BAB 5 Aliran Dalam Pipa

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Jaringan Perpipaan 2014Bab 5 Aliran Dalam PipaKelompok 2

BAB 5

ALIRAN DALAM PIPA

5.1 Maksud dan Tujuan

5.1.1 Maksud

Maksud dari praktikum aliran dalam saluran tertutup (pipa) adalah :

1. Membaca manometer pada tiap-tiap jenis pipa maupun sambungan.

2. Mencari waktu berdasarkan jenis-jenis pipa maupun sambungan dengan

volume yang sama.

5.1.2 Tujuan

Tujuan dari praktikum aliran dalam pipa adalah:

1. Menentukan koefisien gesekan pipa dan faktor sambungan/percabangan.

2. Menunjukkan hubungan antara kehilangan energi akibat gesekan dengan

kecepatan aliran melalui pipa berdinding halus dan pipa kasar.

3. Menunjukkan hubungan antara kehilangan energi akibat perubahan

penampang pipa, sambungan/percabangan, dan belokan dengan kecepatan

aliran.

5.2 Dasar Teori

Pada aliran fluida riil akan terjadi kehilangan energi yang harus diperhitungkan

dalam aplikasi persamaan Bernoulli. Kehilangan energi tersebut dinyatakan dalam

tinggi fluida.

Menurut Bambang Triatmojo (1993), dengan memperhitungkan kehilangan energi

akibat gesekan, maka persamaan Bernoulli antara dua tampang menjadi :

................................................................... (5.1)

64

Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Jaringan Perpipaan 2014 65Bab 5 Aliran Dalam PipaKelompok 2

Menurut Bambang Triatmojo (1993), kehilangan energi akibat gesekan

dinyatakan dalam bentuk persamaan Darcy- Weisbach sebagai berikut:

...................................................................................................... (5.2)

dengan :

hf = kehilangan energi (m)

f = koefisien gesekan pipa

L = panjang ruas pipa (m)

D = diameter dalam pipa (m)

v = kecepatan aliran pipa (m/s)

g = percepatan gravitasi (9,81 m/s²)

Menurut Bambang Triatmojo (1993), bilangan Reynolds dihitung dengan rumus :

........................................................................................................... (5.3)

................................................................................................................. (5.4)

Kategori aliran :

Re < 2000 → aliran laminer

Re > 4000 → aliran turbulen

Re = 2000 – 4000 → aliran transisi

Menurut Bambang Triatmojo (1993), hubungan antar koefisien gesek pipa dengan

angka Reynolds untuk pipa halus dapat dinyatakan dengan rumus empiris sebagai

berikut :

.............................................................................................. (5.5)

dengan :

Re = Bilangan Reynolds

f = koefisien gesek pipa


Menurut Bambang Triatmojo (1993), hubungan antara koefisien gesek pipa

dengan angka Reynolds untuk pipa kasar dapat dinyatakan dengan rumus empiris

sebagai berikut :

............................................................................................... (5.6)

dengan :

D = diameter pipa (m)

f = koefisien gesek pipa

k = kekasaran pipa

Menurut Bambang Triatmojo (1993) , kehilangan energi yang terjadi akibat aliran

melalui sambungan dan percabangan standar adalah sebanding dengan kuadrat

dari kecepatan aliran sebagaimana berikut :

........................................................................................................... (5.7)

dengan :

he = kehilangan energi (m)

α = faktor sambungan/percabangan

v = kecepatan aliran (m/dt)

g = percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)

Menurut Bambang Triatmojo (1993) , untuk mencari harga α pada kasus

pelebaran luas penampang pipa, digunakan rumus :

..................................................................................................... (5.8)

dengan :

α = faktor sambungan/percabangan

A = luas penampang (m2)


Tabel 5.1 Nilai α Pada Pengecilan Mendadak

D1/D2 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0

α 0,08 0,17 0,26 0,34 0,37 0,41 0,43 0,45 0,46

( Sumber : Hidraulika II, Bambang Triatmojo, 1993 )

Tabel 5.2 Koefisien α Sebagai Fungsi Sudut Belokan :

