PENGARUH PERUBAHAN PENAMPANG TERHADAP KEHILANGAN ENERGI PADA PIPA POLIVINIL CHLORIDA (PVC)

ABSTRAK

Sutrisno, 2005. Pengaruh Perubahan Penampang Terhadap Kehilangan Energi Pada Pipa Jenis Polivinil Chlorida (PVC). Jurnal Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

Kehilangan energi adalah salah satu gangguan atau hambatan yang tidak bisa dihindari pada suatu aliran air, sehingga menyebabkan aliran menjadi tidak normal. Usaha yang perlu dilakukan adalah meminimalisir kehilangan energi dengan perencanaan yang matang. Penelitian ini ingin mengetahui besar kehilangan energi pada pipa uji jenis polivinil chlorida (PVC) dengan merancang alat ukur kehilangan energi dengan mencontoh fluid friction apparatus yang ada di Politeknik Negeri Semarang (POLINES). Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah besar kehilangan energi pada pipa lurus dengan diameter konstan (½ “dan ¾ “) dan pipa lurus mengalami perubahan penampang (½ “ke ¾ “ dan ¾ “ke ½ “). Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi eksperimen laboratorium. Variabel bebasnya adalah perubahan penampang pipa dan panjang pipa sedangkan variabel terikatnya adalah kehilangan energi. Metode pengumpulan data menggunakan observasi atau pengamatan dengan tabel rancangan pengamatan. Analisis data yang digunakan adalah metode deskripsi. Hasil analisis: (a). pada pipa lurus ½ “ berdiameter konstan didapatkan rata-rata kecepatan (V) sebesar 2.0912 m/dt, rata-rata kehilangan energi (hf) teori sebesar 0.3499 meter dan kehilangan energi manometer (hf) 0.172 meter. (b). Pada pipa lurus ¾ “ rata-rata kecepatan (V) 1.1032 m/dt, rata-rata kehilangan energi (hf) teori 0.07655 m dan kehilangan energi (hf) manometer 0.0343 m. (c) Perubahan penampang pipa ekspansi rata-rata kecepatan (V) 3.0535 m/dt, rata-rata kehilangan (hf) teori 0.1446 m dan kehilangan energi (hf) manometer 0.126 m. (d). Perubahan penampang pipa kontraksi rata-rata kecepatannya (V) 2.4322 m/dt. Rata-rata kehilangan energi (hf) teori 0.1327 m, dan kehilangan energi (hf) manometer 0.139 m. Hasil analisis pada pipa lurus ½ ” da ¾ ” dianggap bahwa besarnya kehilangan energi pada pipa lurus sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran. Pada pengujian pipa lurus mengalami perubahan penampang terjadi perbedaan kecepatan aliran dan kehilangan energi yang membentuk garis lurus yang ditunjukan pada grafik yang berarti bahwa kehilangan energi sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran air dan perubahan penampang (koefisien perubahan penampang). Secara keseluruhan ada perbedaan kehilangan energi hasil pengamatan manometer dengan kehilangan energi analisis teori, yang dimungkinkan karena faktor sesitifitas alat dan proses pengamatan selama pengukuran. Saran yang diajukan adalah hendaknya alat di sempurnakan lagi untuk mendapatkan ketepatan pengukuran yang lebih baik. Panjang pipa dan diameter pipa merupakan salah satu parameter yang menyebabkan kehilangan energi, untuk meminimalisir perlu perencanaan dan penataan jaringan pipa yang disesuaikan kebutuhan.

1

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Sistem jaringan pipa merupakan komponen utama dari sistem distribusi air bersih atau air minum suatu perkotaan. Dalam perkembanganya sistem instalasi pipa memerlukan pengawasan dan perawatan yang kontinyu, hal ini untuk mengurangi kerugian-kerugian akibat kondisi instalasi yang salah satunya dipengaruhi umur pipa. Permasalahan-permasalahan yang sering timbul akibat kurangnya perawatan dan umur pipa antara lain : a) kebocoran, b) lebih sering terjadi kerusakan pipa atau komponen lainnya, c) besarnya tinggi energi yang hilang dan d) penurunan tingkat layanan penyediaan air bersih untuk konsumen (Kodoatie, 2002: 262). Permasalahan-permasalahan di atas diperparah lagi dengan meningkatnya sambungan-sambungan baru di daerah permukiman maupun industri dengan tanpa memperhatikan kemampuan ketersediaan air dan kemampuan sistem jaringan air minum tersebut.

Jaringan pipa air bersih atau instalasi air bersih adalah suatu jaringan pipa yang digunakan untuk mengalirkan atau mendistribusikan air ke masyarakat. Aliran terjadi karena adanya perbedaan tinggi tekanan dikedua tempat, tekanan terjadi karena adanya perbedaan elevasi muka air atau karena digunakannya pompa yang lebih sering untuk mengalirkan air dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi. Penggunaan pompa dapat pula bertujuan untuk mengurangi adanya faktor gesekan antara aliran air dengan dinding basah pipa yang timbul di sepanjang saluran pipa sebagai akibat adanya viskositas cairan. Pada saat ini, masih banyak digunakan pipa besi (galvanis ) dan pipa jenis polivinil chlorida (PVC) oleh masyarakat, pipa-pipa tersebut tersedia dipasaran dengan berbagai merek baik yang diproduksi oleh industri dalam negeri maupun dari produk impor. Penggunaan pipa oleh masyarakat tentunya dengan berbagai pertimbangan sesuai dengan kebutuhan, misalnya : saluran pipa harus lebih tahan terhadap korosi, tahan terhadap temperatur tinggi, tidak mudah pecah atau bocor dan mudah dipasang secara flexible.

