i
PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN
INPUT IMPEDANCE
Disusun oleh :
RIZKY ADE KURNIA M0212066
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
SKRIPSI
PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN INPUT
IMPEDANCE
Oleh Rizky Ade Kurnia
M0212066
Telah disetujui oleh
Pembimbing 1
Artono Dwijo Sutomo S.Si, M.Si Tanggal ……….
NIP. 197001281999031001
Pembimbing 2
Drs. Darmanto, M.Si Tanggal ……….
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul: Prediksi Jari-jari Kebocoran Pipa berdasarkan Input
Impedance
Yang ditulis oleh :
Nama : Rizky Ade Kurnia
NIM : M0212066
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada
Hari : Kamis
Tanggal : 29 September 2016
Dewan Penguji:
1. Ketua Penguji
Drs. Iwan Yahya, M.Si
NIP. 196707301993021001 ……….
2. Sekretaris Penguji
Mohtar Yunianto S.Si., M.Si
NIP. 198006302005011001 ……….
3. Anggota Penguji 1
Artono Dwijo Sutomo, S.Si M.Si
NIP. 197001281999031001 ……….
4. Anggota Penguji 2
Drs. Darmanto, M.Si
NIP. 196106141988031002 ……….
Disahkan pada tanggal ………. Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
iv
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul “PREDIKSI JARI-JARI KEBOCORAN PIPA BERDASARKAN INPUT IMPEDANCE“ adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini
Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 6 September 2016
v
MOTTO
“And I — my head oppressed by horror — said: "Master, what is it that I hear? Who are those people so defeated by their pain?"
And he to me: "This miserable way is taken by the sorry souls of those who lived
without disgrace and without praise. They now commingle with the coward angels,
the company of those who were not rebels nor faithful to their God, but stood apart.
The heavens, that their beauty not be lessened, have cast them out, nor will deep
Hell receive them — even the wicked cannot glory in them."”
― Dante Alighieri, Inferno
“Even in our darkest moments, a fire still burns within. And the darker it gets, the brighter the flame.”
― Oliver Sykes, Raised by Raptors
“You only live once”
vi
PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur dan terimakasih, saya persembahkan karya ini kepada:
1.Tuhan Yang Maha Esa.
2. Orang tua dan keluarga.
3.Bapak Artono dan Bapak Darmanto selaku pembimbing.
vii
Prediksi Jari-Jari Kebocoran Pipa Berdasarkan Input Impedance
Rizky Ade Kurnia
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Input impedance dari pipa yang bocor dapat digunakan untuk menghitung besar jari-jari dari kebocoran tersebut. Perubahan impedansi pada pipa dapat mengakibatkan perubahan refleksi dari gelombang akustik yang dapat terukur dengan reflektometer sinyal akustik. Pada penelitian ini dilakukan simulasi input impedance pipa yang memiliki sebuah kebocoran. Variasi kebocoran dibuat
memiliki jari-jari , dan , . Hasil dari simulasi input impedance pada
penelitian ini dibandingkan dengan hasil simulasi dari perangkat lunak Acoustic Research Tool (ART). Kemudian hasil simulasi input impedance ini digunakan untuk menghitung kembali jari-jari kebocoran pada pipa. Hasil dari perhitungan ini kemudian dibandingkan dengan nilai masukan yang diberikan. Untuk pipa dengan
jari-jari kebocoran , didapatkan hasil perhitungan jari-jari kebocoran
sebesar , ± , , dan untuk pipa dengan jari-jari kebocoran
, didapatkan hasil perhitungan jari-jari kebocoran sebesar , ±
, .
viii
Leak Radius Prediction in a Pipe using Input Impedance
Rizky Ade Kurnia
Department of Physics, Faculty of Mathematic and Natural Science Sebelas Maret University
ABSTRACT
Input impedance from a leaked duct can be used to calculate the radius of the leak. Changed in impedance on a duct can affected the change in reflection from acoustic wave that can be measured using acoustic pulse reflectometer. In this research, input impedance from single leaked duct being simulated. The leak had
two variation of radius, , and , . The result of the input impedance
simulation on this research being compared to the result of input impedance simulation from software named Acoustic Research Tool (ART). The result from this input impedance simulation being used to calculate the radius of the leak. The result of the leak calculation being compared to the input value of the leak radius.
For a duct with leak radius , , the result of the leak calculation is
, ± , , and for a duct with leak radius , , the result of
the leak calculation is , ± , .
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul “Prediksi Jari-Jari Kebocoran Pipa Berdasarkan
Input Impedance”. Penelitian ini dilakukan selama kurang lebih 8 bulan sebagai
salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains. Banyak pihak yang telah
membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Untuk itu penulis
mengucapkan terimakasih kepada:
1. Artono Dwijo Sutomo S.Si, M.Si selaku pembimbing I.
2. Drs. Darmanto, M.Si selaku pembimbing II.
3. Mohtar Yunianto S.Si., M.Si selaku pembimbing akademik.
4. Orang tua, keluarga, teman dan sahabat.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan balasan atas segala kebaikan dan
bantuan yang telah diberikan.
Dalam penulisan penelitian ini, masih terdapat banyak kekurangan, untuk itu
penulis mengharapka kritik dan saran yang membangun perbaikan di masa datang.
Penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat.
