Skripsi ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana. Hasil data dan grafik menunjukkan bahwa pengujian pada pipa pitch 5 (nilai kekasaran (k) 2,75 mm) k/D 0,08 memberikan koefisien gesek yang lebih besar dibandingkan dengan koefisien gesek pada pitch 4 (nilai kekasaran (k) 2,0 mm) k/D 0,05 Selisih rata-rata nilai koefisien gesek kedua tabung reaksi adalah 112%. Pada aliran turbulen fluida Newton (air murni) pada pipa kasar, nilai koefisien gesekan turbulen merupakan fungsi dari Re dan nilai k/D atau.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya pengaruh pemberian kekasaran permukaan pipa, dimana pipa dibuat kasar secara artifisial dengan bentuk ulir yang berbeda-beda, terhadap koefisien gesekan yang pada akhirnya menyebabkan hilangnya tekanan pada sistem perpipaan. Nikuradse melakukan percobaan dengan menempelkan butiran pasir pada permukaan pipa sehingga diperoleh rangkaian rasio kekasaran relatif k/D dengan memperoleh variasi koefisien gesek pipa kasar. Oleh karena itu, dalam penulisan skripsi ini kita akan membahas “Pengaruh Kekasaran Pipa Terhadap Koefisien Gesekan” untuk mengetahui sejauh mana pengaruh kekasaran pipa terhadap koefisien gesekan yang diperoleh.
Alat uji yang digunakan adalah pipa baja diameter 35,5 mm yang dikasar dengan ulir internal dengan pitch 4 (nilai kekasaran (k) 2,0 mm) k/D 0,05 dan pitch 5 (nilai kekasaran (k) 2,75 mm) k/D 0,08 dan hanya untuk mengetahui pengaruh kekasaran permukaan pada pipa terhadap koefisien gesekan yang terjadi. Membuat alat tes sesuai dengan desain awal yang telah dikonsultasikan dengan dosen pembimbing dan kaitannya dengan bahan yang akan digunakan dalam penelitian. Data mentah hasil penelitian kemudian dimasukkan ke dalam persamaan berbasis teori untuk memperoleh data yang diperlukan dan kemudian diplot pada grafik berbagai variasi bilangan Reynolds versus koefisien gesekan untuk melakukan analisis.
Data hasil pengolahan digunakan untuk menganalisis hubungan kekasaran permukaan dan hubungannya dengan koefisien gesekan (f) dan bilangan Reynolds (Re).
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
PERUMUSAN MASALAH
TUJUAN PENELITIAN
BATASAN MASALAH
METODOLOGI PENELITIAN
SISTEMATIKA PENULISAN
DASAR TEORI
- KLASIFIKASI FLUIDA
- Fluida Newtonian
- Fluida Non Newtonian
- ALIRAN FLUIDA
- Klasifikasi Aliran Fluida
- Aliran Laminer dan Turbulen
- Koefisien Gesek
- Kekasaran Permukaan
- SIFAT-SIFAT FLUIDA
- Density
- Viskositas
- Bilangan Reynolds
- PERSAMAAN FLUIDA
- Laju Aliran Volume
- Distribusi Kecepatan
- ULIR
- Beberapa Istilah Penting Pada Ulir
- Standar Umum Untuk Ulir
Fluida Newtonian adalah salah satu jenis fluida yang memiliki kurva tegangan geser linier dan gradien kecepatan, seperti air, udara, etanol, benzena, dll. Fluida non-Newtonian adalah fluida yang tidak dapat menahan tegangan geser, laju geser, dan gradien suhu, seperti cat, minyak pelumas, darah, bubur kertas, obat cair, dll. Pada pola aliran pada pipa horizontal terdapat pengaruh gravitasi dimana zat cair yang lebih berat akan berada di bagian bawah dan cairan yang lebih ringan akan berada di bagian atas, hal ini dimungkinkan karena adanya perbedaan berat jenis zat cair.
Aliran laminar didefinisikan sebagai aliran fluida yang bergerak dalam lapisan atau lamina, dimana satu lapisan meluncur mulus di atas lapisan yang berdekatan hanya dengan pertukaran volume molekul. Kecenderungan menuju ketidakstabilan dan turbulensi sepenuhnya ditekan oleh gaya geser viskos yang memberikan resistensi terhadap gerakan relatif lapisan fluida yang berdekatan. Dalam aliran turbulen, partikel-partikel fluida bergerak sepanjang jalur yang sangat tidak teratur, sehingga terjadi pertukaran momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida lainnya.