Salah satu gangguan atau hambatan yang sering terjadi dan tidak dapat diabaikan pada aliran air yang menggunakan pipa adalah kehilangan energi akibat gesekan dan perubahan penampang atau pada tikungan serta gangguan–gangguan lain yang mengganggu aliran normal. Hal ini menyebabkan aliran air semakin lemah dan mengecil. Perencanaan sistem distribusi air didasarkan pada 2 (dua) faktor utama yaitu kebutuhan air dan tekanan (Brebbia & Ferrante, 1983 dalam Triatmojo 1996 : 58). Kebutuhan air yang harus dipenuhi akan menentukan ukuran dan tipe sistem distribusi yang di inginkan misalnya dipakai kebutuhan 125 liter / orang untuk suatu jaringan, maka kita harus merencanakan debit dan tekanan yang akan diberikan. Sedangkan tekanan menjadi penting karena tekanan rendah akan mengakibatkan masalah dalam distribusi jaringan pipa, namun bila tekanan besar akan memperbesar kehilangan energi. (Triatmojo 1996 : 58). Kehilangan energi adalah besar tingkat kehilangan energi yang dapat mengakibatkan berkurangnya kecepatan aliran air dalam saluran. Secara umum kehilangan energi dikelompokan menjadi 2 (dua) :

2

1.1.1. Kehilangan energi akibat gesekan.

Kehilangan energi akibat gesekan disebut juga kehilangan energi primer (Triatmojo, 1996 : 58) atau major loss (Kodoatie 2002 : 245). Terjadi pada pipa lurus berdiameter konstan.

1.1.2. Kehilangan energi akibat perubahan penampang dan aksesoris lainnya.

Kehilangan energi akibat perubahan penampang dan aksesoris lainnya disebut juga kehilangan energi skunder (Triatmojo 1996 : 58) atau minor loss (Kodoatie 2002 : 245). Misalnya terjadi pada pembesaran tampang (expansion), pengecilan penampang (contraction), belokan atau tikungan. Pemakaian jaringan pipa dalam bidang teknik sipil terdapat pada sistem distribusi jaringan air minum. Sistem jaringan ini merupakan bagian yang paling mahal dari suatu perusahaan air minum. Oleh karena itu harus dibuat perencanaan yang teliti untuk mendapatkan sistem distribusi yang efisien. Jumlah atau debit air yang disediakan tergantung pada jumlah penduduk dan industri yang dilayani, serta perlu diperhitungkan pertumbuhannya dimasa yang akan datang. Dalam perencanaan jaringan pipa air bersih di tentukan oleh kebutuhan air dan tekanan aliran yang diperlukan. Tekanan akan menimbulkan energi aliran, tekanan kecil akan mengakibatkan masalah dalam distribusi, sedang bila tekanan besar akan mempertinggi kehilangan energi. Perlunya penelitian mengenai kehilangan energi pada pipa lurus maupun adanya perubahan penampang terutama pada pipa jenis polivinil chlorida (PVC) berdiameter ½ “dan ¾”, hal ini mengingat pipa jenis ini masih banyak dipergunakan pada pemukiman penduduk maupun industri. Selain itu pipa jenis PVC sangatlah berbeda dengan pipa jenis lainya sehingga sangat dibutuhkan informasi tentang berapa besar kehilangan energi pada pipa jenis ini.

1.2 Permasalahan

Selama ini pada jaringan yang luas membutuhkan pipa yang banyak dan mungkin berbeda diameternya, hal ini tentu diperlukan kecermatan dalam perencanaan dan penelitian terlebih dahulu. Salah satu yang harus diketahui dalam perencanaan jaringan pipa adalah besarnya kehilangan energi yang terjadi pada saluran atau pipa yang akan digunakan, sehingga meminimalisir kerugian – kerugian yang akan terjadi. Oleh karena itu dalam penelitian ini peneliti merumuskan suatu permasalahan berapa besar kehilangan energi pada pipa lurus dan adanya perubahan penampang khususnya pada saluran pipa jenis PVC merk maspion dengan diameter ½ inchi dan ¾ inchi.