Sudut 20º 40º 60º 80º 90º

α 0,05 0,14 0,36 0,74 0,98


Tabel 5.3 Nilai α Sebagai Fungsi R/D Untuk Sudut Belokan 90º :

R/D 1 2 4 6 10 16 20

α 0,35 0,19 0,17 0,22 0,32 0,38 0,42


Tabel 5.4 Harga α Pada Sambungan :

Jenis Kasus α

Katub Globe 10

Katub Sudut 5

Katub Swag Check 2,5

Katub Gerbang 0,19

Belokan Balik 2,2

T Standar 1,8

Siku Standar 0,9


Siku Lekuk Menengah 0,75

Siku Lekuk Panjang 0,6

( Sumber : Victor, 1988 )

5.3 Alat dan Bahan

5.3.1 Alat

Alat yang digunakan dalam praktikum adalah :

1. Satu set piranti Fluid Friction Measurement

2. Stopwatch

3. Kaliper/jangka sorong

5.3.2 Bahan

Bahan yang digunakan adalah air

5.3.3 Gambar Alat dan Bahan

2

2

1

2

2 17111 1

1215 93 41 8161


Gambar 5.1 Satu Set Piranti Fluid Friction Measurement

Keterangan :

1. 6 mm smooth bore test pipe

2. 10 mm smooth bore test pipe

3. Artificially roughened test pipe

4. 17,5 mm smooth bore test pipe

5. Sudden contraction

6. Sudden enlargement

7. Ball valve

8. 45o elbow

9. 45o “Y” junction

10. Gate valve

11. Global valve

12. In-line strainer

13. 90o elbow

14. 90o bend

15. 90o “T” junction

16. Pitot statis tube

17. Venturimeter

18. Orifice meter

19. Test pipe samples

20. Dump valve

21. Sight tube

22. Sight gauge securing screw

23. 1 m mercury nanometer


Gambar 5.2 Stopwatch Gambar 5.3 Air sebagai bahan uji

5.4 Cara Kerja

Gambar 5.4 Pelaksanaan Praktikum Aliran Dalam Pipa

Prosedur percobaan aliran melalui pipa adalah sebagai berikut :

1. Mengalirkan air ke dalam jaringan pipa pada rangkaian alat tersebut dengan

menyalakan pompa (nomor 1).

Alat: Fluid Friction Measurement

a

b

c

1

3

5

2

4


Gambar 5.5 Pengaliran Air ke Jaringan Pipa

2. Membiarkan hingga aliran stabil dan gelembung-gelembung udara hilang.

Gambar 5.6 Penghilangan Gelembung pada Saluran

3. Mengatur posisi manometer Hg hingga bacaan manometer kiri dan kanan

adalah sama dengan mengatur sekrup pengatur di atas manometer (nomor 2).

Gambar 5.7 Mengatur Posisi Manometer

4. Mengatur katup nomor 3 pengatur sesuai dengan jenis pengukuran yang akan

dilakukan, yaitu :


Gambar 5.8 Pengaturan Katup

a. Pipa halus

1) Menutup V1, 10, V4 pada pengamatan 3

2) Membuka V2

3) Membuka V4 pada pengamatan 1, V4 pada pipa pengamatan 2 dan 7

pada pipa pengamatan 4

b. Pipa kasar

1) Menutup V1, 10, V4 pada pipa pengamatan 1, V4 pada pipa

pengamatan 1, V4 pada pipa pengamatan 2 dan 7 pada pipa

pengamatan 4

2) Membuka V2

3) Membuka V4 pada pipa pengamatan 3 (pipa dengan dinding kasar)

c. Sambungan/Percabangan

1) Menutup/membuka katub yang sesuai untuk mendapatkan aliran

melalui sambungan atau percabangan.

2) Mengatur debit aliran dengan menggunakan katub pengontrol aliran

V6 (debit besar) atau V5 (debit kecil)

3) Menghubungkan pipa yang akan diukur kehilangan energinya dengan

manometer, dan membuka A dan B atau C dan D.

