ProsidingKonferensiNasionalEngineeringPerhotelanIT-2011 ISBN978.602-9042-51-1

RINGKASAN

Perekonomian Ball sangat didorong oleh sektor industri pariwisata. Sektor inmampu mengubah struktur ekonomi Bali, dari agraris menjadi industri jasa (pariwisata)Pengembangan Bali, terutama di daerah pariwisata layak untuk memperoleh perhatian darsemua pihak. Dengan perhatian yang tulus,pembangunan pariwisata diharapkan dapamemberikan manfaat maksimal bagi kemakmuran rakyat tanpa mengorbankan nilai-nilabudaya Bali.

Semua pihak mengakui bahwa pengembangan pariwisata di Bali memiliki dampalpositif pada masyarakat, Namun, di balik dampak positif itu tentu tidak akan pemah lepadari sisi negatif, yang jika tidak ditangani dengan serius dapat berdampak negatif terhada,sektor ekonomi, fisik, dan sosial masyarakat.

.Sehubungan dengan semakin berkembangnya hotel dan jasa pariwisata di Ball daiuntuk mengetahui dan memahami perkembangan dan pemanfaatan teknologi dalanperhotelan serta dampak yang ditimbulkan, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas TeknikUniversitas Udayana menyelenggarakan Konferensi Nasional Engineering Perhotelan Uyang akan kami selenggarakan di Discovery Kartika Plaza Hotel, Ball, Kuta, pada tangga10 September 2011.

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan 11 dimaksudkan untuk menjelaskadan memberikan gambaran tentang pengembangan dan infrastruktur pendukung untulpengembangan pariwisata di Ball, terutama untuk mengantisipasi perubahan iklimkelangkaan energi, polusi dan manajemen energi.

Kata Kunci: Pariwisata, hotel, engineering

ProsidingKonferensiNasionalEngineeringPerhotelan11-2011 ISBN978-602-9042-51-1

KATAPENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada lda Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Es

karena atas Asung Kertha Wara Nugraha-Nya, maka prosiding Konferensi Nasiona

Engineering Perhotelan IT, dapat diselesaikan dengan baik. Adapun temayang diangka

dalam konferensi ini adalah: ENERGI BARU DAN TERBARUKAN (NRE) UNTUI

MENGANTISIP ASI KELANGKAAN ENERGI KE DEPAN.

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan IT dimaksudkan untuk menjelaskal

dan memberikan gambaran tentang pengembangan dan infrastruktur pendukung untuJ

pengembangan pariwisata di Bali, terutama untuk mengantisipasi perubahan iklim

kelangkaan energi, polusi dan manajemen energi

Pada kesempatan yang baik ini penulis ingin mengucapkan terimakaasih yan,

sebesar-besarnya kepada :

1. Rektor Universitas Udayana

2. Dekan Fakultas Teknik:Universitas Udayana

3. Ketua Jurusan Teknik:Mesin Universitas Udayana

4. Asosiasi Chief Engineer Bali

5. Par-aKeynote Speaker

6. Para Pemakalah

7. Semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Prosiding ini.

Kami menyadari bahwa prosiding ini masih jauh dari sempuma karena keterbatasa:

pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki, oleh karena itu kritik dan saran pembac

sangatlah kami harapkan demi sempurnanya penerbitan mendatang.

Bukit Jimbaran, September 2011

Panitia

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan II-2011 ISBN 978-602-9042-51-1