1.3. Batasan Masalah

Pada saluran pipa lurus dan panjang akan membutuhkan jaringan pipa yang banyak, hal ini dikarenakan panjang pipa di pasaran terbatas. Rangkaian pipa lurus belum tentu diameter selalu sama, pada kondisi tertentu akan diperlukan rangkaian dengan diameter berbeda. Dalam penelitian ini peneliti membatasi masalah yang akan di teliti yaitu meneliti kehilangan energi pada pipa lurus (diameter konstan dengan diameter ½ “ dan ¾ “) dan kehilangan energi pada pipa yang mengalami perubahan

3

penampang (ekspansi ½” ke ¾” dan kontraksi ¾” ke ½”). Jenis pipa yang digunakan adalah pipa polivinil chlorida (pvc), pada perubahan penampang dipakai sambungan yang ada di pasaran yaitu keni membesar dan keni mengecil.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kehilangan energi pada pipa lurus dengan diameter konstan dan kehilangan energi akibat perubahan penampang pada saluran pipa jenis PVC merk maspion berdiameter ½ inchi dan ¾ inchi.

1.5 Manfaat Penelitian

1.5.1 Manfaat langsung dari penelitian ini memperdalam pengetahuan dalam bidang hidrolika, khususnya tentang kehilangan energi pada instalasi pipa lurus dengan diameter konstan dan kehilangan energi pada perubahan penampang pada saluran pipa jenis PVC.

1.5.2 Mengetahui nilai kehilangan energi pada pipa PVC khususnya pada pipa dengan perlakuan lurus dan mengalami perubahan penampang.

1.5.3 Mendapatkan informasi atau gambaran terhadap konsep-konsep yang ada pada pengaliran fluida cair terutama mengenai kehilangan energi.

BAB II. LANDASAN TEORI

2.1 Aliran pada Saluran Pipa

Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh (Triatmojo 1996 : 25). Fluida yang di alirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair di dalam pipa tidak penuh maka aliran termasuk dalam aliran saluran terbuka atau karena tekanan di dalam pipa sama dengan tekanan atmosfer (zat cair di dalam pipa tidak penuh), aliran temasuk dalam pengaliran terbuka. Karena mempunyai permukaan bebas, maka fluida yang dialirkan dalah zat cair. Tekanan dipermukaan zat cair disepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer. Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan aliran pada pipa adalah adanya permukaan yang bebas yang (hampir selalu) berupa udara pada saluran terbuka. Jadi seandainya pada pipa alirannya tidak penuh sehingga masih ada rongga yang berisi udara maka sifat dan karakteristik alirannya sama dengan aliran pada saluran terbuka (Kodoatie, 2002: 215). Misalnya aliran air pada gorong-gorong. Pada kondisi saluran penuh air, desainnya harus mengikuti kaidah aliran pada pipa, namun bila mana aliran air pada gorong-gorong didesain tidak penuh maka sifat alirannya adalah sama dengan aliran pada saluran terbuka. Perbedaan yang lainnya adalah saluran terbuka mempunyai kedalaman air (y), sedangkan pada pipa kedalam air tersebut ditransformasikan berupa (P/y). Oleh karena itu konsep analisis aliran pada pipa harus dalam kondisi pipa terisi penuh dengan air. Zat cair riil didefinisikan sebagi zat yang mempunyai kekentalan, berbeda dengan zat air ideal yang tidak mempunyai

4

kekentalan. Kekentalan disebabkan karena adanya sifat kohesi antara partikel zat cair. Karena adanya kekentalan zat cair maka terjadi perbedaan kecepatan partikel dalam medan aliran. Partikel zat cair yang berdampingan dengan dinding batas akan diam (kecepatan nol) sedang yang terletak pada suatu jarak tertentu dari dinding akan bergerak. Perubahan kecepatan tersebut merupakan fungsi jarak dari dinding batas. Aliran zat cair riil disebut juga aliran viskos.

Aliran viskos adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas). Viskositas terjadi pada temperature tertentu. Kekentalan adalah sifat zat cair yang dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser pada waktu bergerak. Tegangan geser ini akan mengubah sebagian energi aliran dalam bentuk energi lain seperti panas, suara, dan sebagainya. Perubahan bentuk energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan energi. Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 2 (dua) macam. Apabila pengaruh kekentalan (viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair bergerak secara teratur menurut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran laminar terjadi apabila kekentalan besar dan kecepatan aliran kecil. Dengan berkurangnya pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan berubah dari laminar menjadi turbulen. Pada aliran turbulen partikel-partikel zat cair bergerak secara tidak teratur.

2.1.1 Hukum Newton tentang kekentalan zat cair

Kekentalan zat cair menyebabkan terbentuknya gaya-gaya geser antara 2 (dua ) elemen. Keberadaan kekentalan ini menyebabkan terjadinya kehilangan energi selama pengaliran atau diperlukan energi untuk menjamin adanya pengaliran. Hukum Newton (dalam Triatmojo 1996 :2) tentang kekentalan menyatakan bahwa tegangan geser antara 2 (dua) partikel zat cair yang berdampingan adalah sebanding dengan perbedaan kecepatan dari kedua partikel (gradien kecepatan).

Gambar 1 . Definisi tegangan geser

Pada permukaan antara dinding batas dan aliran zat cair juga terjadi tegangan geser dengan arah berlawanan dengan arah aliran. Tegangan geser pada dinding batas ini cukup besar karena gradien kecepatan didaerah tersebut sangat besar.

