Vol. 1, No. 1, November 2009 ISSN : 2085-8817

DINAMIKA Jurnal Ilmiah Teknik Mesin

17

PENGARUH PERUBAHAN ALIRAN TERHADAP KOEFISIEN KERUGIAN

Salimin Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Haluoleo, Kendari

E-mail : mt.salimin@yahoo.com

Abstrak

Aliran gabungan dan percabangan adalah suatu proses tak mampu balik di mana didalam aplikasi teknis akan dapat menurunkan kemampuan kerja .Dengan jalan mengukur kerugian tekanan pada aliran gabungan dan percabangan maka diperoleh kerugian head dan koefisien kerugian. Bentuk penelitian yang dilakukan adalah dengan menggunakan 3 jenis ukuran pipa dengan variasi Bilangan Reynolds(Re) 16954 sampai 44801 . hasil penelitian menunjukkan bahwa aliran percabangan total Koefisien kerugian Ktot(12,7mm) = (3,982-0,734), Ktot(19,1mm)=(6,302-0,455), Ktot(25,4mm)=(8,664-2,098).; aliran pertemuan:Total koefisien kerugian Ktot(12,7mm) = (2.176 - 0.164) Ktot(19,1mm) = (2.176 - 0.164) Ktot (25,4mm) = (2.366 - 0.472 )

Abstract

The combination and branching flow is a irreversible process in which the irreversibility in technical application will decrease the system performance.The way to discover the pressure loss at the combination and branching flow is by measuring the head loss and coefficient of loss. The experiment used 3 kinds of pipe with the variation of Reynolds (Re) from 16954 to 44801. The results of the study indicate the branching flow: Total coefficient of loss , Ktot(12,7mm) = (3,982-0,734), Ktot(19,1mm)=(6,302-0,455), Ktot(25,4mm)=(8,664-2,098). meeting flow; total coefficient loss, Ktot(12,7mm) = (2.176 - 0.164) Ktot(19,1mm) = (2.176 - 0.164) Ktot (25,4mm) = (2.366 - 0.472 ) Keywods : coefficient of loss, Reynolds Number, combination and branching flow 1. Pendahuluan

Dalam rangka memenuhi kebutuhan manusia dan industri tentang penggunaan air bersih ,maka dibutuhkan alat atau media guna mendistribusikan air tersebut diantaranya penggunaan pipa.

Pada th 1850 seorang peneliti berkebangsaan Jerman telah melakukan penelitian aliran dalam pipa meneliti rugi pada hulu pipa, yang kemudian dilanjutkan oleh Insinyur Perancis, Henry Darcy pada tahun 1857 yang melakukan eksperimen aliran pipa dan pertama kalinya mengungkap efek kekasaran pada hambatan pipa yang dikenal dengan persamaan Darcy-Weisbach. Kemudian Osborne Reynold melakukan eksperimen melalui pipa klasiknya pada tahun 1883 yang memperlihatkan pentingnya bilangan Reynolds dalam aliran fluida. Sambungan pipa yang berfungsi untuk membelokan, membagi aliran menjadi bercabang dan menggabungkan aliran. Penggabungan aliran fluida pada percabangan sendiri adalah suatu proses irreversibel dimana irreversibilitas ini di dalam aplikasi

teknik akan menurunkan unjuk kerja dari sistem. Selama fluida mengalir melalui pipa banyak terjadi rugi tekanan yang disebut rugi tekanan Major (Major Head loss) dan rugi tekanan Minor (Minor Head loss) (Mechanical Engineering Laboratory Spring Quarter, 2003). Kerugian Major adalah rugi tekanan yang terjadi karena gesekan fluida dengan dinding sepanjang pipa dan kerugian Minor adalah kerugian akibat fluida melewati sambungan.

Aliran turbulen mempunyai koefisien gesek yang lebih tinggi dibandingkan dengan aliran laminar, tingginya koefisien gesek berpengaruh secara langsung pada besarnya penurunan tekanan dan besarnya energi yang diperlukan untuk mengalirkan fluida (Indartono, 2006).

Apabila fluida mengalir melalui suatu percabangan maka akan terjadi separasi yang mengakibatkan terjadinya kerugian tekanan. Menurut Dwiyantoro (2004), Adanya percabangan pada aliran fluida incompressible menyebabkan terganggunya aliran

Vol. 1, No. 1, November 2009 ISSN : 2085-8817

DINAMIKA Jurnal Ilmiah Teknik Mesin

18

akibat separasi yang menyebabkan kerugian dari tekanan total.

Aliran yang terjadi pada percabangan pipa mengakibatkan aliran menjadi turbulen dan separasi, sehingga koefisien gesek menjadi tinggi dan menyebabkan penurunan tekanan yang akan berpengaruh pada energi yang dibutuhkan oleh Pompa.

