Andhika Pratama Akbar 1206223556 Departemen Teknik Mesin Fakultas

Andhika Pratama Akbar
1206223556
Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Analisis Pengaruh Debit Air Terhadap Pipa Dalam Penyaluran Air Bersih
Abstrak
Air merupakan salah salah satu sumber daya alam yang sangat penting bagi kehidupan di
dunia ini terutama bagi umat manusia untuk mendukung kegiatan sehari-hari. Selain untuk
mendukung kegiatan sehari-hari, air sangat diprioritaskan untuk dikonsumsi karena hampir
80% tubuh manusia terdiri dari air, sehingga bila kadar air di dalam tubuh tidak mencukupi,
maka akan berdampak buruk bagi kelangsungan hidup manusia. Di sisi lain, alat-alat
pengolah air atau instalasi air semakin lama akan semakin usang, maka perlu diperbaiki
komponen serta sistemnya agar kualitas airnya tetap terjaga. Komponen vital dari instalasi
air tersebut biasanya terletak pada pipa-pipa penyalurnya yang berakibat debit air yang
dihasilkan tidak sesuai perencanaan awal karena besar kemungkinan terdapat head
loss,factor gesekan, dan pressure drop pada pipa tersebut. Aliran fluida pun memiliki
pengaruh yang besar pada pipa-pipa tersebut salah satunya yaitu bila aliran terlalu besar
maka akan menimbulkan friksi antar permukaan pipa. Untuk meminimalisir hal tersebut
dilakukan analisa pipa,aliran dan parameter-parameter yang mempengaruhinya dengan CFD
Software dan perhitungan komputasi menggunakan dengan tujuan mengetahui
permasalahan yang ada secara detail dan dapat menanggulanginya dari hasil simulasi CFD
dan melalui perhitungan komputasi teknik .
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Puji syukur saya panjatkan ke hadirat Allah S.W.T. yang senantiasa memberikan kita
berbagai macam nikmat mulai dari nikmat sehat, nikmat iman, dsb, hingga terselesaikannya
tugas besar ini. Shalawat serta salam tidak lupa saya curahkan kepada Rasulullah S.A.W.
yang telah membimbing umatnya sampai ke zaman yang terang benderang seperti saat ini..
Tugas Besar yang telah saya selesaikan ini berjudul Analisis Pengaruh Debit Air Terhadap
Pipa Dalam Penyaluran Air Bersih
Dan CFD Software yang merupakan salah satu bentuk pengaplikasian dari teori Komputasi
Teknik dan software CFD yang telah saya pelajari ke dalam instalasi pipa pengolahan air
minum. Secara khusus saya juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah
membantu dalam menyelesaikan Tugas Besar ini, antara lain kepada:
1. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara, selaku dosen pengajar Mekanika Fluida saya yang telah
memberikan materi-materi tentang Mekanika Fluida hingga terselesaikannya Tugas Besar
ini.
2. Kedua orang tua saya yang selalu mendukung dan mendoakan setiap usaha saya dalam
menyelesaikan Tugas Besar ini.
Beranjak dari hal tersebut, saya sangat menyadari bahwa masih banyak kekurangan saya
dalam hal penyusunan Tugas Besar ini. Hal itu dikarenakan keterbatasan kemampuan yang
kami miliki. Maka dari itu, saya menerima segala bentuk kritik dan saran yang bersifat
membangun demi terciptanya kesempurnaan di masa mendatang.
Depok, Mei 2014
Andhika Pratama Akbar
Latar Belakang
Air merupakan sumber daya manusia yang sangat vital bagi kehidupan manusia, karena
selain untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari, air sangat diutamakan untuk dikonsumsi
demi kelangsungan hidup manusia. Mengingat pentingnya air bagi kehidupan manusia, air
tak terlepas dari pengolahan agar layak dikonsumsi, yang bergerak dibidang pengolahan air
bersih. Dalam instalasinya terdapat berbagai jenis pipa saluran yang saling berhubungan
satu sama lain, salah satunya yaitu pipa filtrasi di mana air yang dialirkan ke pipa-pipa ini
akan dilanjutkan ke bak penyaringan. Pipa-pipa ini merupakan komponen yang sangat
penting dan perlu diperhatikan dengan tujuan air yang disalurkan sesuai dengan yang
direncanakan. Namun kerap sekali realita yang terjadi tidak sesuai dengan yang
direncanakan, hal tersebut terjadi akibat ada factor-faktor dalam pipa dan aliran yang
mempengaruhinya sehingga terjadi hal-hal seperti kebocoran, debit air tidak sesuai,
kerugian energi dan sebagainya. Penggunaan CFD software dan sangat membantu untuk
mengetahui secara detail masalah yang terjadi dalam aliran dan cara penanggulangannya
melalui simulasi aliran dalam pipa dan perhitungan komputasi.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka dalam Tugas Besar ini perumusan masalahnya
adalah menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi laju aliran dalam pipa dalam proses
pengolahan air bersih dengan metode simulasi CFD dan memperkirakan perhitungan yang
ideal untuk laju aliran yang dibutuhkan menggunakan metode iterasi pada dengan
berlandaskan parameter-parameter yang berpengaruh pada pipa dan aliran di dalamnya.