DAFTARISI

Halaman

RINGKASAN

KATA PENGANTAR

DAFTARISI

1

11

ill

I BIDANG KONVERSI ENERGI1 SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR CO-FIRING AMP AS 1

TEBU-BATUBARA PADA REAKTOR FLUIDIZED BED2 MODEL DAN SIMULASI NUMERIK PADA PEMBAKARAN 9

FLUIDIZED BED MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR SEKAMPADI

3 SIMULASI DAN PEMODELAN CFD UNTUK PROSES 17PEMBAKARAN FLUIDIZED BED BERBAHAN BAKARLIMBAlI KAYU .

4 MODEL DAN SIMULASI PERILAKU PARTIKEL SEWAGE 25SLUDGEPADA SISTEM FLUIDIZED BED

5 NALISA STABILITAS KAP AL PEMADAM KEBAKARAN 32LAMBUNGCATAMARAN UNTUKGEDUNGTEPIPANTAI

6 ADSORPSI C020LEH BATUBARA SEBAGAI UPAYA UNTUK 41MENGURANGI EFEK GAS RUMAH KACA

7 DRAG REDUCTION PADA SELANG KHUSUS PEMADAM 48KEBAKARAN DENGAN PENAMBAHAN POLY ETHYLENEOXIDE (PEO)

8 DENPASAR COASTAL ClTYDALAM KONTEKS PADA 56PERUBAHAN LINGKUNGAN GLOBAL

9 VARIASI BELOKAN DAN POSISI PIPA PENCERAT 63TERHADAP RUGI PANAS DAN PENURUNAN TEKANANPADA REHEA TER

10 BEBERAP A ASPEK DALAM MENENTUKAN KENY AL\1ANAN 75TERMIS UNTUK HOTEL, VILLA DAN RUMAH HUNIAN DIDAERAH TROPIS

11 SISTEM PENGOLAHAN SAMP All GENERASl TERBARU DAN 83PENGUJIAN BAHAN BAKAR

12 KARAKTERISTIK PEMBAKARAN DENGAN UDARA 91BERLEBIH PADA MOTOR BAKAR PENY ALAAN BUSI

13 MEMANF AATKAN AIR BILASAN BAGAS UNTUK 103

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan II-2011 ISBN 978-602-9042-51-

MENGHASILKAN LISTRIK DENGAN TEKNOLOGIMICROBIAL FUEL CELLS

14 INSTALASI POMP A AIR UNTUK KEBUruHAN AIR BERSIH 113DJ KOTA DENPASAR SAMPAI TAHUN 2020

15 PENGOLAHAN LIMBAH HOTEL TERPADU 123SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF

16 BIODIESEL SEBAGAI BAHAN BAKAR UNTUK PEMBANGKIT 130LISTRIK DJ HOTEL

17 STUDJ EKSPERIMENTAL PENGONTROLAN AIR 137CONDITIONING SYSTEMDENGAN FUZZY LOGIC CONTROL

18 PROSES TREATMENT DENGAN MENGGUNAKAN NAOCL 147DAN H2S04 UNTUK PEMBUATAN BIOETANOL DARILIMBAH RUMPUT LAUT EUCHEUMA COTTONII

19 PEMBUATAN ETANOL GENERASI KEDUA DENGAN 157MEMANF AATKAN LIMBAa RUMPUT LAUT EUCHEUMACOITONIISEBAGAI BAHAN BAKU

20 ANALISA PERFORMANSI DESTILASI AIR LAUT TENAGA 175SURYA MENGGUNAKAN PENYERAP RADIASI SURYA TIPEBERGELOMBANG YANG BERBAHAN DASAR CAMPURANSEMEN DENGAN PASIR

BIDANG MANUFAKTUR21 ANALISA DAN DESAIN SISTEM KONTROL SUSPENSI 183

DENGAN PEMODELAN DELAP AN DOF UNTUKMEMPERBAIKI KINERJA KESTABILAN KENDARAAN

22 LOW COST BULLET PROOF BODY ARMOR FOR 190SECURITY GUARD PERSONNEL

23 FRICTION COEFFICIENT OF TI02 AND AL203 SOLUTION IN 195PIPES

24 PENGARUH VARIASI BAHAN ISOLASI DINDING TUNGKU 203PELEBURAN PERUNGGU TERHADAP WAKTU PELEBURAN

25 PERLAKUAN PROSES METAL KOMPOSIT AL/SIC WHISKER 211DENGAN PELAPISAN PERMUKAAN DALAM FASE PADATMELALUI ECAP

26 STUDI PERBANDINGAN GEOMETRI UJUNG PAHAT BUBUT 224HIGH SPEED STEEL, BORON KARBIDA DAN INTAN

27 SMART HANDLING SEPEDA MOTOR DENGAN PENGENDALI 231SKID MELALUI PENAMBAHAN SENSOR SUDUTKEMIRINOAN BELOK

11 MATERI KEYNOTE SPEAKER

195

FRICTION COEFFICIENT OF TI02 AND ~OJ SOLUTION IN PIPES

Rr Sri Poernomo Sari* and Muhammad Haikal**

* Mechanical Engineering Department, Faculty of Industrial TechnologyGunadanna University, Jakarta