2.1.2 Aliran Laminer dan Turbulen

5

Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 2 (dua) tipe yaitu aliran laminer dan tubulen. Dalam aliran laminer partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikuti lintasan yang saling sejajar. Aliran ini terjadi apabila kecepatan kecil dan atau kekentalan besar. Pengaruh kekentalan adalah sangat besar sehingga dapat meredam gangguan yang dapat menyebabkan aliran menjadi turbulen. Dengan berkurangnya kekentalan dan bertambahnya kecepatan aliran maka daya redam terhadap gangguan akan berkurang, yang sampai pada suatu batas tertentu akan menyebabkan terjadinya perubahan aliran dari laminer ke turbulen. Pada aliran turbulen gerak partikel-partikel zat cair tidak teratur. Aliran ini terjadi apabila kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil.

2.1.3 Percobaan Osborn Reynolds

Pada tahun 1884 Osborn Reynolds (dalam Triatmojo 1996 : 3) melakukan percobaan untuk menunjukan sifat-sifat aliran laminer dan aliran turbulen. Alat yang digunakan terdiri dari pipa kaca yang dapat melewatkan air dengan berbagai kecepatan (gambar 2). Aliran tersebut diatur oleh katub A. Pipa kecil B yang berasal dari tabung berisi zat warna C. Ujung yang lain berada pada lobang masuk pipa kaca.

Gambar 2. Alat Osborn Reynolds

Reynolds menunjukan bahwa untuk kecepatan aliran yang kecil di dalam aliran kaca, zat warna akan mengalir dalam suatu garis lurus seperti benang yang sejajar dengan sumbu pipa. Apabila katub dibuka sedikit demi sedikit, kecepatan akan bertambah besar dan benang warna mulai berlubang yang akhirnya pecah dan menyebar pada seluruh aliran dalam pipa (Gambar 3).

Gambar 3. Aliran Laminer (a), Kritik (b), dan Turbulen (c)

Menurut Reynolds, ada tiga faktor yang mempengaruhi keadaan aliran yaitu kekentalan zat cair μ (mu), rapat masa zat cair ρ (rho), dan diameter pipa D. Berdasarkan pada percobaan aliran di dalam pipa, reynolds menetapkan bahwa untuk angka Reynolds dibawah 2000, gangguan aliran dapat diredam oleh kekentalan zat cair, dan aliran pada kondisi tersebut adalah laminer. Aliran akan turbulen apabila angka Reynolds lebih

6

besar dari 4000. Apabila angka Reynolds berada diantara kedua nilai tersebut 2000<Re<4000 aliran adalah transisi. Angka Reynolds pada kedua nilai di atas (Re =2000 dan Re = 4000) disebut dengan batas kritik bawah dan atas.

2.1.4 Hukum Tekanan Gesek

Reynolds menetapkan hukum tekanan gesek (dalam Triatmojo 1996 : 5) dengan melakukan pengukuran kehilangan energi di dalam beberapa pipa dengan panjang berbeda dan untuk berbagai debit aliran. Percobaan tersebut memberikan hasil berupa suatu grafik hubungan antara kehilangan energi f h dan kecepatan aliran V. Gambar 4 menunjukan kedua hubungan tersebut yang dibuat dalam skala logaritmik untuk diameter tertentu.

Gambar 4. grafik kehilangan energi – kecepatan

Bagian bawah dari grafik merupakan garis lurus, dengan kemiringan 45°, yang menunjukan bahwa hf sebanding dengan V, yang merupakan sifat aliran laminer. Sedang bagian atas merupakan garis lurus dengan kemiringan n, dengan n antara 1,75 dan 2,0 yang tergantung pada nilai Re dan kekasaran. Hal ini menunjukan bahwa hf sebanding dengan V n , nilai pangkat yang besar berlaku untuk pipa kasar sedang yang kecil untuk pipa halus. Dari grafik tersebut terlihat bahwa kehilangan energi pada aliran turbulen lebih besar dari aliran laminer. Hal ini disebabkan karena adanya turbulensi yang dapat memperbesar kehilangan energi.

2.1.5 Aliran Laminer Dalam Pipa

Dalam aliran laminer partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikiuti lintasan yang saling sejajar. Aliran laminer lebih mudah terjadi bila kecepatan aliran relatif kecil sedangkan viskositas cairan besar dan pengaruh kekentalan cukup dominan dibandingkan dengan kecepatan aliran, sehingga partikel-partikel zat cair akan bergerak teratur menurut lintasan lurus (Triatmojo 1996 : 6).

Secara matematis aliran laminer akan terjadi bila perbandingan momentum dan gaya viskous ada di bawah 2000, atau yang lebih dikenal dengan bilangan Reynold (Re) < 2000. Bilangan Reynold (Re) dapat ditulis dalam bentuk rumus sebagai berikut:

7

dengan V = kecepata rerata, D = diameter pipa, ν = kekentalan kinematik.

Satu hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa aliran laminar tidak dipengaruhi oleh bidang batas atau kekasaran dinding. Gambar 2.6 menunjukan distribusi kecepatan dan tegangan geser didalam pipa lingkaran. Tegangan geser pada dinding pipa biasanya diberi notasi τo .