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam tugas besar ini adalah:
1. Mengetahui proses-proses pengolahaan air bersih
2. Simulasi CFD aliran dalam pipa instalasii.
3. Perhitungan komputasi pada aliran dalam pipa.
4. Perhitungan komputasi laju aliran dan pressure dalam pipa.
Tujuan
memperhitungkan besaran-besaran yang berpengaruh pada aliran pipa dengan melakukan
perhitungan secara iterasi, sehingga didapat prakiraan perhitungan yang ideal untuk
mendesain atau memperbaharui instalasi yang ada, serta mengetahui pengaruh dari proses
iterasi tersebut terhadap pipa dan aliran. Hal ini bertujuan meningkatkan sistem instalasi
demi menghasilkan hasil yang diharapkan.
CFD (Computational Fluid Dynamic)
CFD (computational fluid dynamic) adalah metode penghitungan, memprediksi, dan
pendekatan aliran fluida secara numerik dengan bantuan komputer. Aliran fluida dalam
kehidupan nyata memiliki banyak sekali jenis dan karakteristik tertentu yang begitu
kompleks.
CFD melakukan pendekatan dengan metode numerasi serta menggunakan persamaanpersamaan fluida.
Teori Dasar
Berikut ini beberapa contoh aliran fluida yang sering kita temui sehari-hari:
• Bernafas, minum, pencernaan, mencuci, berenang.
• Laundry pakaian dan mengeringkannya.
• Pemanas ruangan, ventilasi ruangan, memadamkan api dengan air.
• Pembakaran bensin pada engine dan tentunya juga polusi.
• Membuat sup, campuran minyak pada pembuatan plastik
• Pesawat, parasut, berselancar, berlayar
• Menyolder, pembuatan besi atau baja, eleltrolisis air dll.
Prinsip CFD adalah suatu ruang yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagibagi menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya dinamakan
meshing. Bagian-bagian yang terbagi tersebut merupakan sebuah kontrol penghitungan
yang akan dilakukan oleh aplikasi atau software. Contohnya sekarang ini banyak sekali
paket-paket software CAD menyertakan konsep CFD yang dipakai untuk menganalisa stress
yang terjadi pada design yang dibuat.
Pemakain CFD secara umum dipakai untuk memprediksi:
• Aliran dan panas.
• Transfer massa.
• Perubahan fasa seperti pada proses melting, pengembunan dan pendidihan.
• Reaksi kimia seperti pembakaran.
• Gerakan mekanis seperti piston dan fan.
• Tegangan dan tumpuan pada benda solid.
• Gelombang elektromagnet
Sifat-sifat Umum Aliran Pipa
Walapun tidak seluruh saluran yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu
tempat ke tempat lainnya mempunyai penampang bundar, namun kebanyakan yang
digunakan adalah yang seperti itu. Saluran ini meliputi pipa-pipa air, selang-selang hidrolik
dan saluran-saluran lainnya yang dirancang untuk menahan perbedaan tekanan yang sangat
besar melintasi dinding-dindingnya tanpa mengakibatkan perubahan bentuk. Saluransaluran yang tidak berpenampang bundar meliputi antara lain saluran-saluran duct untuk
pemanasan dan pengkondisian udara yang biasanya berpenampang segiempat. Biasanya
perbedaan tekanan antara bagian dalam dan luar saluran saluran duct relatif kecil.
Perbedaan antara aliran kanal-terbuka dan aliran pipa adalah pada mekanisme dasar yang
menggerakkan aliran. Untuk aliran kanal-terbuka, hanya gravitasi yang menjadi gaya
penggeraknya—air mengalir menuruni sebuah lereng. Untuk aliran pipa, gravitasi mungkin
memiliki arti penting (pipa tidak selalu horizontal), tetapi gaya penggerak yang utamanya
adalah gradien tekanan sepanjang pipa. Jika pipa tidak terisi penuh, tidaklah mungkin untuk
menjaga perbedaan tekanan (Pressure Drop), ΔP = p1 - p2 ini.
b. Aliran Laminar atau Turbulen
Aliran fluida di dalam sebuah pipa mungkin merupakan aliran laminar atau aliran turbulen.
Aliran dengan bilangan Re4000 disebut Aliran Turbulen.
Untuk aliran pipa parameter tak berdimensi yang pal¬ing penting adalah bilangan Reynolds,
Re—perbandingan antara efek inersia dan viskos dalam aliran. Dengan demikian istilah laju
aliran harus diganti dengan bilangan Reynolds,
Re = pVD/μ
di mana V adalah kecepatan rata-rata di dalam pipa. Bukan hanya kecepatan fluida yang
menentukan sifat aliran—namun kerapatan, viskositas dan diameter pipa juga sama
pentingnya. Parameter-parameter ini berkombinasi menghasilkan bilangan Reynolds.
Perbedaan antara aliran pipa laminar dan turbulen dan ketergantungannya terhadap sebuah
besaran tak berdimensi.