Email: srips@staff.gunadanna.ac.id"Undergraduate student of Mechanical Engineering Department, Faculty of Industrial

Technology, Gunadanna University, JakartaEmail: mhaika112@gmail.com

Abstract

Nano fluid researches have recently going in progress. Laminar flow andturbulent of dilute Ti02 and Ah03 solutions in smooth pipes was studied. Experimentuse in 25.4 mm of diameter pipe (PVC) and 10, 20 and 30 ppm for additiveconcentration. The friction coefficient and the Reynolds number are calculated bymeasuring the pressure drop and the volumetric flow rate in periode of time,respectively. The result show that flow properties are influenced by nano particlesaddition. In the transition and turbulent flow regime without additive, the increasing offriction coefficient appeared to be effected by wall condition alone. Addition of titaniaand alumina to water is effective for smoth pipe. For example with addition of 30 ppmof alumina reduced drag in pipe by 12 percent at Reynolds number, Re 2 x 104 whereasin 20 ppm addition tested drag was reduced only 5 percent.

Key words: turbulent flow, dilute nano particles, friction coefficient, ppm, Reynoldsnumber.

Abstrak

Penelitian nano fluida saat ini mengalami kemajuan. Aliran laminar dan turbulendengan penambahan Ti<h (titania) dan Ah03 (alumina) yang mengalir di dalam pipamulus telah banyak dikaji. Percobaan menggunakan pipa (PVC) dengan diameter 25,4mm serta konsentrasi zat tambahan sebesar 10, 20 dan 30 ppm. Nilai koefisien gesekdan Bilangan Reynolds dihitung dengan pengukuran kerugianjatuh tekan dan laju aliranvolumetrik masing-masing dalam waktu tertentu. Hasil menunjukan bahwa sifat-sifataliran dipengaruhi oleh penambahan partikel-partikel nano. Pada aliran transisi .danturbulen tanpa zat tambahan, peningkatan koefisien gesek dipengaruhi oleh kondisidinding pipa itu sendiri. Penambahan titania dan alumina pada air murni (H20) efektifuntuk aliran di dalam pipa mulus. Sebagai contoh dengan penambahan 30 ppmaluminamengurangi hambatan dalam pipa sebesar 12 % pada Bilangan Reynolds 2 x 10\dimana dengan penambahan 20 ppm alumina mengurangi hambatan hanya 5 %.

Kata kunci: Aliran turbulen, dilute nano particles, koefisien gesek, ppm, BilanganReynolds.

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan 11-2011 ISBN 978-602-9042-51-1

196

1. Pendahuluan

Pipa adalah alat transportasi fluida baik cair maupun gas yang banyak dipakai diindustri, gedung, dan perumahan. Kerugian jatuh tekanan (pressure drop) merupakanhal penting dalam sistem aliran dalam pipa karena berhubungan dengan penggunaanenergi. Kerugian jatuh tekanan erat kaitannya dengan nilai koefisien gesek yang terjadidalam aliran. Koefisien gesek adalah koefisien pergesekan antara aliran fluida yangmempunyai kecepatan rendah dengan aliran fluida yang mempunyai kecepatan lebihtinggi. Contoh aliran air di sungai pada daerah tengah kecepatan aliran terlihat lebihcepat dari pada daerah yang mendekati tepildinding sungai. Usaha peneliti untukmengurangi kerugian jatuh tekan ada bermacam cara. Salah satu usaha pengurangankerugian jatuh tekan adalah memasukkan partikel ke dalam pelarutnya. Partikel nanosangat menarik untuk diteliti karena masih sedikit data dan masih banyak hal yangbelum diketahui dengan jelas. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui efekpemberian sedikit partikel nano terhadap nilai kerugian jatuh tekan (pressure drop/headloss) aliran fluida di dalam pipa. Alumina dan titania digunakan dalam penelitian inidengan variasi perubahan kecepatan aliran dan konsentrasi fluida kerja. Semakinpanjang pipa, semakin kecil diameter pipa dan semakin cepat aliran maka nilai kerugianjatuh tekan semakin besar.

