Sistem Instalasi Pipa Air

Abstract

In industry and households, water is an integral requirement of life. Various systems are made to utilize this water. One of them uses a piping system. Water pipes are pipes or tubes, mostly made of polyvinyl chloride (PVC), channel iron, polyethylene, or copper that brought clean water and clean air pressurized to buildings (as part of municipal water systems), also in the building.Pipe installation system is a system consisting of pipes, valves, fittings (accessories) as well as a media drive pump fluid flow of water. In the pipeline system also contains support equipment (outfitting) is attached to the main pipe system, and perform support functions. In planning a pipe installation must be done careful calculations, because the installation of the pipe are the various components of the course have different characteristics from one another because the materials he used were different and also so that the installation is able to operate optimally. Liquid fluid flowing through the water pipe installation systems must pass through the media that has a roughness or viscosity, resulting in barriers (resistance) or a loss. This experiment aims to find out the losses experienced by the fluid as it flows in different media forms (head losses), including through the bends, straight pipes, pipe joints (elbow 450, the T joint), valve. In the field of marine, water pipe installation system is in need role to support various activities of ships, for example, is the ballast piping system, fresh water cooling pipe system, pipe system bilge, fuel pipe system, etc..

Dalam industry dan rumah tangga, air adalah kebutuhan yang tak terpisahkan dari kehidupan. Berbagai sistem dibuat untuk memanfaatkan air ini. Salah satunya dengan menggunakan sistem perpipaan. Pipa air adalah pipa atau tabung, kebanyakan terbuat dari polivinil klorida (PVC), saluran besi, polietilena, atau tembaga yang membawa air bersih yang diberi tekanan udara dan dibersihkan ke bangunan-bangunan (sebagai bagian sistem air perkotaan), juga dalam bangunan. Sistem instalasi pipa merupakan sebuah sistem yang terdiri atas pipa, katub, fitting (aksesoris) serta pompa sebagai media penggerak aliran fluida air. Didalam sistem perpipaan ini juga terdapat alat-alat penunjang (outfitting) yang terpasang dengan sistem pipa utama, dan melakukan fungsi penunjang. Dalam merencanakan suatu instalasi pipa harus dilakukan perhitungan-perhitungan yang cermat, karena dalam instalasi pipa tersebut terdapat berbagai macam komponen yang tentunya mempunyai karakteristik yang berbeda satu dengan yang lain karena bahan material yang digunakannya pun berbeda dan juga agar instalasi tersebut mampu beroperasi dengan optimal. Fluida cair yang mengalir melalui sistem instalasi pipa air tentunya melewati media yang memiliki kekasaran atau viskositas, sehingga terjadi hambatan (tahanan) atau kerugian. Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui nilai head loss pada pipa horizontal, untuk mengetahui nilai head loss pada pipa akibat fitting dan untuk mengetahui pengaruh antara kapasitas dan kecepatan fluida air. Di bidang marine, sistem instalasi pipa air sangat di butuhkan peranannya untuk menunjang berbagai aktifitas kapal, misalnya adalah sistem pipa ballast, sistem pipa pendingin air tawar, sistem pipa bilga, sistem pipa bahan bakar dll. Dalam percobaan ini terdapat beberapa variabel antara lain variabel manipulasi (Qawal, L, D, V) dan variabel respon (t, P1, P2)

BAB I

Dasar Teori

Di dalam suatu aliran fluida internal (didalam pipa) terdapat parameter-parameter

tertentu yang dapat digunakan untuk mengetahui karakteristik dari suatu aliran fluida, antara

lain Angka Reynold, Persamaan Bernoulli, energy, Head, dan sebagainya. Osborne Reynold

(1842 – 1912) seorang insinyur Inggris pertama kali menemukan sebuah satuan yang dapat

menyatakan perbandingan gaya-gaya inersia terhadap gaya-gaya kental. Satuan ini

kemudian kita kenal dengan nama Bilangan Reynold (Reynold Number). Angka Reynold

ialah sebuah nilai yang dapat digunakan untuk mengetahui jenis aliran fluida, apakah

termasuk jenis aliran Laminer ataukah aliran turbulen. Persamaan untuk menentukan

besarnya nilai Reynold Number adalah :

Re = vDυ

Dimana :

Re : Reynold Number

v : Kecepatan Aliran fluida (m/s)

D : Diameter pipa (m)

: Viskositas kinematis fluida (m2/s)

(Sularso & Tahara, Haruo, 2000)

Aliran fluida dapat dikategorikan menjadi :

Aliran Laminer adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan

(lanima-lamina) membentuk garis-garis alir yang tidak berpotongan satu sama lain.