Gambar 5. Distribusi kecepatan dan tegangan geser (Triatmojo 1996 : 12)

2.1.6 Aliran Turbulen dan Tegangan Reynolds

Turbulensi adalah gerak partikel zat cair yang tidak teratur dan sebarang dalam waktu dan ruang. Turbulensi ditimbulkan oleh gaya-gaya viskos dan gerak lapis zat cair yang berdampingan pada kecepatan berbeda. Aliran turbulen akan terjadi pada bilangan reynold (Re) lebih besar dari 4000. Analisa teoritis persamaan kehilangan energi pada aliran turbulen (Re > 4000) akan lebih sulit dibandingkan yang terjadi pada aliran laminer. Hal ini disebabkan adanya ketidakteraturan aliran turbulen. Faktor gesekan f dapat diturunkan secara matematis untuk aliran laminer, tetapi belum ada hubungan matematis yang sederhana untuk aliran turbulen. Menurut Reynald V Gilles dalam Bambang Triatmojo (1996 : 58), untuk pipa-pipa halus dan kasar hukum-hukum tahanan universal dapat diturunkan dari :

dengan : f = faktor gesek

τo = tegangan geser pada dinding pipa.

ρ = kerapatan air (density)

V = kecepatan aliran

2.1.7 Kekasaran Permukaan

Menurut Triatmojo 1996, Pada zat cair ideal aliran melalui bidang batas mempunyai distribusi kecepatan merata. Sedang pada zat cair riil, karena adanya

8

pengaruh kekentalan, kecepatan di daerah dekat bidang batas mengalami perlambatan dan pada bidang batas kecepatan adalah nol. Lapis zat cair di dekat bidang batas dimana pengaruh kekentalan dominan disebut dengan lapis batas. Konsep adanya sub lapis laminer di dalam lapis batas pada aliran turbulen dapat digunakan untuk menjelaskan perilaku kekasaran permukaan. Apabila permukaan bidang batas dibesarkan, akan terlihat bahwa permukaan tersebut tidak halus seperti yang ditunjukan dalam gambar 6. Tinggi efektif ketidakteraturan permukaan yang membentuk kekasaran disebut dengan tinggi kekasaran k. Perbandingan antara tinggi kekasaran dan jari-jari hidraulis (k/R) atau diameter pipa (k/D) disebut dengan kekasaran relatif.

Gambar 6. Pengaruh kekasaran pada sub lapis

2.2 Kehilangan Energi (head losses)

Zat cair yang ada di alam ini mempunyai kekentalan, meskipun demikian dalam berbagai perhitungan mekanika fluida ada yang dikenal atau dianggap sebagai fluida ideal. Menurut Triatmojo (1993), adanya kekentalan pada fluida akan menyebabkan terjadinya tegangan geser pada waktu bergerak. Tegangan geser ini akan merubah sebagian energi aliran menjadi bentuk energi lain seperti panas, suara dan sebagainya. Pengubahan bentuk energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan energi. Secara umum didalam suatu instalasi jaringan pipa dikenal dua macam kehilangan energi :

2.2.1 Kehilangan energi akibat gesekan

Kehilangan energi akibat gesekan disebut juga kehilangan energi primer (Triatmojo 1996 : 58) atau major loss (Kodoatie 2002 : 245). Terjadi akibat adanya kekentalan zat cair dan turbulensi karena adanya kekasaran dinding batas pipa dan akan menimbulkan gaya gesek yang akan menyebabkan kehilangan energi disepanjang pipa dengan diameter konstan pada aliran seragam. Kehilangan energi sepanjang satu satuan panjang akan konstan selama kekasaran dan diameter tidak berubah.

2.2.2 Kehilangan energi akibat perubahan penampang dan aksesoris lainnya.

Kehilangan energi akibat perubahan penampang dan aksesoris lainnya disebut juga kehilangan energi sekunder (Triatmojo 1996 : 58) atau minor loss (Kodoatie 2002 : 245). Misalnya terjadi pada pembesaran tampang (expansion), pengecilan penampang (contraction), belokan atau tikungan. Kehilangan energi sekunder atau minor loss ini

9

akan mengakibatkan adanya tumbukan antara partikel zat cair dan meningkatnya gesekan karena turbulensi serta tidak seragamnya distribusi kecepatan pada suatu penampang pipa. Adanya lapisan batas terpisah dari dinding pipa maka akan terjadi olakan atau pusaran air. Adanya olakan ini akan mengganggu pola aliran laminer sehingga akan menaikan tingkat turbulensi.

