LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA
MATERI
KEHILANGAN HEAD
PADA BERBAGAI SAMBUNGAN Disusun oleh:
NAMA : ALODIA HIRA KLORINDA BR GINTING NIM : 225100900111048
KELOMPOK : BE2
HARI, TANGGAL : KAMIS, 21 SEPTEMBER 2023 ASISTEN :
ADAM SETIA HALIM PUTRI FADHILA RAHMAN MUHAMMAD RAFIF AHNAN SYAFIRA AYU MUSTIKA JIHAN SHAFA SALSABILA F. M. NAOKO EKA PRAMESTI MUHAMMAD IHSAN ADITIA PUTRA WARDANI
MUHAMMAD RAFI GABY SABRINA PUTRI MUGHNI
LABORATORIUM TEKNIK SUMBERDAYA ALAM DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MALANG
2023
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Fluida merupakan zat yang bersifat dapat mengalir dan menyesuaikan dengan bentuk wadah tempatnya atau zat yang akan berdeformasi terus menerus selama dipengaruhi oleh suatu tegangan geser. Fluida yang mengalir dalam saluran tertutup pasti akan memiliki tekanan.
Aliran air dibedakan menjadi tiga macam, yaitu aliran laminer, aliran transisi, dan aliran turbulen.
Aliran laminer adalah gerakan aliran air yang searah dengan saluran, sehingga koefisien gesek yang ditimbulkan dari aliran ini juga kecil. Aliran turbulen adalah gerakan aliran air yang memutar sehingga koefisien yang ditimbulkan juga besar (Ramadon dan Syuriadi, 2020).
Pipa digunakan untuk mengalirkan fluida pada suatu kontruksi. Pipa biasanya berbahan plastic atau besi. Tidak hanya pipa yang menjadi komponen sistem perpipaan, tapi juga flange(penyambung elemen), valve(katup), fitting(sambungan), gasket (pengait), dan support (penahan). Dalam transportasi fluida dengan menggunakan pipa perlu mempertimbangkan banyak hal, salah satunya efisiensi (Afdil, 2021).
Terdapat kerugian-kerugian yang terjadi pada sistem perpipaan. Selama fluida mengalir melalui pipa akan terjadi kerugian gesekan antara fluida dengan dinding-dinding pipa, yang disebut dengan mayor losses. Aliran turbulen menyebabkan banyak kerugian dalam industri.
Koefisien gesek yang besar pada aliran turbulen menyebabkan aliran turbulen memiliki gaya gesekan yang tinggi. Gaya gesek ini menimbulkan kerusakan pada pipa bahkan menurunkan efisiensi energi dari tekanan aliran air. Hasil eksperimen menyatakan bahwa Bilangan Reynold terkorelasi dengan kecepatan aliran. Semakin besar kecepatan aliran fluida maka bilangan Reynold semakin tinggi yang mengakibatkan nilai koefisien gesek (f) yang terjadi semakin besar.
Pada kondisi koefisien gesek yang besar mengakibatkan semakin tinggi pula head loss yang terjadi (Subagyo et al., 2016).
1.2 Tujuan Praktikum
a. Mahasiswa mampu memahami konsep kehilangan tekanan dan perhitungan headloss pada berbagai perlakuan (belokan) dalam sistem perpipaan.
b. Mahasiswa mampu mengetahui pengaruh kehilangan head dalam pipa terhadap pengaliran fluida di dalamnya.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Kehilangan Head Pada Pipa
Kekentalan pada fluida akan menyebabkan terjadinya tegangan geser pada saat fluida berpindah. Dari tegangan geser ini akan merubah sebagian energy aliran menjadi bentuk lain seperti suara kemudian panas dan lain sebagainya. Berubahnya energy dapat mengakibatkan terjadinya kehilangan energy yang dapat disebut juga sebagai head loss. Kehilangan energi sepanjang satu satuan panjang akan konstan selama kekasaran dan diameter tidak berubah.