4) Melakukan pengukuran kehilangan energi dengan mengamati beda

tinggi manometer air raksa pada pipa 2 (untuk pipa halus) dan pada


pipa 3 (untuk pipa kasar) serta pada sambungan atau percabangan

yang dikehendaki (untuk sambungan/percabangan).

5) Mengukur besar debit aliran yang terjadi.

6) Mengukur diameter masing-masing pipa dengan kaliper.

7) Menghitung besarnya koefisien gesek dengan menggunakan diagram

moody, lalu menghitung besarnya kehilangan energi akibat gesekan

dengan rumus yang ada.

8) Membandingkan hasil hitungan di atas dengan hasil pembacaan

manometer.

9) Membandingkan hasil antara keadaan pengaliran pada pipa berdinding

halus dengan pipa berdinding kasar.

10) Menghitung besarnya koefisien / faktor sambungan / percabangan.

5.5 Diagram Alir

Mempersiapkan alat.

Mulai

Mengalirkan air ke dalam jaringan pipa.

Membiarkan hingga aliran stabil dan gelembung-gelembung udara hilang.

Mengatur posisi manometer Hg hingga bacaan manometer kiri dan kanan adalah sama dengan mengatur sekrup pengatur di atas manometer.

Mengamati bacaan manometer Hg.

Mengatur katup pengatur sesuai dengan jenis pengukuran yang akan dilakukan.


Gambar 5.9 Diagram Alir Percobaan Aliran dalam Pipa

5.6 Hasil Percobaan

Tabel 5.5 Hasil Percobaan Aliran dalam Pipa

NoKasus/Jenis Sambungan

Diameter pipa (mm)

Volume(L)

Waktu(detik)

Bacaan Manometer Hg

Kiri Kanan

1Pengecilan(pipa halus)

17,5 – 10 2 0,86 177 152

2Pembesaran(pipa halus)

10 – 17,5 2 1,15 178 151

3Lurus

(pipa halus)6 2 0,79 179 151

4Lurus

(pipa halus)10 2 0,69 178 151

5Lurus

(pipa kasar)17,5 2 1,14 186 143

6Belokan siku

(45o)17,5 2 1,42 183 146

7Lurus

(pipa halus)17,5 2 1,03 169 160

8 90 Elbow 17,5 2 1,35 188 141

9 90 Bsend 17,5 2 1,24 177 152

10 Gate Valve 17,5 2 1,20 177 153

11 Globe Valve 17,5 2 1,42 182 147

suhu air = 35,5º C

Mencatat hasil pengamataan.

Mengulangi percobaan pada semua jenis pipa.

Selesai


υ = 0,724×10-6

konversi Hg = 13,6

5.7 Analisis Data

5.7.1 Pengecilan (Pipa Halus)

Diameter pipa (D1) = 17,5 mm = 0,0175 m

Diameter pipa (D2) = 10 mm = 0,01 m

Volume (V) = 2 liter = 0,002 m³

Waktu (t) = 0,86 dt

Bacaan manometer Hg kiri = 177 mmHg

Bacaan manometer Hg kanan =152mmHg

Luas (A1) = ¼ π D1² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²

Luas (A2) = ¼ π D2² = ¼ π (0,01)² = 7,85×10-5 m²

Luas (Ac) = 0,6 × A2 = 0,6 × 7,85×10-5 = 4,71×10-5 m²

a. Menentukan debit aliran

m³/dt

b. Menentukan nilai kecepatan

m/dt

m/dt


m/dt

c. Menentukan kehilangan energi aktual

Kehilangan energi he act = 177 – 152

= 25 mm Hg = 0,025 m Hg

Dikonversikan ke dalam hc H2O = 13,6 × 0,025

= 0,034 m

d. Menentukan nilai α aktual

e. Menentukan nilai α analitis

dengan interpolasi, maka :

0,2α – 0,052 = 0,012

α = 0,32

f. Membandingkan nilai α aktual dengan α analitis

g. Menentukan nilai Reynolds


Karena Re > 4000 , maka termasuk aliran turbulen.