Hal tersebut di tunjukkan oleh percobaan Osborne Reynold. Pada laju aliran rendah,

aliran laminer tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang aliran.

Aliran ini mempunyai Bilangan Reynold (Re) lebih kecil dari 2300.

Gambar 1.1

Aliran laminer

(http://yudistywn.wordpress.com/2009

/12/01/aliran-laminer-dan-turbulen/)

Daerah transisi (aliran transisi) terjadi pada Re = 2300 – 4000

Pada daerah transisi ini aliran dapat bersifat laminar atau turbulen tergantung pada

kondisi pipa dan aliran.

Untuk aliran laminar kita dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :

λ=64Re , dimana λ adalah koefisien kerugian gesek.

(Sularso & Tahara, Haruo, 2000)

Aliran Turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak

dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibat dari hal

tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Oleh Osborne Reynold

digambarkan sebagai bentuk yang tidak stabil yang bercampur dalam wamtu yang

cepat yang selanjutnya memecah dan menjadi takterlihat. Aliran turbulen mempunyai

bilangan reynold (Re) yang lebih besar dari 4000.

Gambar 1.2

Aliran turbulen

(http://yudistywn.wordpress.com/2009

/12/01/aliran-laminer-dan-turbulen/)

Hukum KontinuitasFluida yang mengalir melalui suatu penampang akan selalu

memenuhi hukum kontinuitas yaitu laju massa fluida yang masuk mmasuk

akan selalu sama dengan laju massa fluida yang ke luar mkeluar

persamaan kontinuitas adalah sebagai berikut :

Gambar 1. Profil Saluran Fluida

untuk fluida cair (tak mampu mampat) ρ1=ρ2

Keterangan :

ρ1 = massa jenis fluida masuk ( kg/m3 )

A1 = luas penampang saluran masuk ( m2 )

V1 = kecepatan fluida masuk ( m/s )

ρ2 = massa jenis fluida keluar ( kg/m3 )

A2 = luas penampang saluran keluar ( m2 )

V2 = kecepatan fluida keluar ( m/s )

(Sunyoto. Teknik Mesin Industri. 2008. Hal 53-54)

Hukum BernoulyApabila penampang saluran pipa dianggap permukaan sempurna sehingga

tidak ada gesekan antara aliran fluida cair dengan permukaan pipa dan tidak ada energi yang ditambahkan maka persamaan Bernoulli dapat disederhanakan menjadi :

Gambar 2.Ilustrasi Bernouly

Dibagi dengan m

Karena V/m = 1/ρ

Dikalikan ρ untuk mendapatkan bentuk tekanan N/m2

Keterangan:

Ρ = tekanan (N/m2 ) V = kecepatan fluida (m/s ) Z = ketinggian fluida (m) g = percepatan gravitasi (m/s2 )ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

Hukum Darcy WeisbachUntuk mengetahui friction loss untuk aliran fluida yang mengalir dalam

saluran tertutup digunakan persamaan berikut:

Keterangan:pf = friction loss (Pa)f = faktor gesekL = panjang saluran (m) DH = diameter hidraulic (mm) ρ = massa jenis fluida (kg/m3) V = kecepatan fluida (m/s)

(ASHRAE, Hal 35.6)

Head

Head merupakan energi mekanik yang dikandung oleh satu satuan berat (1 kgf) zat

cair yang mengalir pada penampang yang bersangkutan. Satuan energi per satuan berat

adalah ekivalen dengan satuan panjang (atau tinggi). Maka total head (H) merupakan

jumlahan dari head tekanan, head kecepatan, dan head potensial, adalah energi mekanik

total per satuan berat zat cair, dan dinyatakan dengan tinggi kolom zat cair dalam meter.