Persamaan untuk rugi pipa :

hf = 2

2L UfD g

(1)

Persamaan ini adalah persamaan Darcy-Weisbach berlaku untuk aliran dalam pipa untuk aliran laminar dan turbulen. Koefisien gesek (f) untuk aliran laminar dihitung dengan :

Re64

f (2)

Bilangan Reynolds di dalam sebuah saluran yang melewati saluran dapat dihitung melalui persamaan (Munson, 2004) :

Re U D

(3)

Sedang untuk koefisien gesek aliran turbulen diperoleh dengan diagram Moody, adapun batasan bilangan Reynolds untuk aliran menurut (Olson, 1993) adalah : Re < 2000, aliran laminer dan Re > 2300, aliran turbulen, Re = 2000 - 2300 , aliran transisi.

Untuk sebuah sistem perpipaan, disamping

kerugian Major yang dihitung untuk seluruh panjang pipa, ada pula yang disebut kerugian Minor yang disebabkan oleh (White, 1994) : Lubang masuk atau lubang keluar pipa. Pemuaian atau penyusutan tiba-tiba. Kelokan, siku, sambungan T dan suaian lain. Katup, yang terbuka atau sebagian tertutup. Pemuaian atau penyusutan berangsur.

Kerugian head total dalam pipa adalah penambahan antara kerugian mayor dan kerugian minor yang dirumuskan :

hL = hf + hm (4)

Dari hasil eksperimen para ahli dengan fluida pada bilangan Reynolds yang tinggi memperlihatkan bahwa kerugian minor adalah sama dengan hasil kali energi kinetik persatuan berat dari fluida dengan koefisien kerugian :

2

2mUh K

g (5)

Dimana: hm= Kerugian minor (m H2O), K = koefisien kerugia g = gaya gravitasi (9,81 m/s2) , U= kecepatan aliran (m/s)

Gambar 3. Aliran pertemuan ( Combining ) Kerugian Head (head losses) khusus sambungan T (hT)

)( 313131 ffT hhhh (6)

)( 323232 ffT hhhh (7) Koefisien kerugian (K)

gUh

K T

2

23

3131

(8)

gU

hK T

2

23

3232

(9)

Gambar 4. Aliran Percabangan ( dividing)

Vol. 1, No. 1, November 2009 ISSN : 2085-8817

DINAMIKA Jurnal Ilmiah Teknik Mesin

19

Kerugian Head (head losses) khusus sambungan pipa T (hT) )( 131313 ffT hhhh (10)

)( 232323 ffT hhhh (11)

Koefisien kerugian (K) ;

gUh

K T

2

23

1313

(12)

2. Metode Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Fluida Jurusan Teknik Mesin Universitas Haluoleo, dengan terlebih dahulu, mempersiapkan alat penelitian berikut bahan yang akan digunakan. Bahan dan peralatan yang akan digunakan adalah : Bahan penelitian

Fluida yang akan digunakan adalah air . Alat instalasi penelitian

Tangki air, pipa uji, pompa, katub, manometer, Stop watch, tangki penampungan dan gelas ukur

3. Hasil dan Pembahasan

Dalam mengevaluasi data pengukuran dan

perhitungan dengan mempelajari gejala yang terjadi, maka sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai dapat dianalisis sebagai berikut: 1. Enam variasi debit aliran pada setiap cabang pada

aliran pertemuan setiap bilangan Reynolds (Re) bervariasi antara 20092 dan 140391 pada 36 pengujian menghasilkan nilai koefisien kerugian (K) antara 1.088 dan 1.946, demikian pula pada aliran percabangan setiap bilangan Reynolds (Re) bervariasi antara 16932 dan 22401 menghasilkan nilai koefisien kerugian (K) antara 1.991 dan 6.993 karena arah aliran dari cabang 1-3 dibelokan akibat adanya tumbukan dari aliran langsung (cabang 2) yang tidak mengalami perubahan arah.

2. Pada aliran pertemuan diperoleh laju aliran (Q) bervariasi antara 0.000338 dan 0.003835 m3/s pada 36 pengujian menghasilkan laju aliran (Q) bervariasi antara 0.001026 dan 0.001633 m3/s seiring dengan bertambahnya laju aliran serta diameter pipa yang dilalui oleh fluida dan berakibat

pada perbedaan head disetiap cabang yang semakin kecil.

3. Berdasarkan pada koefisien kerugian diatas maka nilai koefisien kerugian total (Ktot) berkisar antara 2.176 dan 2.366 untuk aliran pertemuan, demikian juga untuk aliran percabangan nilai koefisien kerugian total (Ktot) antara 3.982 sampai 8.664 Besarnya penyimpangan yang terjadi antara hasil penelitian dengan penelitian sebelumnya disebabkan oleh karena Jenis pipa uji yang digunakan dalam penelitian, sudut sambungan yang tajam, teknologi yang digunakan,.pengukuran yang tidak presisi serta suhu air dan tempat pengujian yang berbeda.

4. Kesimpulan dan Saran

Dari hasil penelitian dan dianalisis, maka dapat

disimpulkan : 1. Penelitian ini dilakukan pada Bilangan Reynolds

(Re) 20092 16932 2. Peningkatan laju aliran (Q) dan semakin besar

ukuran diameter pipa untuk seksi 1,2, dan 3 pada aliran pertemuan dan aliran percabangan mengakibatkan turunnya nilai koefisien kerugian (K).

3. Akibat perubahan arah aliran hasil penelitian nilai Koefisien kerugian (K) diperoleh