(Waspodo, 2017).
Head loss merupakan sistem yang dapat menyebabkan kerugian dalam bentuk gesekan yang terjadi pada pipa. Selain kerugian pada pipa, kerugian lain terjadi di belokan pada pipa, reduser, klep dan lain-lain. Kerugian head loss menyebabkan pompa rusak karena membutuhkan energy dalam jumlah besar untuk mengalirkan fluida. Head loss sendiri dapat dibagi dua yaitu mayor head loss dan juga minor head loss. Delam menghitung adanya head loss tersebut dapat digunakan persamaan dari Hazen-Williams (Dabrowski dan Li, 2020).
2.2 Pengertian dan Perbedaan Mayor Loss serta Minor Loss
Major losses adalah kerugian aliran yang diakibatkan gesekan antara fluida dengan dinding pipa lurus yang mempunyai luas penampang yang tetap. Sedangkan Minor losses adalah kerugian aliran fluida di dalam pipa yang disebabkan oleh luas penampang aliran, entrance, fitting, dan lain sebagainya. Minor losses pada pipa berasal dari perubahan dan komponen dalam sistem pipa. Minor Losses berbeda dengan Major losses karena berasal dari gesekan pada pipa pada bentang yang panjang. Apabila pipa cukup panjang, Minor losses biasanya dapat diabaikan karena jauh lebih kecil daripada Major losses. Selain menyebabkan kehilangan energi. Minor head loss menyebabkan terjadinya tumbukan partikel, meningkatkan gesekan, dan ketidak-seragaman distribusi fluida cair (Blasiger et al., 2014).
Perbedaan antara major head loss dan minor head loss lainnya dapat dilihat dari penyebab terjadi head losses. major head loss terjadi karena adanya resistensi pada lapisan dinding pipa dan aliran fluida membentuk gesekan, sedangkan minor head loss terjadi pada bagian-bagian penghubung pipa seperti valves, bends, dan penghubung pipa lainnya (Annan dan Goodan, 2018).
2.3 Pengertian Diagram Moody beserta Gambar dan Cara Membaca Diagram Moody Diagram Moody merupakan salah satu cara yang digunakan untuk menyelesaikan hambatan atau masalah dalam aliran fluida. Untuk menyelesaikan masalah pada aliran pipa digunakan prinsip gesekan pada pipa. Diagram Moody merupakan salah satu bentuk kurva yang digunakan untuk mencari relasi antara variabel tertentu. Yang dipertimbangkan dalam diagram Moody adalah hubungan antara gesekan pada pipa dengan aliran fluida dalam pipa.
Hal ini dapat terbukti karena aliran dalam fluida dapat terhambat karena gesekan pada pipa (Flack, 2018).
Gambar 2.3.1 Diagram Moody Sumber: Flack, 2018
Cara membaca diagram moody yaitu, mula-mula tentukan besarnya angka Reynold berdasarkan persamaan Re = 𝑉×𝐷
𝑣 . Selanjutnya menentukan kekasaran relatif pipa berdasarkan persamaan. Kekasaran relatif = 𝜀
𝐷 dengan keterangan ε adalah kekasaran rata- rata pipa dan D adalah diameter pipa. Dari angka reynold yang diperoleh, ditarik garis vertikal sampai memotong kurva kekasaran relatif yang sesuai (garis merah) pada satu titik, kemudian dari titik perpotongan tersebut ditarik garis horizontal hingga memotong garis koefisien gesekan. Dari sini maka dapat diketahui besarnya koefisien gesek dengan cara interpolasi (Hermawan, 2014).