Dimana: H = Head

P1 = Tekanan pada permukaan fluida 1

P2 = Tekanan pada permukaan fluida 2

V1 = Kecepatan aliran titik 1

V1 = Kecepatan aliran titik 2

g = Percepatan gravitasi

ρ = Massa Jenis fluida

Z1 = Tinggi aliran pada titik 1

Z2 = Tinggi aliran pada titik 2

Hloss = Kerugian yang disebabkan panjang pipa dan fitting

Beberapa komponen head diantaranya:

Head Statik (Static Head) : Merupakan head karena perbedaan ketinggian antara 2

permukaan

Hs = Z1 - Z2

Hs = m –m

Hs = m

Dimana :

Hs = static head (m)

Z1,Z2 = jarak ketinggian permukaan fluida dengan pompa (m)

Head Tekanan (Pressure Head) Merupakan head karena tekanan didalam aliran

fluida.

Hp =

P2−P1γ

Hp = a t m – a t m / (kg / m2 s2)

Hp = ( kg / m s2) / ( m2 s2 kg)

Hp = m

(Sularso & Tahara, Haruo, 2000)

Dimana :

Hp = pressure head (m)

P1 , P 2 = tekanan (atm)

γ = berat jenis fluida (kg/m2s2)

Head Kecepatan (Velocity Head) : Merupakan energi dari fluida yang dihasilkan dari

gerakan pada suatu pipa

Hv = (v2 xv1) / 2gHv = (m/s)2 / m/s2

Hv = m

Dimana :

Hv = velocity head (m)

v2 , v1 = kecepatan aliran fluida (m/s)

Head Gesekan (Friction Head) merupakan head yang diperlukan untuk mengatasi

kerugian gesekan pada pipa, katub maupun perlengkapan pipa (outfittings).

1. Head mayor untuk panjang pipa

Hmayor = k . (l/D) . (v2/2g) (m)= (m/m) . ((m/s)2/m/s2)= m

(Sularso & Tahara, Haruo, 2000)

Dimana :

l = panjang pipa (m)

D = diameter pipa (m)

v = kecepatan fluida yang melalui pipa (m/s)

k = koefisien friksi untuk pipa panjang

g = percepatan gravitasi ( 9,8 m.s-2 )

Head minor untuk fitting, katup, sambungan , dll.

Hminor = f.( v2/2g) (m)

=(m/s)2/ (m/s2)

Dimana :

f = koefisien friksi untuk fitting

v = kecepatan fluida yang melalui pipa (m/s)

g = percepatan gravitasi ( 9,8 m.s-2 )

Gambar 1.4

Head gesekan

Sudden expansion adalah pembesaran penampang pipa secara mendadak. Sudden

contraction adalah terjadinya penyempi-tan/pengecilan secara tiba-tiba pada pipa saluran

fluida cair.

BAB II

Tujuan Percobaan

Tujuan dari percobaan ini adalah :

1) Mengetahui nilai head loss pipa horizontal (mendatar),

pada percobaan dan melalui pendekatan perhitungan.

2) Mengetahui nilai head loss pada pipa karena fitting (variasi bukaan katup), pada percobaan dan melalui pendekatan perhitungan.

3) Mengetahui pengaruh kapasitas dan kecepatan fluida terhadap nilai

head.

BAB III

Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam percobaaan pada praktikum impeller ini adalah sebagai berikut:

1. Manometer Air Raksa

Fungsi :untuk mengetahui besarnya beda tekanan dengan cara mengukur

selisih ketinggian antara tabung 1 dan tabung 2 (untuk fluida tekanan

tinggi).

2. Pompa

Fungsi : untuk mengalirkan fluida dari bak air ke pipa.

3. Penggaris

Fungsi : untuk mengukur jarak panjang pipa.

4. Bak Air

Fungsi : untuk menampung air.

5. Rotameter

Fungsi : untuk mengukur mengukur kapasitas.

6. Flowcontrol

Fungsi : untuk mengatur aliran fluida.

7. Katup

Fungsi : mengatur masuknya fluida.

8. On-Off Control

Fungsi : untuk menyalakan pompa.

9. Stopwatch

Fungsi : untuk menghitung waktu berapa lama laju air berada dipipa.

10. Pipa

Fungsi : sebagai penunjang sistem.

11. Indikator Volume

Fungsi : mengukur besarnya volume air

BAB IV

Langkah Percobaan

a) Mengetahui head loss pipa horizontal pada percobaan dan melalui pendekatan

perhitungan

Hubungkan test probe pada tap yang diinginkan untuk percobaan.

Tutup semua katub yang tidak diperlukan pada instalasi pipa.Pompa dinyalakan.

Buka katub yang diperlukan untuk percobaan.

Variasikan nilai kapasitas dengan melihat rotameter.