2.3 Pipa halus.

Koefisien gesekan pipa tergantung pada parameter aliran (Triatmojo 1996 : 31), apabila pipa adalah hidrolis halus parameter tersebut adalah kecepatan aliran diameter pipa dan kekentalan zat cair dalam bentuk angka reynolds. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Blasius, dia mengemukakan rumus gesekan f untuk pipa halus dalam bentuk:

berlaku untuk 4000 < Re < 105

2.4 Pipa Kasar

Tahanan pada pipa kasar lebih besar dari pada pipa halus, untuk pipa halus nilai f hanya tergantung pada angka Reynolds. Untuk pipa kasar nilai f tidak hanya tergantung angka Reynolds, tetapi juga pada sifat-sifat dinding pipa yaitu kekasaran relatif k/D, atau f =φ (Re,k / D) dengan k = kekasaran dinding pipa, D = diameter pipa. Nikuradse (dalam Triatmojo 1996 :36) melakukan percobaan tentang pengaruh kekasaran pipa. Percobaan tersebut meliputi daerah aliran laminer dan turbulen sampai pada angka Reynolds Re = 106 , dan untuk enam kali percobaan dengan nilai k/D (kekasaran relatif) yang bervariasi antara 0.0333 sampai 0.000985.

2.5 Perubahan penampang pipa

Disamping adanya kehilangan energi akibat gesekan, terjadi pula kehilangan energi yang disebabkan oleh perubahan penampang pipa. Pada pipa panjang kehilangan energi akibat gesekan biasanya jauh lebih besar dari pada kehilangan energi akibat perubahan penampang, sehingga pada keadaan tersebut kehilangan energi akibat perubahan penampang dapat diabaikan. Pada pipa pendek kehilangan energi akibat perubahan penampang harus diperhitungkan.

10

BAB III. METODE PENELITIAN

3.1. Metode Penentuan Obyek Penelitian

Metode merupakan suatu cara yang digunakan peneliti untuk menyelesaikan suatu permasalahan. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi eksperimen laboratorium.

3.1.1. Variabel Penelitian

3.1.1.1 Variabel bebas

Variabel bebas dalam penelitian ini adalah Perubahan penampang pipa dan panjang pipa.

3.1.1.2 Variabel terikat

Variabel terikat dalam penelitian ini adalah Kehilangan energi aliran air dalam pipa uji.

3.2. Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode observasi atau pengamatan. Untuk memudahkan pengambilan data saat pengamatan, maka dibuat tebel rancangan pengamatan sebagai berikut :

Tabel .1 Tabel rancangan pengamatan penelitian

3.2.1 Teknik Pengumpulan Data

Untuk memperoleh data yang dilakukan dalam eksperimen pada pipa lurus dan perubahan penampang terhadap kehilangan energi dilaksanakan dengan melakukan pengamatan pada saat jalannya penelitian. Pengamatan dilaksanakan mulai dari pipa lurus baik yang berdiameter ½ “ dan ¾ “ dengan perlakuan 10 (sepuluh) kali, kemudian berturut-turut perubahan penampang yaitu pembesaran penampang ( ½ “ ke ¾ “ ) dan pengecilan penampang ( ¾ “ ke ½ “ ) dengan perlakuan 10 (sepuluh) kali. Setiap pengamatan data dimasukan ke tabel pengamatan yang telah disiapkan.

3.2.3 Bahan Penelitian

3.2.3.1 Pipa lurus jenis pipa PVC diameter ½ “ dan ¾ “.

11

3.2.3.2 Pengecilan penampang jenis pipa PVC dengan pengecilan diameter pipa dari diameter ¾” ke ½” (kontraksi).

3.2.3.3 Pembesaran penampang jenis pipa PVC dengan pembesaran diameter pipa dari diameter ½” ke ¾” (ekspansi).

3.2.4 Alat Penelitian

Alat-alat yang dipakai selama penelitian :

3.2.4.1 Alat ukur kehilangan energi.

Alat ukur kehilangan energi adalah rangkaian alat yang digunakan untuk mengukur kehilangan energi, bagian-bagian dari fluid friction apparatus :

Gambar 7. Alat Ukur Kehilangan Energi

1. Bak utama (stump tank), bak perputaran air.

2. Pompa merk shimizu daya 125 watt, Pompa air dengan daya tinggi

tekan 35 meter, debit pompa 25 liter/menit

3. Bak penampung, tendon air untuk menyimpan air selama penelitian.

4. Tabung venture untuk menstabilkan aliran air yang menuju pipa uji.

5. Papan manometer untuk mengetahui kehilangan energi

6. Bak pengukur debit (Aquifer), untuk mengukur debit dan volume

cairan selama pengaliran.

7. Jaringan pipa uji, jaringan pipa bisa diganti atau dirombak sesuai kebutuhan penelitian.

12

3.3 Prosedur Kerja

3.3.1 Persiapan Penelitian

1). Menyiapkan instrumen yang akan digunakan.

2). Memeriksa kondisi pipa dan kran serta selang.

3). Memasang instalasi pipa.

3.3.2 Pelaksanaan Penelitian

1). Tutup semua sock (kran) pada pipa yang terhubung dengan tabung venturi (pipa uji).

2). Tekan tombol listrik dan buka kran air akan keluar dari alat over low (pipa aliran).

3). Buka kran pada pipa yang akan di teliti misalnya pada kran (1) dan (2) dan konstantakan aliran beberapa menit agar udara keluar.

4). Jika ada gelembung udara di dalam selang manometer tidak sama tarik sambungan dan alirkan, udara akan keluar dari selang sehingga selang terisi penuh air.