2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kehilangan Tekanan pada Pipa
Faktor yang mempengaruhi head loss atau kehilangan tekanan pada pipa dibagi menjadi dua yaitu faktor teknis dan faktor tidak teknis. Faktor teknis adalah faktor yang menyebakan hilangnya tinggi pada tekanan air yang disebabkan pada pipa sambungan terdapat kerusakan berbentuk celah, pecahnya pipa distribusi dan pemasangan meter air kurang baik. Faktor non teknis adalah faktor yang menyebabkan hilangnya tinggi pada tekanan air tetapi hanya disebabkan oleh kurang teliti dalam membaca dan mencatat meter air. Selain itu, kesalahan juga berasal dari adanya udara yang masuk ke pipa sehingga angka yang ditunjukkan akan berkurang (Nurfadilah dan Terunajaya, 2014).
Faktor-faktor lain yang mempengaruhi hilangnya tekanan pada pipa ialah kekentalan pada fluida atau biasa disebut juga sebagai viscosity. Bilangan renold juga termasuk kedalam faktor yang dapat mempengaruhi kehilangan tekanan, masa jenis fluida pun juga termasuk, kemudian kecepatan fluida, jenid aliran kemudian ada kekasaran permukaan pipa, nilai faktor gesekan pia pun berpengaruh dan juga fitting dan valve (Ramadon dan Syuriadi, 2016).
Diameter pipa juga berpengaruh pada kehilangan tekanan pada pipa ini. Jika diameter pipa berukuran kecil maka akan banyak kehilangan tekanan dari pada pipa dengan diameter yang lebih besar. Hal ini bisa terjadi akibat pipa dengan diameter lebih besar membuat air tidak terlalu banayk menyentuh permukaan pipa sehingga minimnya gesekan yang dapat mengurangi tekanan pada air (Muraffiah et al., 2017).
2.5 Dampak Terjadinya Turbulensi pada Aliran
Aliran turbulen merupakan pergerakan fluida yang ditandai dengan ketidakaturannya kecepatan dan tekanan aliran. Turbulensi pada aliran fluida ialah ketika partikel-partikel fluida bergerak tidak menentu karena adanya percampuran berbagai putaran fluida sehingga terdapat pertukaran momentum dari suatu bagian partikel dengan bagian partikel fluida lainnya. Selain pertukaran momentum, turbulensi menyebabkan adanya pergesekan dengan dinding pipa sehingga terjadi kehilangan tekanan dan energi. Terjadinya turbulensi dalam suatu aliran memberikan pengaruh gesekan yang lebih tinggi sehingga menghambat aliran mengalir dan tentunya hal ini meningkatkan energi untuk memompa fluida dari dalam pipa.
Pada minor head loss pergesekan antar partikel dengan dinding menyebabkan adanya pusaran air. Akibatnya pola aliran laminer terganggu dan meningkatkan turbulensi (Lillahulhaq dan Maulana, 2020).
DAFTAR PUSTAKA
Afdil, A. 2021. Analisa Tegangan Sistem Perpipaan Minyak Darisumur Ke Manifold Sumur pa -da Pt. Sarana Pembangunan Riau (SPR) Langgak Menggunakan Caesar II 2019. Tu -gas Akhir. Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau.
Annan M, Gooda EA. 2018. Effect of minor losses during steady flow in transmission pipeline –s- case study “water transmission system upgrade in Nothern Saudi Arabia”. Alexa -ndria Enggineering Journal 57(1): 4299-4305.
Blasiger A, Bastos L, Behm J. 2014. Minor losses in pipes. CIVE 401 Hydraulic Engineering.
Colorado State University.
Da˛browski W dan Li F. 2021. Mortal lining as a protective layer for ductile iron pipes. Internat -ional Journal for Civil Engineering. 19(1): 369-380.
Flack KA. 2018. Moving beyond Moody. Journal Cambridge 842(1): 1-4.
Hermawan AP. 2014. Perancangan Sistem Permesinan dan Sistem Penggerak Pada Auger Cutter Suction Dredger (ACSD) Sebagai Metode Pengerukan Di Waduk. Skripsi. Jur -usan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Se -puluh Nopember
Lillahulhaq Z, Maulana HS. 2020. Pengaruh model turbulensi aliran terhadap simulasi numer -ik aircurtain. Jurnal Teknik Mesin 5(2): 38-42.
