0.0368 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001 60 10 0.00416 3.7030 1.10 1.00 0.00005 3073.96795 0.0208 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 9.39065 6.46166 10 0.00454 4.0396 1.10 1.00 0.00005 3353.41958 0.0191 2.99418 0.038260 0.4533 3.48573 9.39065 5.90492 10 0.00341 3.0297 1.05 1.00 0.00005 2515.06469 0.0255 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00379 3.3663 1.10 1.05 0.00005 2794.51632 0.0229 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 4.69533 2.27469 10 0.00416 3.7030 1.01 0.90 0.00005 3073.96795 0.0208 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 10.32972 7.40073 70 10 0.00450 4.0059 0.85 0.70 0.00003 3450.25440 0.0186 2.94449 0.037620 0.4458 3.42787 14.08598 10.65811 10 0.00454 4.0396 0.80 0.70 0.00003 3510.22210 0.0182 2.99418 0.038260 0.4533 3.48573 9.39065 5.90492 10 0.00454 4.0396 0.75 0.70 0.00003 3642.26400 0.0176 2.99418 0.038260 0.4533 3.48573 4.69533 1.20960 10 0.00458 4.0733 0.80 0.70 0.00003 3640.05430 0.0176 3.04430 0.038900 0.4609 3.54407 9.39065 5.84658 10 0.00466 4.1406 0.80 0.65 0.00003 3922.66400 0.0163 3.14576 0.040200 0.4762 3.66219 14.08598 10.42379
Heroe P, Ali M, Fajarianto: Analisis Pengaruh Kekasaran 81 Tabel 2. Hasil Percobaan Gate Valve Terbuka Setengah (50%)
Temp Waktu Q V P1 P2 Viscositas
Re
Frection Factor
(f)
Head Minor (meter)
Total Head Minor
Head Total Head
Mayor
°C det m³/det m/det bar bar m²/det 2xT Kecil Besar meter meter meter
30 10 0.00235 2.7054 1.25 1.15 0.00021 378.17737 0.1692 1.34293 0.017160 0.2033 1.56339 9.39065 7.82726 10 0.00235 2.0871 1.20 1.15 0.00021 370.18108 0.1729 0.79928 0.010210 0.1210 0.93049 4.96533 4.03484 10 0.00227 2.0198 1.25 1.20 0.00021 358.23976 0.1787 0.74855 0.009650 0.1133 0.87152 4.96533 4.09381 10 0.00208 1.8515 1.25 1.20 0.00021 328.38644 0.1949 0.62899 0.008040 0.0952 0.73225 4.96533 4.23308 10 0.00208 1.8515 1.20 1.20 0.00021 328.38644 0.1949 0.62899 0.008040 0.0952 0.73225 13.14692 12.41467 40 10 0.00265 2.3564 1.14 1.15 0.00010 885.35093 0.0723 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 9.39065 8.20454 10 0.02460 2.1881 1.10 1.00 0.00010 822.11158 0.0779 0.87850 0.011230 0.1330 1.02273 4.69533 3.67260 10 0.00227 2.0198 1.05 1.00 0.00010 758.87223 0.0843 0.74855 0.009560 0.1133 0.87143 4.69533 3.82390 10 0.00265 2.3564 1.10 1.00 0.00010 885.35093 0.0723 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 18.78131 17.59520 10 0.00265 2.3564 1.10 1.05 0.00010 885.35093 0.0723 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 9.39065 8.20454 50 10 0.00303 2.6931 0.80 0.90 0.00007 1393.13285 0.0459 1.33075 0.017000 0.2015 1.54921 14.08598 12.53677 10 0.00322 2.8614 0.85 0.70 0.00007 1480.20365 0.0432 0.50229 0.019200 0.2274 0.74892 14.08598 13.33706 10 0.00303 2.6931 0.85 0.70 0.00007 1393.13285 0.0459 1.33075 0.017000 0.2015 1.54921 14.08598 12.53677 10 0.00265 2.3564 0.85 0.70 0.00007 1218.99124 0.0525 1.01885 0.013020 0.1542 1.18611 18.78131 17.59520 10 0.00284 2.5247 0.85 0.65 0.00007 1306.06204 0.0490 1.16960 0.014940 0.1771 1.36160 4.69533 3.33373 60 10 0.00341 3.0297 0.80 0.75 0.00005 2515.06469 0.0255 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 10 0.00371 3.2990 0.80 0.75 0.00005 2738.62599 0.0234 1.99695 0.025520 0.3023 2.32479 4.69533 2.37054 10 0.00322 2.8614 0.80 0.75 0.00005 2375.33887 0.0269 1.50229 0.019200 0.2274 1.74892 9.39065 7.64173 10 0.00322 2.8614 0.80 0.70 0.00005 2375.33887 0.0269 1.50229 0.019200 0.2274 1.74892 9.39065 7.64173 10 0.00341 3.0297 0.80 0.70 0.00005 2515.06469 0.0255 1.68423 0.021520 0.2550 1.96072 4.69533 2.73461 70 10 0.00379 3.3663 0.75 0.70 0.00003 3649.96416 0.0175 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001 10 0.00416 3.7030 0.65 0.55 0.00003 3768.95650 0.0170 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 9.39065 6.46166 10 0.00416 3.7030 0.70 0.60 0.00003 3768.95650 0.0170 2.51595 0.032150 0.3809 2.92899 9.39065 6.46166 10 0.00379 3.3663 0.70 0.60 0.00003 3649.96416 0.0175 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001 10 0.00379 3.3663 0.70 0.60 0.00003 3649.96416 0.0175 2.07929 0.026570 0.3148 2.42064 9.39065 6.97001