2. Eksperimental Set-up

Rancangan alat uji seperti terlihat pada gambar 1 dimana fluida yang akan diujiditempatkan pada penampung fluida (tank) kemudian dari penampungan ini akan adadua saluran keluar dimana saluran pertama akan terhubung dengan pompa 1 dan salurankedua terhubung dengan pompa 2. Ujung keluaran dua pompa akan bersatu dalam pipapenyalur. Pipa penyalur akan menyalurkan fluida menuju pipa uji. Dimana pipa ujiterdiri atas 1 buah pipa acrylic dan 1 buah pipa PVC. Dalam penelitian ini pipa uji yangdigunakan adalah pipa PVC dengan diameter 1 inci (25,4 mm). Pipa penyalur akandihubungkan dengan manifold untuk mendistribusikan aliran ke semua pipa uji.Masing-masing ujung pipa uji diberikan katup sebagai pengatur debit aliran. Katup pipauji lain akan ditutup saat sedang melakukan percobaan terhadap salah satu pipa uji. Padajarak 60 dan 120 kali diameter dipasang manometer. Pada jarak 30 cm dari ujungkeluaran pipa uji juga dipasang sebuah manometer dan perbedaan head (M) akanterbaca pada manometer saat pengujian dilakukan.

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan 11-2011 ISBN 978-602-9042-51-1

3. Spesifikasi Alat Uji

Alat uji terdiri dari sebuah buah pipa PVC dengan diameter 25.4 mm. Pada salurankeluar fluida dipasang sebuah gelas ukurm dimana gelas ukur ini berfungsi untukmenampung volume fluida yang keluar per satuan waktu (pengukuran debit). Di bawahgelas ukur ditempatkan sebuah neraca untuk menentukan massa jenis dari fluida yangmengalir. Selain itu di dalam tangki juga terpasang thermometer air raksa untukmengukur temperatur fluida saat pengujian.

197

Gambar 1. Eksperimental Set-up

3.1 Prosedur Pengujian

1. Memasukan fluida uji (air maupun fluida larutan lain) ke dalam tangkipenampungan sebanyak volume tertentu.

2. Menghidupkan pompa, kemudian membiarkan semua katup dalam keadaan terbuka.Hal ini bertujuan untuk menstabilkan aliran pada saat pengambilan data.

3. Menutup katup pipa uji yang tidak digunakan dalam pengujian.4. Membuka katup pipa uji PVC sebesar 30° dan membaca perbedaan ketinggian (Ml)

pada manometer kedua dan manometer ketiga. Menentukan debit aliran fluidadengan cara menampung fluida yang mengalir keluar dari pipa uji menggunakangelas ukur sebanyak volume tertentu dalam waktu tertentu. Kemudian menimbangmassa fluida untuk mengetahui massa jenis fluida tersebut.

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan 11-2011 ISBN 978-602-9042-51-1

198

5. Melakukan langkah ke-4 dengan bukaan katup utama diperbesar 10° hingga bukaanpenuh sebesar 90°. Mencatat semua hasil yang didapat untuk melakukan pengolahandata serta analisis basil.

6. Pengujian dilakukan berulang-ulang untuk mendapatkan data yang mendekatiakurat.

7. Melakukan pengujian yang sama untuk pipa uji yang berbeda.

3.2 Teori

Fluida merupakan suatu zat yang tidak mampu menahan gaya geser yang bekerjasehingga akan mengalami deformasi. Fluida dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian,yaitu :

1. Fluida Newtonian .Fluida Newtonian adalah suatu jenis fluida yang memiliki kurva hubungan shearstress dan gradient kecepatan yang tinier. Contoh fluida Newtonian adalah air,udara, ethanol, benzene, dan lain-lain. Fluida Newtonian akan terus mengalir danviskositas fluida tidak berubah sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida.Viskositas fluida akan berubah jika terjadi perubahan temperature. Padadasarnya fluida Newtonian adalah fluida yangmengikuti hukum Newton tentangaliran dengan persamaan :