5). Bila udara dan gelembung sudah keluar, semua tinggi tekanan pada manometer akan rata. Bila satu sama lain belum rata ulangi lagi pekerjaan tadi.

6). Ukur debit masing-masing sepuluh kali dan diambil harga rata-ratanya.

7). Ukur tinggi air di tabung manometer setiap pengukuran.

8). Ukur suhu air setiap pengukuran dengan alat thermometer yang sudah dicelupkan pada bak penampung air.

9). Ukur sisi panjang dan lebar bak ukur pengukur debit dengan memakai mistar ukur.

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Penelitan tentang Pengaruh Perubahan Penampang Terhadap Kehilangan Energi pada Pipa Polivinil Chlorida (PVC) dilaksanakan di Laboratorium Hidrolika Teknik Sipil Universitas Negeri Semarang. Diameter saluran yang diteliti adalah pipa lurus dengan diameter ½ “, pipa lurus dengan diameter ¾ “, pipa dengan pembesaran penampang (ekspansi) dari diameter ½ “ ke diameter ¾ “, pipa dengan pengecilan penampang (kontraksi) dari diameter ¾ “ ke diameter ½ “. Adapun hasil penelitian berisi data kehilangan energi serta analisis data akan ditampilkan dalam bentuk tabel dan gambar.

13

4.1.1 Data Penelitian

Dari hasil pengujian pipa polivinil chlorida (pvc) dengan berbagai diameter ( ½ “ dan ¾ “ ), pembesaran diameter ( ½ “ ke ¾ “ ) dan pengecilan diameter ( ¾ “ ke ½ “ ) dalam penelitian ini diperoleh tinggi tekanan pada manometer (ha dan hb) dalam meter (m), luas penampang pipa (Ao) dalam meter persegi (m2), waktu (T) pada saat aliran terjadi dalam detik (dt), temperatur untuk mengetahui suhu air dalam derajat celcius (oc), tinggi bejana yang terisi dengan air dalam meter (m), luas bejana yang terisi dengan air dalam meter (m). Hasil penelitian dapat dilihat pada tabel.

Tabel 2. Data Pengujian pipa lurus diameter ½ “

4.1.2 Analisis Data

Untuk keperluan analisis data hasil penelitian maka data hasil pengukuran ditabulasikan dan dibuat grafik-grafik perbedaan antar perlakuan. Penyimpulan hasil penelitian dengan cara mendiskripsikan hasil pengamatan terhadap grafikgrafik perbedaan yang diperoleh tersebut, yang diperkuat dengan prosentase perbedaannya. Hasil dari analisis data berisi tentang debit aliran air (Q) dalam meter kubik per detik (m³/dt), kecepatan aliran (V) dalam meter per detik (m/dt) dan kehilangan energi dalam meter (m). Data kehilangan energi diperoleh dari praktikum yaitu dengan mengurangi tinggi tekanan pada menometer awal (ha) dengan tinggi tekanan pada manometer akhir (hb) dan dari analisis teoritis. Berikut ini akan diberikan tiga contoh perhitungan analisis data yaitu perhitungan analisis data pada uji pipa lurus, analisis data pada uji pipa lurus yang mengalami pembesaran penampang (ekspansi), analisis data pada uji pipa lurus yang mengalami pengecilan penampang (kontraksi).

14

4.1.2.1 uji pipa lurus

Dari pengambilan data diperoleh tinggi tekanan pada manometer awal (ha) 0.975, tinggi tekanan pada manometer akhir (hb) 0.800, pipa uji dengan diameter ½ “ (1.275 cm) dan panjang pipa 0.85 m, luas penampang pipa (Ao) 0.0001276, waktu aliran 30 detik, temperature air pada saat penelitian 25 0c yang berarti kekentalan kinematiknya 0.9055 x 10-6 , tinggi bejana yang terisi air 0.025 meter, luas bejana (A) 0.325 meter.

Contoh perhitungan :

a. Kehilangan energi praktikum

hf = ha – hb

hf = 0.975 - 0.800

= 0.175 m

b. Kehilangan energi teori

Pertama kali diselidiki tipe aliran

Debit aliran :

Kecepatan aliran :

Angka Reynolds :

yang berarti tipe aliran adalah turbulen, koefisien gesekan dihitung dengan rumus :

15

persamaan di atas diselesaikan dengan coba banding untuk mendapatkan nilai f , dan hasilnya adalah f = 0.0235

Kehilangan energi

Data lengkap hasil analisis data kehilangan energi pada saluran pipa pilivinil chlorida (PVC) diameter ½”

Tabel 3. Hasil analisis data kehilangan energi pada saluran pipa diameter ½ “

seksi uji 1. jenis polivinil chloride(PVC).