5.7.2 Pembesaran (Pipa Halus)

Diameter pipa (D1) = 10 mm = 0,01 m

Diameter pipa (D2) = 17,5 mm = 0,0175 m


Waktu (t) = 1,15 dt


Bacaan manometer Hg kanan = 152 mmHg

Luas (A1) = ¼ π D1² = ¼ π (0,01)² = 7,85×10-5 m²

Luas (A2) = ¼ π D2² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²

a. Menentukan nilai debit aliran

m³/dt


m/dt

m/dt



= 27 mm Hg = 0,027 m Hg

dikonversikan ke dalam hc H2O = 13,6 × 0,027

= 0,34672 m


2,21541085,7

10,1,73915

3

11

A

Qv

7,2338104041,2

10,1,73914

3

22

A

Qv



f. Membandingkan nilai α aktual dengan nilai α analitis

g. Menentukan nilai Reynolds


5.7.3 Lurus (Pipa Halus)

Diameter pipa (D) = 6 mm = 0,006 m


Waktu (t) = 0.79 dt

Bacaan manometer Hg kiri = 1179mmHg

Bacaan manometer Hg kanan = 151mmHg

Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,006)²

= 2,826×10-5 m²


m³/dt



m/dt


Kehilangan energi hf act = 179-151

= 28 mm Hg = 0,028 m Hg

dikonversikan ke dalam hf H2O = 13,6 × 0,028

= 0,3808 m

d. Menentukan nilai Reynolds`


e. Menentukan nilai f aktual

f. Menentukan nilai f analitis

dengan cara trial didapat :

f analitis = 0,0244

g. Membandingkan nilai f aktual dan f analitis



Diameter pipa (D) = 10 mm = 0,01 m


Waktu (t) = 0,69 dt



Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,01)² = 7,85×10-5 m²


m³/dt


m/dt


Kehilangan energi hf act = 178 – 151

= 27 mm Hg = 0,027 m Hg

Dikonversikan ke dalam hf H2O = 13,6 × 0,027

= 0,03672 m

d. Menentukan nilai Reynolds






f analitis = 0,01270814


5.7.5 Lurus (Pipa Kasar)

Diameter pipa (D) = 17,5 mm = 0,0175 m


Waktu (t) = 1,14 dt



Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²


m³/dt


m/dt



= 43 mm Hg = 0,043 m Hg


= 0,05848 m







5.7.6 Belokan Siku 45º



Waktu (t) = 1,42 dt




Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²


m³/dt


m/dt



= 37 mm Hg = 0,037 m Hg


= 0,05032 m



Menggunakan tabel 5.2 dengan cara interpolasi

1,1 = 20α – 2,8

α = 0,195

f. Menentukan nilai perbandingan α aktual dengan α analitis


g. Menetukan nilai Reynolds





Waktu (t) = 1,03 dt



Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²


m³/dt


m/dt



= 9 mm Hg = 0,09 m Hg


= 0,01224 m







f analitis = 0,0145824


5.7.8 90º Elbow



Waktu (t) = 1,35 dt



Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²


m³/dt


m/d



= 47 mm Hg = 0,047 m Hg


= 0,0639 m




Menggunakan tabel 5.2

αanalitis = 0,98

f. Menentukan nilai α aktual dengan α analitis



5.7.9 90º Bend



Waktu (t) = 1,24 dt



Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²


m³/dt


m/dt




= 25 mm Hg = 0,025 m Hg


= 0,034 m



R = 3,5 cm = 35 mm

Dari tabel 5.3 maka αanalisis = 0,19




5.7.10 Gate Valve (Katub Gate)



Waktu (t) = 1,20 dt




Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²


m³/dt


m/dt



= 24 mm Hg = 0,024 m Hg


= 0,03264 m



Menggunakan tabel 5.4 diperoleh

αanalitis = 0,19





5.7.11 GlobeValve (Katub Globe)



Waktu (t) = 1,42 dt



Luas (A) = ¼ π D² = ¼ π (0,0175)² = 2,4041×10-4 m²


m³/dt


m/dt



= 35 mm Hg = 0,035 m Hg


= 0,0476 m



Menggunakan tabel 5.4 diperoleh nilai

αanalitis = 10

f. Menentukan nilai α aktual dengan α analitis



Karena Re > 4000 , maka termasuk aliran turbulen.A

Laporan Praktikum Hidrolika 2014 90Bab 5 Aliran Dalam PipaKelompok 4

5.8 Pembahasan

Dari hasil analisa dan perhitungan data diatas maka didapatkan rekapitulasi aliran dalam pipa sebagai berikut.Tabel 5.6 Rekapitulasi Perhitungan Aliran Melalui Pipa