Hambatan tersebut dapat menyebabkan turunnya energi dari fluida, yang sering disebut dengan pressure loss atau kehilangan tekanan yang disebabkan oleh efek gesekan fluida (friction loss). Terlihat adanya hubungan linier antara koefisien gesek dengan bilangan Reynolds, sedangkan nilai koefisien gesek aliran turbulen sangat dipengaruhi oleh faktor lain misalnya kekasaran permukaan pipa. Hasil percobaan menunjukkan bahwa kekasaran permukaan sangat mempengaruhi aliran pada bilangan Reynolds yang tinggi, nilai koefisien geseknya bergantung pada bilangan Reynolds tersebut.
Moody mengembangkan hasil eksperimen Nikuradse menjadi model matematika dan berhasil memetakan grafik hubungan antara koefisien gesekan dan bilangan Reynolds pada aliran turbulen dengan variasi kekasaran permukaan. Universitas Indonesia Konsep keberadaan sublapisan laminar pada lapisan batas pada aliran turbulen dapat digunakan untuk menjelaskan perilaku kekasaran permukaan. Pada Gambar 2.6.c, kekasaran yang tinggi berada di luar lapisan transisi (k>dT), sehingga kekasaran permukaan akan berpengaruh pada daerah turbulen sehingga mempengaruhi aliran pada daerah tersebut.
Tidak mudah untuk menentukan ketergantungan fungsional faktor gesekan pada bilangan Reynolds dan kekasaran relatif. Nikuradse menggunakan pipa yang dibuat kasar secara artifisial dengan menempelkan butiran pasir dengan ukuran yang diketahui ke dinding pipa dimana tekanan yang diperlukan untuk menghasilkan laju aliran yang diinginkan diukur dan datanya kemudian diubah menjadi faktor gesekan untuk kondisi Reynolds. nomor dan kekasaran relatif terkait. Viskositas ini dapat ditemukan dalam berbagai aplikasi, termasuk bilangan Reynolds yang merupakan bilangan tak berdimensi.
Bilangan Reynolds adalah bilangan tak berdimensi yang digunakan untuk menentukan sifat dasar aliran, apakah laminar atau turbulen, serta posisi relatifnya pada skala yang menunjukkan pentingnya kecenderungan turbulen terhadap kecenderungan laminar. Laju aliran dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan kontinuitas yang menyatakan bahwa untuk fluida tak mampat, hasil kali laju aliran fluida dalam bejana dan luas penampang bejana selalu konstan.
DESKRIPSI ALAT UJI DAN PROSEDUR PENGUJIAN
- RANCANGAN ALAT UJI
- SET UP ALAT
- Rangka Meja Uji
- Pompa
- Pipa Pengujian
- Manometer
- Rangkaian Pipa PVC dan Selang
- Valve atau Katup
- Tangki Air
- PERALATAN PENDUKUNG PENGUKURAN
- Gelas Ukur
- Stop Watch
- Termometer
- Tap Manometer
- METODE PENELITIAN
- Unit Pengujian
- Persiapan Pengujian
- PROSEDUR PENGUJIAN
- METODE PENGOLAHAN DATA
Pada dasarnya pompa air ini digunakan untuk mensirkulasikan cairan air dari tangki penyimpanan ke bagian pengujian pada saat pengujian. Oleh karena itu pertimbangan dalam pemilihan spesifikasi pompa didasarkan pada aliran cairan air murni yang diperlukan dalam proses pengujian. Uji dengan cairan air yang dipandu ke dalam pipa baja bulat dengan pitch ulir 4 (nilai kekasaran (k) 2,0 mm) k/D 0,05.
Pengujian menggunakan fluida berair yang dialirkan ke dalam tabung baja bulat berulir pada langkah 5 (nilai kekasaran (k) 2,75 mm) k/D 0,08. Dari data yang ada akan digunakan untuk menghitung nilai koefisien gesekan yang terjadi dan bilangan Reynolds. D in = diameter dalam hidrolik pipa yang digunakan (m) adalah 0,035 m A = luas penampang pipa (m2) diperoleh dari persamaan 0,42 V = kecepatan aliran fluida (m/s).