4.2 Pembahasan

Adapun pembahasan dari hasil analisis data penelitian dengan judul Pengaruh Perubahan Penampang Saluran Terhadap Kehilangan Energi Pada Saluran Pipa Jenis Polivinil Chlorida (PVC) adalah sebagai berikut :

4.2.1 Kehilangan Energi pada Pipa Lurus Diameter ½“

Dari hasil penelitian ini didapat rata-rata kecapatan aliran sebesar 2.0912 m/dt. yang mengalami kehilangan energi rata-rata dari pengamatan manometer sebesar 0.17220 meter, dan rata-rata kehilangan energi dari analisis teori sebesar 0.3499 meter ( Tabel 4.5 ). Adapun hubungan antara kecepatan aliran dengan kehilangan energi dari analisis data di atas (Tabel 4.5) dapat dilihat pada gambar 8:

16

Gambar 8. Hubungan antara kecepatan aliran dengan kehilangan energi pada pipa lurus diameter ½ “.

Dari hasil analisis diatas dianggap bahwa besarnya kehilangan energi pada pipa lurus sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran, semakin besar kecepatan aliran yang melalui pipa tersebut kehilangan energi semakin besar juga. Hal ini sesuai dengan pendapat Bambang Triatmodjo (1996:58) bahwa kehilangan energi pada pipa lurus berdiameter konstan sangat dipengaruhi oleh gesekan. Gesekan terjadi karena adanya kecepatan aliran yang menyebabkan kehilangan energi disepanjang pipa dengan diameter konstan. Koefisien gesekan pipa tergantung pada parameter aliran, apabila pipa adalah hidrolis halus parameter tersebut adalah kecepatan aliran, diameter pipa dan kekentalan zat cair dalam bentuk angka reynolds.

BAB V. PENUTUP

5.1 Simpulan

5.1.1 Pada pengujian pipa ½ ” diketahui rata – rata kecepatan aliran sebesar 2.1252 m/dt yang mengalami kehilangan energi 0.36064 meter. Dan kecepatan aliran 2.0402 m/dt dengan mengalami kehilangan energi 0.33379 meter.

5.1.2 Pada pengujian pipa ¾ ” diketahui rata – rata kecepatan aliran sebesar 1.0579 m/dt yang mengalami kehilangan energi 0.07352 meter. Dan kecepatan aliran 1.1334 m/dt dengan kehilangan energi 0.07857 meter.

5.1.3 Pada pengujian pipa ekspansi ½ “ ke ¾ “ diketahui rata – rata kecepatan aliran sebesar 3.0535 m/dt yang mengalami kehilangan energi 0.1446 m.

5.1.4 Pada pengujian pipa kontraksi ¾ “ ke ½ ” diketahui rata – rata kecepatan aliran sebesar 2.4322 m/dt yang mengalami kehilangan energi 0.1327 m.

5.1.5 Pada pengujian pipa lurus mengalami perubahan penampang terjadi perbedaan kecepatan aliran dan kehilangan energi yang membentuk persamaan garis linier yang

17

berarti bahwa kehilangan energi sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran air dan perubahan penampang (koefisien perubahan penampang).

5.1.6 Ada perbedaan kehilangan energi hasil pengamatan manometer dengan kehilangan energi analisis teori, pada pipa ½” kehilangan energi manometer 0,172 m dan teori 0,3499 m sehingga besarnya perbedaan 0.1777 m atau 50,78 % dari kehilangan energi secara teori.

5.2 Saran – saran

5.2.1 Hendaknya alat di sempurnakan lagi untuk mendapatkan ketepatan pengukuran yang lebih baik, terutama pada :

Limpasan air pada tabung penampung air yang harus diturunkan. Aquaifer perlu dilengkapi dengan tabung pengamatan. Pemasangan jaringan pipa dan kran manometer perlu ketelitian.

5.2.2 Untuk mengetahui lebih detail tentang pengaruh kecepatan aliran terhadap kehilangan energi perlu dilakukan penelitian lebih lanjut, terutama dengan mengatur tekanan aliran air sehingga kecepatan aliran dapat diatur sesuai dengan tujuanpenelitian.

5.2.3 Hendaknya penelitian ini dikembangkan lebih lanjut, misalnya untuk mengetahui kecepatan aliran dan kehilangan energi dengan variasi pipa vertikal dan pipa bercabang banyak.

18

DAFTAR PUSTAKA

Arikunto, Suharsimi. 1998. Prosedur Penelitian Suatu pendekatan Praktek.

Jakarta: Rineka Cipta.

Triadmojo, Bambang. 1996. Hidrolika I. Yogyakarta: Beta Offset.

…………………….. 1996. Hidrolika II. Yogyakarta: Beta Offset.

Kodoatie, Robert. 2002. Hidrolika Terapan, Aliran Pada Saluran Terbuka dan

Pipa. Yogyakarta : Andi Offset.

Streeter, Victor L dan Wylie, Benjamin E. 1999. Mekanika Fluida Jilid 1.

Terjemahan Arko Prijono . Jakarta: Erlangga

………..………………………………….. 1991. Mekanika Fluida Jilid 2.

Terjemahan Arko Prijono. Jakarta: Erlangga

Krist, Thomas. 1991. Hidraulika (Terjemahan Dines Ginting). Jakarta: Erlangga

Sudjana. 1992. Metoda Statistik. Bandung : Tarsito.

19