OuT=P.-ay (1)

Dimana:

J.18uay =Gradient kecepatan fluida

= Tegangan geser pada fluida=Viskositas dinamik fluida

(2)

2. Fluida Non-NewtonianFluida non-Newtonian adalah fluida yang memiliki kurva hubungan tegangangeser dengan gradient kecepatan tidak linear. Viskositas fluida ini tidak hanyadipengaruhi oleh temperatur tetapi juga dipengaruhi oleh regangan geser danlain-lain. Persamaan dasar fluida non-Newtonian adalah :

Dimana:

't

Kn8uay

= Tegangan geser pada fluida= Indeks perilaku aliran= Power law indeks

= Gradient kecepatan fluida

ProsidingKonferensiNasionalEngineeringPerhotelan11-2011 ISBN 978-602-9042-51-1

199

Teganganserah(Bingharn)

---:/'.---

?ktik.···..... . Ideal fluid

t t

-Laju regangangeser

Gambar 2. Hubungan antara shear stress - shear rate pada fluida Newtoniandan non-newtonian

Ketika aliran melewati awal ujung pipa, distribusi kecepatan didalam pipa mempunyaibentuk yang tidak teratur yang disebut aliran sedang berkembang. Kondisi ini akansemakin berubah seiring bertambahnya panjang dari inlet. Distribusi kecepatan yangterjadi masing mengalami perubahan bentuk kontur. Setelah aliran mengalami fullydeveloped flow atau berkembang penuh, maka distribusi kecepatan akan seragam untukjarak dari inlet semakin panjang. Untuk aliran laminar, panjang hidrodinamik untukmencapai keadaan fully developed flow adalah kurang lebih 120 kali diameter dalampipa.

Dalam suatu aliran yang melewati sistem atau instalasi pipa maka terjadi suatuhambatan aliran. Hambatan tersebut disebabkan oleh faktor-faktor bentuk instalasi.Hambatan tersebut dapat menyebabkan turunnya energi dari fluida yang sering disebutdengan kerugian tekanan (head loss) atau penurunan tekanan (pressure drop) yangdisebabkanoleh pengaruh gesekan fluida (friction losses) dan perubahan pola aliran.Pada kondisi aliran laminar, hambatan gesek tersebut hanya dipengaruhi olehkekentalan fluida. Namun, pada aliran turbulent hambatan tersebut dipengaruhi olehkekentalan fluida dan kekasaran permukaan pipa.

Pada tahun 1883 Osbome Reynolds menunjukkan bahwa penurunan tekanan tergantungpada parameter : kerapatan (p), kecepatan aliran (V), diameter (0), dan viskositasdinamik (u) yang selanjutnya dikenal dengan bilangan Reynolds, penurunan tekananmerupakan fungsi dari faktor gesekan if> dan kekerasan relatif dari dinding (EID).

f = ;(Re, iD) (3)

Hambatan gesek menyebabkan kerugian jatuh tekanan, Sh. Nilai llh ini didapatkan daripersamaan Darcy dan Weisbach (1806-1871):

M =f(~)~ (4)D 2g

ProsidingKonferensiNasionaIEngineeringPerhote1an11-2011 ISBN978-602-9042-51-1

,2001

Dimana I adalah koefisien gesek Darcy dan dapat ditentukan dengan rumus I = 64. Re

untuk aliran laminar. Terlihat hubungan yang linear antara koefisien gesek denganbilangan Reynolds, sedangkan untuk aliran turbulent nilai koefisien gesek tersebutbanyak dipengaruhi oleh faktor-faktor lain misalnya kekasaran permukaan pipa.Kekasaran permukaan pipa menjadi faktor yang dominan dalam menentukan besarnyakoefisien gesek yang terjadi. Nilai kekasaran permukaan dinotasikan dengan simbol edapat ditentukan dengan rumus:

I

1=0.3164Re 4 (7)

eE=-

D(5)