Tinggi Universitas Indonesia (∆H), panjang antar manometer (l), kecepatan aliran (V), kecepatan gravitasi (g), dan diameter dalam pipa (D in). Dari tabel 4.13 dibawah ini dapat digambarkan grafik koefisien gesek (f) dengan bilangan Reynolds (Re) pada percobaan air murni pada pipa pitch 4 (nilai kekasaran (k) 2,0 mm) k/D 0,05 sebagai berikut. Bilangan Reynolds (Re) sendiri dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida air (V), diameter dalam (D) pipa uji dan viskositas kinematik (v) fluida air.
Hal ini ditunjukkan mulai pada kecepatan aliran fluida (V) sebesar 0,276 m/s dengan bilangan Reynolds (Re) sebesar 1,2x104 hingga kecepatan aliran fluida (V) sebesar 0,801 m/s dengan bilangan Reynolds (Re) sebesar 3,5x104. Semakin besar bilangan Reynolds (Re) maka nilai koefisien gesek (f) akan semakin berkurang hingga bilangan Reynolds (Re) sebesar 3,5x104 dengan nilai koefisien gesek (f) sebesar 0,13. Hal ini ditunjukkan mulai pada kecepatan aliran fluida (V) sebesar 0,249 m/s dengan bilangan Reynolds (Re) sebesar 1,1x104 hingga kecepatan aliran fluida (V) sebesar 0,798 m/s dengan bilangan Reynolds (Re) sebesar 3,5x104.
Hal ini ditunjukkan dimulai pada laju aliran fluida berair (Q) sebesar 2,46x10-4 m3/s dengan nilai laju aliran fluida berair. Pada tabung reaksi dengan kemiringan 4 dimulai dari bilangan Reynolds (Re) sebesar 1,2 x 104 dengan nilai koefisien gesek (f) sebesar 0,09 hingga bilangan Reynolds (Re) sebesar 3,5 x 104 dengan koefisien gesek (f) nilai 0,07. Sedangkan pada tabung reaksi Tahap 5 dimulai dari bilangan Reynolds (Re) sebesar 1,1x104 dengan nilai koefisien gesek (f) sebesar 0,22 hingga bilangan Reynolds (Re) sebesar 3,5x104 dengan nilai koefisien gesek (f) sebesar 0,13 .
PENGOLAHAN DAN ANALISA DATA
PERHITUNGAN DATA
- Perhitungan Data Pipa Uji ulir dalam dengan pitch 4 (nilai kekasaran
- Perhitungan Perbedaan Tekanan (∆p)
- Perhitungan Debit (Q) dan Kecepatan Aliran Fluida (V)
- Perhitungan Faktor Gesekan (f)
- Perhitungan Bilangan Reynold (Re)
- Perhitungan Data Pipa Uji ulir dalam dengan pitch 5 (nilai kekasaran
- Perhitungan Perbedaan Tekanan (∆p)
- Perhitungan Debit (Q) dan Kecepatan Aliran Fluida (V)
- Perhitungan Faktor Gesekan (f)
- Perhitungan Bilangan Reynold (Re)
Dari beda ketinggian akan diperoleh beda tekanan (∆p), dan dari volume dan waktu akan diperoleh laju alir dan laju alir zat cair. Pada gambar 4.1 terlihat bahwa pengambilan data dimulai pada bilangan Reynolds (Re) 1,2x104 dengan nilai koefisien gesekan (f) sebesar 0,09. Pada gambar 4.2 terlihat bahwa pengambilan data dimulai pada bilangan Reynolds (Re) 1,1x104 dengan nilai koefisien gesekan (f) sebesar 0,22.
Perlu dicoba variasi jarak ulir yang lebih luas untuk mendapatkan karakteristik koefisien gesekan yang lebih kompleks. Perlu dilakukan percobaan penggunaan larutan zat pereduksi drag untuk mengetahui seberapa besar pengaruhnya dalam menurunkan nilai koefisien gesek.
ANALISA DATA
KESIMPULAN
SARAN
P.443.Watanabe, K., Yanuar., and H Udagawa, "Drag reduction of Newtonian fluid in a circular tube with highly water resistant wall." Journal of Fluid Mech., P.