Mufarrih, Am., Silalahi S. K., Setyowidodo I. 2017. Analysis of Head Losses Consequent Sec -tion Diameter, Pipe Material and Flow Debit Using Contrast Test (Scheffe’s Method) at 900 Elbow Joint. Journal of Engineering 3(3): 5-10.
Nurfadilah, Aida dan Terunajaya. 2014. Analisa perhitungan debit dan kehilangan tinggi teka -nan (Head loss) pada sistem jaringan pipa daerah layanan PDAM Tirtanadi cabang sunggal. Jurnal Wahana Teknik Sipil 7(3): 34-44.
Ramadon IM, Syuriadi A. 2016. Analisis faktor head losses penstock terhadap daya yang dih -asilkan di PLTA Saguling. Jurnal Politeknologi 15(3): 239-244
Subagyo, R., Wardana, I. N. G., Widodo, A., & Siswanto, E. 2016. Analisis diameter gelembu -ng pada kerugian tekanan aliran fluida. Jurnal Rotor 9(2): 124-129
Waspodo. 2017. Analisa head loss sistem jaringan pipa pada sambungan pipa kombinasi dia -meter berbeda 8(1): 5-8.
LAMPIRAN
REVIEW VIDEO
Praktikum materi ke 3 ini dilakukan dengan tujuan mahasiswa mampu memahami konsep kehilangan tekanan dan perhitungan headloss pada berbagai perlakuan (belokan) dalam sistem perpipaan, serta mampu mengetahui pengaruh kehilangan head dalam pipa terhadap pengaliran fluida di dalamnya. Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini sama dengan materi 2, antara lain rangkaian pipa (sebagai tempat mengalirnya fluida), penyangga (untuk menahan seluruh rangkaian pipa), tandon input (sebagai penampung air yang akan masuk kedalam pipa), tandon output (sebagai penampung air yang keluar dari dalam pipa), stop kontak, selang, stop watch, pompa yang digunakan sebagai pemompa air dari tandon input, pipa input dan pipa output, kran input dan kran output, kran control, manometer sebagai alat ukur tekanan pada masing masing saluran dan piezometer. Pada praktikum ini juga terdapat sambungan, antara lain mengecil lurus yaitu dari pipa besar ke kecil dengan sambungan lurus dan sambungan membesar lurus yaitu pipa berdiameter kecil ke besar dengan sambungan lurus. Selain itu terdapat sambungan mengecil menyudut dan membesar menyudut. Terdapat juga sprinkle besar dan kecil yang berfungsi memberi tekanan pada pipa besar dan kecil.
Langkah kerja pada praktikum ini yang pertama yaitu menyiapkan alat dan bahan, menyalakan pompa dan mengalirkan air yang dilakukan dengan cara menuang air hingga meluap, menyalakan keran input, output dan kontrol. Selanjutnya menyambungkan pompa dengan aliran listrik, dan tunggu hingga pompa siap bekerja, dan tunggu hingga air mengalir.
Matikan pompa sebanyak 4 kali hingga sprinkle mengeluarkan air, dan ukur beda ketinggian raksa pada piezometer selama 5 detik dan ulangi sebanyak 5 kali. Lakukan percobaan terhadap fluida yang keluar dari pipa selama 5 detik dan sebanyak 5 kali pengulangan. Tutup keran output dan pastikan aliran berhenti. Kemudian catat hasil percobaan. Pada praktikum ini data yang diambil adalah perbedaan ketinggian pada setiap sambungan yang terdapat pada rangkaian pipa serta beda ketinggian pada manometer.Percobaan ini dilakukan selama 5 detik dengan pengulangan sebanyak 5 kali