Surakarta, 6 September 2016
x
PUBLIKASI
Sebagian skripsi saya yang berjudul “Prediksi Jari-Jari Kebocoran Pipa berdasarkan
Input Impedance” telah dipublikasikan pada:
Sebelas Maret University Institutional Repository (UNS-IR), pada tanggal 5
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………... i
HALAMAN PERSETUJUAN ………... ii
HALAMAN PENGESAHAN ………. iii
HALAMAN PERNYATAAN ……… iv
HALAMAN MOTTO ………. v
HALAMAN PERSEMBAHAN ………. vi
HALAMAN ABSTRAK ………. vii
2.1.1. Penyebab Kebocoran pada Pipa ………. 5
2.1.2. Klasifikasi Teknologi Pendeteksi Kebocoran pada Pipa 6 2.2. Gelombang Akustik di dalam Pipa ………... 8
2.3. Persamaan Gelombang Akustik di dalam Pipa yang Berisi Udara ………... 9
2.4. Reflektometri Sinyal Akustik ……….. 13
2.4.1. Input Impulse Response (IIR) ……… 14
2.4.1.1. Refleksi Tunggal dari Sebuah Diskontinuitas ... 14
2.4.1.2. Beberapa Refleksi dari Beberapa Diskontinuitas ………. 16
2.4.1.3. Perambatan Gelombang Datar pada Persambungan Antar Segmen Pipa …………. 16
2.4.1.4. Perambatan Gelombang Datar yang Melalui Segmen Silinder ……….. 18
2.4.1.5. Gelombang Datar yang Melalui Beberapa Segmen ……… 19
2.5. Impedansi ……… 20
2.5.1. Impedansi Karakteristik ………. 20
2.5.1.1. Impedansi Karakteristik pada Ruang Bebas ….. 20
xii
2.5.2.1. Input Impedance pada Pipa ……… 22
2.5.2.2. Impedansi Radiasi ………. 24
2.5.2.3. Impedansi Lubang Kebocoran ………... 24
2.5.3. Menghitung Jari-Jari Kebocoran dari Impedansi Lubang ……… 25
2.6. Simulasi ………... 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ……….. 28
4.1. Waktu dan Tempat Penelitian ……….. 28
4.2. Alat dan Bahan ……… 28
4.2.1. Alat Penelitian ……… 28
4.2.2. Bahan Penelitian ……… 28
4.3. Metode Penelitian ……… 28
4.3.1. Studi Literatur ……… 29
4.3.2. Penulisan Persamaan ……….. 29
4.3.2.1. Persamaan Input Impedance pada Pipa dengan Sebuah Kebocoran ……… 29
4.3.2.2. Persamaan Perhitungan Jari-Jari lubang Kebocoran ………. 30
4.3.3. Simulasi Input Impedance Pipa dengan Sebuah Kebocoran ……….. 31
4.3.4. Program Perhitungan Jari-Jari Kebocoran …………. 34
4.3.5. Analisa Hasil ……….. 36
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ………... 37
4.1. Konstanta dan Dimensi Pipa ………... 37
4.2. Simulasi Input Impedance Pipa yang Memiliki Sebuah Lubang Kebocoran ……….. 40
4.2.1. Input impedance dari Perangkat Lunak Acoustic Research Tool (ART) sebagai Pembanding ………... 41
4.2.2. Hasil Simulasi Input Pipa yang Memiliki Sebuah Lubang Kebocoran ……… 43
4.3. Perhitungan Jari-Jari Kebocoran dari Nilai Input Impedance Pipa ……….. 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 49 5.1. Kesimpulan ………... 49
5.2. Saran ……….. 49
DAFTAR PUSTAKA ……….. 51
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Klasifikasi metode pendeteksi kebocoran berdasarkan
sifat teknik yang digunakan ……….. 7
Gambar 2.2. Perubahan panjang dari bagian gas di dalam pipa saat dilalui gelombang akustik ………. 10
Gambar 2.3. Skematik alat reflektometri sinyal akustik .……….. 13
Gambar 2.4. Refleksi dari sebuah diskontinuitas ……….. 14
Gambar 2.5. Pipa dengan segmen yang bervariasi ……… 16
Gambar 2.6. Segmen silinder ℎ dan + ℎ………... 17
Gambar 2.7. Skema pipa dengan panjang dan jari-jari ………. 23
Gambar 2.8. Skema pipa yang memiliki sebuah kebocoran ………….. 25
Gambar 3.1. Diagram alir tahapan penelitian ……… 29
Gambar 3.2. Diagram alir program simulasi input impedance pipa dengan sebuah kebocoran ………. 31
Gambar 3.3. Diagram alir program perhitungan jari-jari kebocoran pipa ………... 35
Gambar 4.1. Skema pipa dengan sebuah ubang kebocoran …………... 40
Gambar 4.2. Impedansi input pipa dengan sebuah lubang kebocoran ( ℎ = , ) yang dihasilkan dari ART ………... 42
Gambar 4.3. Impedansi input pipa dengan sebuah lubang kebocoran ( ℎ = , ) yang dihasilkan dari ART ………... 43
Gambar 4.4. Grafik hasil simulasi impedansi input pipa yang memiliki sebuah kebocoran dengan jari-jari kebocoran , … 44 Gambar 4.5. Grafik hasil simulasi impedansi input pipa yang memiliki sebuah kebocoran dengan jari-jari kebocoran , … 44 Gambar 4.6. Grafik hubungan antara frekuensi dengan jari-jari kebocoran hasil perhitungan untuk jari-jari kebocoran , ……… 46
xiv
� = Rasio perbandingan antara jari-jari pipa dengan lapisan pembatas viskositas
= Akar dari bilangan Prandtl
xv
� = Konduktivitas thermal �
= konstanta perambatan kompleks
= Rasio perbandingan antara jari-jari pipa dengan
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Data Puncak Amplitudo Input Impedance……. 53
Lampiran 2 Penjabaran Persamaan ………... 55
