head-loss-pipa-lurus - Laboratorium Mekanika Fluida

Panduan Praktikum 2012
Percobaan 4
HEAD LOSS
(KEHILANGAN ENERGI PADA PIPA LURUS)
A.
Tujuan Percobaan:
1. Mengukur kerugian tekanan (Pv)
2. Mengukur Head Loss (hv)
B.
Alat-alat yang digunakan
1.
Fluid Friction Demonstrator
2.
Stopwatch
7
1
2
3
8
4
5
9
6
Keterangan :
1. Katup
2. Double pressure gauge
3. Katup pengarah aliran
4. Rangka alat
5. Pengukur aliran
6. Sambungan ke titik pengukuran
7. Pressure tap
8. Saluran buang
9. Pengukuran katup
Panduan Praktikum 2012
C.
Teori
Aliran viskos di dalam pipa
Aliran fluida dalam sebuah pipa mun gkin merupakan aliran laminar atau
aliran turbulen. Untuk aliran pipa parameter tak berdimensi yang paling
penting adalah bilangan Reynolds, Re yaitu perbandingan antara efek
inersia dan viscous dalam aliran. Sehingga istilah laju aliran digantikan
dengan bilangan Reynolds.
Setiap fluida yang mengalir dalam sebuah pipa harus memasuki pipa
pada suatu lokasi. Daerah aliran di dekat lokasi fluida memasuki pipa
disebut sebagai daerah masuk (entrance region) seperti diilustrasikan
pada gambar 1.
Gambar 1. Daerah masuk aliran sedang berkembang dan aliran berkembang penuh di dalam sebuah
sistem pipa. (Munson,et al, 2003)
Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1 fluida biasanya memasuki
pipa dengan profil kecepatan yang hampir seragam pada bagian (1).
Sewaktu fluida bergerak melewati pipa, efek viskos menyebabkannya
tetap menempel pada dinding pipa (kondisi lapisan batas tanpa slip). Hal
ini berlaku baik jika fluidanya adalah udara yang relatif inviscid ataupun
minyak yang sangat viskos. Jadi, sebuah lapisan batas (boundary layer)
di mana efek viskos menjadi penting timbul di sepanjang dinding pipa
sedemikian hingga profil kecepatan awal berubah menurut jarak
sepanjang pipa, x, sampai fluida mencapai ujung akhir dari panjang
daerah masuk, bagian (2), di mana setelah di luar itu profil kecepatan
tidak berubah lagi menurut x.
Panduan Praktikum 2012
Lapisan batas telah tumbuh ketebalannya sehingga memenuhi pipa
secara menyeluruh. Efek viskos sangat penting di dalam lapisan batas.
Untuk fluida di luar lapisan batas [di dalam inti inviscid (inviscid core)
yang mengelilingi garis sumbu dari (1) ke (2)], efek viskos dapat
diabaikan. Medan aliran di mana tegangan geser diasumsikan dapat
diabaikan dikatakan sebagai inviscid, nonviskos atau tanpa gesekan.
Head Loss
Headloss adalah suatu nilai untuk mengetahui seberapa besarnya
reduksi tekanan total (total head) yang diakibatkan oleh fluida saat
melewati sistem pengaliran. Total head, seperti kita ketahui merupakan
kombinasi dari elevation head (tekanan karena ketinggian suatu fluida),
Velocity head, (tekanan karena Kecepatan alir suatu fluida) dan
pressure head (tekanan normal dari fluida itu sendiri) . Headloss tidak
dapat dihindarkan pada penerapan sistem pengaliran fluida dilapangan.
Head loss dapat terjadi karena:
1. Gesekan antara fluida dan dinding pipa
2. Friksi antara sesama partikel pembentuk fluida tersebut
3. Turbulensi yang diakibatkan saat aliran di belokkan arahnya atau hal
lain seperti misalnya perubahan akibat komponen perpipaan (valve,
flow reducer, atau kran).
Kehilangan karena friksi/gesekan adalah bagian dari total headloss
yang terjadi saat aliran fluida melewati suatu pipa lurus. Headloss pada
suatu fluida pada umumnya berbanding lurus dengan panjang pipa , nilai
kuadrat dari kecepatan fluida dan nilai friksi fluida yang disebut faktor
friksi. dan juga nilai headloss berbandng terbalik dengan diameter pipa.
Aliran fluida riil akan mengalami kehilangan energi (head, hl), yang
terdiri dari kehilangan head karena gesekan pipa (hf) dah kehilangan
head minor (hi).
Kehilangan Head Minor disebabkan oleh hambatan
karena adanya perubahan diameter pipa, sambungan, katup (valve),
Panduan Praktikum 2012
belokan (elbow), percabangan dan sebagainya. Persamaan energi untuk
aliran tak mampu mampat , tunak diantara dua lokasi adalah :
P1
2
V
P
V
  1 1  z1  2   2 2  z 2  hL

2g

2g
Dimana hL adalah kerugian head antara bagian 1 dan 2 . Dengan
asumsi D1 = D2 sehingga V1 = V2, z1 = z2 dengan aliran berkembang
penuh ( 1   2 ) maka P  P1  P2   hL .
Kerugian tekanan dapat dihitung dengan rumus :
Sedangkan Head Loss dapat dihitung dengan :
(persamaan Darcy-Weisbach)
Koefisien Gesekan Pipa
Bilangan Reynold dihitung dengan rumus :
Laju aliran :
Panduan Praktikum 2012
Untuk Pipa dengan Re < 65 d/k dan Reynold 2320 < Re < 105000 koefisien
gesekan pipa dapat ditentukan dengan rumus blasius :
Untuk pipa dengan Re (65 d/k < Re < 1300 d/k dapat dihitung dengan rumus
Colebrook ;
D. Prosedur Percobaan
Pengamatan dilakukan pada bagian II dari instalasi dengan langkahlangkah sebagai berikut :
1. Dudukkan intalasi uji (fluid friction Appartus) di atas tangki (HM 150)
2. Hubungkan instalasi uji dengan tangki menggunakan selang yang
telah disediakan.
3. Atus posisi alat ukur tekanan hingga ujung atas alat ukur sejajar
dengan ujung tas instalasi uji.
4. Operasikan pompa kemudian atur bukaan katup pada tangki untuk
mengatur laju aliran.
5. Pastikan hanya katup pada bagian II (daerah pengamatan) yang
terbuka.
6. Lakukan pengaturan alat ukur tekanan dengan penyetelan pada
katup alat ukur, hingga posisi normal.
7. Pasang selang alat ukur pada kedua titik pengukuran.
8. Lakukan pengukuran dengan berbagai variasi pengukuran (ditentukan
asisten)
9. Catat waktu yang dibutuhkan untuk volume 10 liter, 20 liter atau 30
liter pada masing-masing perubahan kecepatan.
10. Catat penunjukan alat ukur tekanan air.
Panduan Praktikum 2012
11. Hitung head loss (hv), pressure loss (Pv), kecepatan aliran, angka
Reynolds dan koefisien gesek pipa.
E. Tabel Pengamatan
Bukaan
katup
H1 (mm)
H2 (mm)
d (mm)
l (mm)
Waktu (s)
10 ltr