Jenis Sambungan

Debit Aliran (m3/dt)

Kecepatan (m/dt)

Hc act H2O (m)

α actual α analitis Re Jenis Aliran

Pengecilan (Pipa Halus)

2,3255 x 10-3v1 14,3435v2 43,92708vc 73,2118

0,034 2,7642 0,32 0,84713 680939,226 Turbulen

Pembesaran (Pipa Halus)

1,7391 x 10-3 v1 2,2154v2 7,2338

0,34672 5,2941 0.4536 11,671 535393,646 Turbulen

Lurus(Pipa Halus)

2,5316 x 10-3 8,9582 0,3808 4,4827 x 10-6 0,0244 0,7673 346325,96 Turbulen

Lurus(Pipa Halus)

2,8985 x 10-3 3,6936 0,03672 6,68304 x 10-5 0,012708 2,176 525966,850 Turbulen

Lurus(Pipa Kasar)

1,7543 x 10-3 7,309 0,05848 20079 x 10-4 0,0344 2,176 176667,817 Turbulen

Belokan Siku (45º)

1,4084 x 10-3 5,8583 0,05032 0,0297 0,195 0,02883 1418370,166 Turbulen

Lurus(Pipa Halus)

1,9417 x 10-3 8,0766 0,01224 4,202 x 10-4 0,01458 269,397 1952216,851 Turbulen

90º Elbow 1,4814 x 10-3 6,1619 0,0639 2,5151 0,98 2,5664 148940,953 Turbulen

90º Bend 1,6129 x 10-3 6,7089 0,034 1,1286 0,19 2,5133 162162,638 Turbulen

Gate Valve 1,6666 x 10-3 6,9323 0,03264 1,0147 0,19 5,3405 16756,25 Turbulen

Globe Valve 1,4084 x 10-3 5,8583 0,04676 2,0723 10 0,20723 141602,555 Turbulen


Tabel 5.7 Hasil Analisis Data

NoKasus/Jenis Sambungan

Koefisien Gesekan Pipa (α)

Faktor Sambungan/ Percabangan (f)

1Pengecilan(pipa halus)

0,32

2Pembesaran(pipa halus)

0,4536

3Lurus

(pipa halus)4,4827 x 10-6

4Lurus


5Lurus

(pipa kasar)2,0079 x 10-4

6Belokan siku

(45o)0,195

7Lurus


8 90o Elbow 0,98

9 90o Bend 0,19

10 Gate Valve 0,19

11 Globe Valve 10

1. Pada percabangan pipa lurus kasar dan halus menunjukkan bahwa semakin

halus pipa, kehilangan energi semakin kecil, sedangkan kecepatan semakin

besar.

2. Besarnya angka Reynolds pada seluruh percobaan lebih besar dari 4000 (Re >

4000) sehingga termasuk aliran turbulen.

3. Pada percobaan pengecilan dan pembesaran luas penampang pipa dapat dilihat

bahwa kecepatan aliran pada kasus pengecilan lebih besar daripada kasus

pembesaran pipa. Hal ini disebabkan karena pada pengecilan penampang yang

mendadak, garis aliran pada bagian hulu dari sambungan akan menguncup dan

mengecil pada vena kontrakta. Luas penampang vena kontrakta adalah 0,6 A2.

Kehilangan tenaga pada kasus pengecilan lebih besar daripada kehilangan

tenaga pada kasus pembesaran. Hal ini disebabkan karena kecepatan pada

kasus pengecilan lebih besar daripada kecepatan pada kasus pembesaran.