Dimana E adalah kekasaran relatif

Pengaruhkekasaran permukaan pipa diteliti secara luas pertama kali oleh Nikuradse.Hasil dari percobaannya menunjukkan bahwa kekasaran permukaan sangatmempengaruhi aliran pada bilangan Reynolds tinggi, nilai koefisien gesek tergantungpada bilangan Reynolds. Von Karman menurunkan rumus untuk aliran turbulent denganmemasukkan kekasaran permukaan. Hasil dari penurunan rumus tersebut adalah:

1 Df7 =1.14+21og- (6)vi e

Persamaan Blasius juga menggambarkan nilai koefisien gesek untuk aliran turbulentyaitu:

Lewis F. Moody (1880-1953) mengembangkan hasil percobaan Nikuradse ke dalambentuk model matematika dan berhasil memplot sebuah grafik hubungan koefisiengesek dengan bilangan Reynolds pada aliran turbulent dengan variasi kekasaranpermukaan.

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan 11-2011 ISBN 978-602-9042-51-1

4. Hasil Pengukuran

10..••

f

T=2S0C •••• - f = 641Re*

-- f = 0.3164'*Re("'II4,

o OO21Oppm

• TlOz 20ppm

6. nOz 30ppm

201

Gambar 3. Hubungan koefisien gesek dengan bilangan Reynolds untuk larutan titania

,,

,,,.,,

f

-dl-

Re'"

_ ••• f=64IRe*

-- f =0.3164*Ret"'lI4J

o Ab03 10ppm

• Alz03 20 ppm

I I

Gambar 4. Hubungan koefisien gesek dengan bilangan Reynolds untuk larutan alumina

Re

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan 11-2011 ISBN 978-602-9042-51-1

202

S. Kesimpulan

Penambahan partikel nano fluida alumina (Ah03) dengan konsentrasi 30 ppmmenghasilkan pengurangan hambatan (drag reduction) sebesar 12 % pada BilanganReynolds ± 20000. Sementara untuk penambahan alumina dengan konsentrasi 20 ppmhanya menghasilkan pengurangan hambatan (drag reduction) sebesar 5 %. Efekpenambahan partikel nano titania (Ti02) tidak menghasilkan pengurangan hambatan(drag reduction).

Daftar Pustaka

1. K. Khanafer, K. Vafai, and M. Lightstone, "Bouyancy-driven heat transferenhancement in a two-dimensional enclosure utilizing nanofluids, "InternationalJournal of Heat Transfer, vo1.46,no. 19, pp.3639-3653, 2003.

2. S. Lee, S.U. Choi, S. Li, and J.A. Eastman, "Measuring thermal conductivity offluids containing oxide nanoparticles, "Journal of Heat Transfer, vol. 121, no.2, pp. 280-289, 1999.

3. S.P.Lee and U.S. Choi, "Application of metallic nanoparticles suspensions inadvanced cooling system, " in Recent Advances in Solid/Structures andApplications of Metallic Materials, Y. Kwon, D. Davis, and H. Chung, Eds.;:PVP-VoI.3421MD- Vol. 72, pp. 227-234, ASME, New York, NY, USA, 1996.

4. R.A. Seban, E. F. McLaughlin, Heat transfer in tube coils with laminar andturbulent flow, International Journal of heat and Mass Transfer, 6, 1963, 387-395.

5. S. U. S. Choi, "Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles," inDevelopments Applications of Non-Newtonian Flows, D. A. Siginer and H. P.Wang, Eds., FEDvol. 2311MD-vol. 66, pp. 99-105, ASME, New York, NY,USA,1995.

6. Q. Li and Y. Xuan, "Convective heat transfer performances offluids with nano-particles," in Proceedings of the 12th International Heat Transfer Conference,pp. 483-488,2002.

7. Wen, D. & Ding, Y. 2004 Experimental investigation into convective heattransfer of nanofluid at the entrance region under laminar flow conditions. Int. J.Heat Mass Transfer, Vol. 47, pp. 5181-5188.

ProsidingKonferensiNasional EngineeringPerhotelan11-2011 ISBN 978-602-9042-51-1