Ukur tekanan yang pada inlet dan outlet pipa dengan manometer air

raksa.

Catat waktu yang digunakan untuk mencapai volume tertentu.Percobaan juga dilakukan pada kelima pipa, yaitu :

o roughened pipe Φ 17 mm

o roughened pipe Φ 23 mm

o perspex test pipe Φ 6.5 mm

o smooth bore test pipe Φ 16.5 mm

o smooth bore test pipe Φ 26.5 mm

b) Mengetahui nilai head loss pada pipa karena fitting (variasi bukaan katup), pada

percobaan dan melalui pendekatan perhitungan.

Hubungkan test probe pada tap yang diinginkan untuk percobaan.

Tutup semua katub yang tidak diperlukan pada instalasi pipa.

Pompa dinyalakan.

Buka katub yang diperlukan untuk percobaan.

Variasikan nilai kapasitas dengan melihat rotameter.

Ukur tekanan yang ada pada inlet dan outlet pipa dengan manometer

air raksa.

Lakukan percobaan ini pada pipa ke empat dengan memvariasikan

bukaan katup angle seat valve, yaitu :

o smooth bore test pipe Φ 16.5 mm, angle seat valve full flow

o smooth bore test pipe Φ 16.5 mm, angle seat valve half flow

Lakukan percobaan ini pada pipa ke lima dengan memvariasikan bukaan

katup gate valve, yaitu :

o smooth bore test pipe Φ 26.5 mm, gate valve full flow

o smooth bore test pipe Φ 26.5 mm, gate valve half flow

c) Mengetahui pengaruh kapasitas dan kecepatan fluida terhadap head

Hubungkan test probe pada tap yang diinginkan untuk percobaan.

Tutup semua katub yang tidak diperlukan pada instalasi pipa.

Pompa dinyalakan.

Buka katub yang diperlukan untuk percobaan.

Variasikan nilai kapasitas dengan melihat rotameter.

Ukur tekanan yang ada pada inlet dan outlet pipa dengan manometer

air raksa.

Catat waktu yang digunakan untuk mencapai volume tertentu.

Percobaan juga dilakukan pada aksesoris berikut.

o Sudden enlargement

o Venturimeter

o Suddent contraction

o Elbow 90

o Elbow 45

BAB V

Gambar Instalasi Percobaan

Gambar rangkaian percobaan pada percobaan ini adalah sebagai berikut.

Gambar 5.1. Rangkaian Percobaan

BAB VI

Tabel Data

Dari percobaan, diperoleh data-data sebagai berikut :

Tabel Percobaan 1

PipaQawal(1/jam)

L (m) D (m) V t (s)P1

(mmHg)P2

(mmHg)

1

2

3

4

5

Tabel Percobaan 2

Pipa Fitting OpenQawal(1/jam)

P1 (mmHg) P2 (mmHg)

6

Angle seat valve

1

Angle seat valve

0,5

7

Gate valve

1

Gate valve

0,5

Tabel Percobaan3

Pipa FittingQawal(1/jam)

V t (s) P1 (mmHg) P2 (mmHg)

8

Suddent

contraction

Sudden

enlargement

9

Fitting T

Elbow 45

Elbow 90

BAB VII

Analisa Data

Grafik Percobaan I

1) Antara Q dan V.

2) Antara V dan f hitungan.

3) Antara f hitungan dan D.

4) Antara Hf hitungan dan f hitungan.

5) Antara Hf hitungan dan V.

6) Antara V dan f percobaan.

7) Antara f percobaan dan D.

8) Antara Hf percobaan dan f percobaan.

9) Antara Hf percobaan dan V.

10) Antara f hitungan dan f percobaan.

Grafik Percobaan II

1) Antara Hm dan V.

2) Antara Hm dan k.

3) Antara k dan D.

Grafik Percobaan III

1) Antara Q dan V.

2) Antara Hm dan V.

3) Antara Hm dan k (masing-masing aksesoris pipa).

DAFTAR PUSTAKA

Orianto & Pratikno, 1984, ”Mekaninka Fluida”, Yogyakarta, BPFE

Sularso & Tahara, Haruo, 2000, “Pompa dan Kompresor”, Jakarta, PT Pradnya

Paramita.

http://www.agussuwasono.com/artikel/mechanical/65-teori-dasar-pompa-sentrifugal. html? showall=1

http://yudistywn.wordpress.com/2009/12/01/aliran-laminer-dan-turbulen/