4. Hampir pada semua kasus pipa/jenis sambungan mempunyai perbandingan

koefisien gesek/percabangan aktual dengan analitis yang terlalu besar, dan jauh

mendekati satu. Hal ini mungkin disebabkan karena kerja pompa yang terlalu

besar atau kecil, juga bisa disebabkan karena pembacaan manometer Hg yang

salah

5. Dari perbandingan hasil koefisien gesek (f) dan koefisien sambungan atau

percabangan (α) yang diperoleh di atas sedapat mungkin mendekati nilai satu.

Apabila tidak memenuhi maka percobaan dianggap kurang sempurna.

Hal tersebut diakibatkan beberapa faktor :

a. Adanya gelembung udara dalam pipa.

b. Kesalahan dalam membaca manometer Hg.

c. Kesalahan dalam perhitungan/pembacaan volume dan waktu.

d. Alat sudah tidak dapat berfungsi dengan baik.


5.9 Kesimpulan

Tabel 5.8 Rekapitulasi Perhitungan

Jenis Sambungan

Debit Aliran (m3/dt)

Kecepatan (m/dt)

Hc act H2O (m)

α actual α analitis Re Jenis Aliran

Pengecilan (Pipa Halus)

2,3255 x 10-3v1 14,3435v2 43,92708vc 73,2118

0,034 2,7642 0,32 0,84713 680939,226 Turbulen

Pembesaran (Pipa Halus)

1,7391 x 10-3 v1 2,2154v2 7,2338

0,34672 5,2941 0.4536 11,671 535393,646 Turbulen

Lurus(Pipa Halus)

2,5316 x 10-3 8,9582 0,3808 4,4827 x 10-6 0,0244 0,7673 346325,96 Turbulen

Lurus(Pipa Halus)

2,8985 x 10-3 3,6936 0,03672 6,68304 x 10-5 0,012708 2,176 525966,850 Turbulen

Lurus(Pipa Kasar)

1,7543 x 10-3 7,309 0,05848 20079 x 10-4 0,0344 2,176 176667,817 Turbulen

Belokan Siku (45º)

1,4084 x 10-3 5,8583 0,05032 0,0297 0,195 0,02883 1418370,166 Turbulen

Lurus(Pipa Halus)

1,9417 x 10-3 8,0766 0,01224 4,202 x 10-4 0,01458 269,397 1952216,851 Turbulen

90º Elbow 1,4814 x 10-3 6,1619 0,0639 2,5151 0,98 2,5664 148940,953 Turbulen

90º Bend 1,6129 x 10-3 6,7089 0,034 1,1286 0,19 2,5133 162162,638 Turbulen

Gate Valve 1,6666 x 10-3 6,9323 0,03264 1,0147 0,19 5,3405 16756,25 Turbulen

Globe Valve 1,4084 x 10-3 5,8583 0,04676 2,0723 10 0,20723 141602,555 Turbulen


Dari data rekapitulasi perhitungan di atas dapat disimpulkan :

1. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar kehilangan energi (hf) dan

semakin kecil koefisien gesek pipa (f).

2. Semakin kasar permukaan pipa, harga koefisien gesek pipa (f) akan semakin

besar.

3. Perubahan arah atau belokan menyebabkan terjadinya kehilangan energi.

4. Kehilangan energi akibat gesekan (hf) berbanding lurus dengan kuadrat

kecepatan (v²), sehingga semakin besar kecepatan aliran (v) maka kehilangan

energi (hf) semakin besar.

5. Kehilangan energi akibat perubahan penampang pipa sambungan percabangan

dan belokan (he) berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan aliran (v²).

6. Semakin besar aliran maka kehilangan energi akibat perubahan penampang

pipa (he) semakin besar.

5.10 Saran

Dari percobaan di atas tim penyusun menyarankan :

1. Berhati-hati dalam percobaan menutup maupun membuka pipa percobaan

sehingga tidak terjadi kekeliruan.

2. Perhitungan waktu di stopwatch sebaiknya harus bersamaan dengan waktu

ditutupnya katub agar menghindari terjadinya kekeliruan pengambilan data

waktu.

3. Pembacaan manometer Hg sebaiknya harus diamati secermat mungkin agar

menghindari ketidaktelitian pembacaan rambu Hg.

Documents

BAB 5 Aliran Dalam Pipa