Lapisan Batas

LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDAJURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN

LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

VI. PEMBAHASAN

A. Pembahasan Umum

Analisa Lapisan Batas pada saluran pipa pembuangan

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

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


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

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. Tabel 2.1. memberikaan sifat air

(viskositas kinematik) pada tekanan atmosfer dan beberapa temperature. 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.

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


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

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 :

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 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

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.

Pada aliran laminer akan terjadi bila bilangan reynold (Re) < 2000, dengan

persamaan kehilangan energi pada aliran laminer sepanjang pipa L menurut Hagen-

Poiseuille adalah sebagai berikut :


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

Dengan : h = Tinggi kehilangan energ

ν = viskositas zat cair

g = Percepatan grafitasi

D = Diameter pipa

V = Kecepatan aliran

L = Panjang pipa

Persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk:

Persamaan diatas dapat ditulis dalam bentuk persamaan Darcy – Weisbach.

Dengan


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

Gambar aliran dalam pipa pembuangan yang melewati check valve. Lapisan

batas yang terjadi yaitu sebelum melewati katup cek lebih panjang karena masih

termasuk dalam aliran laminer. Berlaku rumus major loses yang telah diterangkan

diatas.

Setelah mengalami hambatan pada katup cek maka aliran berubah menjadi

turbulen sehingga panjang lapisan baasnya pun akan semakin pendek. Sehingga berlaku

rumus minor lossess yaitu

hlf=n . k . V2

2. g

dimana :

hlf : Minor losses

n : jumlah fitting/valve untuk diameter yang sama

k : koefisien gesekan

V : kecepatan rata-rata aliran

g : percepatan gravitasi


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

VI.1.2. Pembahasan Khusus

1. Analisa Grafik Hubungan Y Vs n (profil no. 4)

0.09 0.12 0.15 0.18-0.100-0.0500.0000.0500.1000.1500.2000.2500.3000.3500.400

Profil 4 Grafik Y vs n

Z = 4 cm Z = 6 cm

Y

n

Z (cm) Y (m) n

4 0,16 -0,038640,18 0,110350,20 0,244460,22 0,36231

6 0,16 -0,034560,18 0,097730,20 0,213040,22 0,30674

Y adalah tinggi dari tabung pitot pada alat uji lapisan batas sedangkan n

adalah perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter tabung

pitot. Dapat kita lihat pada grafik diatas, n menurun ke bawah seiring ketinggian

dari Y. Semakin besar ketinggian dari tabung pitot maka nilai n yang dihasilkan


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

akan semakin kecil. Jadi dapat kita simpulkan bahwa besarnya Y berbanding

terbalik dengan besar dari n pada profil no 4.

2. Analisa Grafik Hubungan u 1 dan n (profil 4)

-0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.200

0.10.20.30.40.50.60.7

Profil 4 Grafik u1 vs n

Z = 4 cm Z = 6 cm

n

u1

Z (cm) U1 (m/s) n

4 0,5921229 -0,038640,5405318 0,110350,4834663 0,244460,4186941 0,36231

6 0,5405318 -0,034560,4834663 0,097730,4186941 0,213040,3418623 0,30674

Pada grafik terlihat hubungan antara u1 (profil kecepatan) dengan n

(perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter tabung pitot).

Nilai u1 berbanding lurus dengan nilai n, semakin tinggi nilai u1 maka semakin

besar nilai dari pada n. Hal ini disebabkan karena untuk mencari nilai u1

0,5921229 dipengaruhi oleh besarnya nilai n, dimana nilainya tergantung dari


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

besarnya Y. Sedangkan semakin tinggi nilai Y maka semakin kecil dari nilai n

nya.

3. Analisa Grafik Hubungan HDT Vs Y (profil no. 5)

0.000004 0.000006 0.000008 0.00001 0.000012 0.000014 0.0000160

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Grafik HDT vs Y (profil no. 5A)

Z = 4 cm Z = 6 cm

HDT

Y

Z (cm) hDT (MH2O) Y (m)

4 0,0015240 0,16

0,0012700 0,180,0010160 0,200,0007620 0,22

6 0,0012700 0,16

0,0010160 0,180,0007620 0,200,0005080 0,22

Pada grafik terlihat hubungan antara HDT (head pada tekanan arah tinggi)

dengan Y (tinggi dari tabung pitot). Nilai HDT berbanding lurus dengan nilai Y,

semakin tinggi nilai HDT maka semakin tinggi pula nilai daripada Y. Hal ini

disebabkan karena untuk mencari nilai HDT 0,0015240 dikali dengan PDT, dimana

nilainya tergantung dari besarnya Y.


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

4. Analisa Grafik Hubungan HDT Vs n

-0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.200.000000.000200.000400.000600.000800.001000.001200.001400.001600.001800.00200

Profil 4 Grafik hDT vs n

Z = 4 cm Z = 6 cm

n

hDT

Z (cm) hDT (MH2O) n

4 0,0015240 -0,038640,0012700 0,110350,0010160 0,244460,0007620 0,36231

6 0,0012700 -0,034560,0010160 0,097730,0007620 0,213040,0005080 0,30674


dengan n (perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter

tabung pitot). Nilai HDT berbanding terbalik dengan nilai n, semakin tinggi nilai

HDT maka semakin kecil nilai daripada n. Hal ini disebabkan karena untuk

mencari nilai HDT 0,254 dikali dengan PDT, dimana nilainya tergantung dari


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG


nya.

5. Analisa Grafik Hubungan u 1 dan n (profil 5)

0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.950

0.10.20.30.40.50.60.7

Profil 5 Grafik u1 vs n

Z = 4 cm Z = 6 cm

n

u1

Z (cm) U1 (m/s) n

4 0,5921229 0,756620,5405318 0,821680,4834663 0,874410,4186941 0,91129

6 0,5405318 0,676760,4834663 0,727680,4186941 0,762020,3418623 0,77153

Pada grafik terlihat hubungan antara u1 (profil kecepatan) dengan n

(perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter tabung pitot).

Nilai u1 berbanding lurus dengan nilai n, semakin tinggi nilai u1 maka semakin

besar nilai dari pada n. Hal ini disebabkan karena untuk mencari nilai u1

0,5921229 dipengaruhi oleh besarnya nilai n, dimana nilainya tergantung dari


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG


nya.

6. Analisa Grafik Hubungan HDT Vs n (profil 5)

-0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.200.000000.000200.000400.000600.000800.001000.001200.001400.001600.001800.00200

Profil 5 Grafik hDT vs n

Z = 4 cm Z = 6 cm

n

hDT

Z (cm) hDT (MH2O) n

4 0,0015240 0,756620,0012700 0,821680,0010160 0,874410,0007620 0,91129

6 0,0012700 0,676760,0010160 0,727680,0007620 0,762020,0005080 0,77153


dengan n (perbandingan antara nilai viskositas kinematis dengan diameter

tabung pitot). Nilai HDT berbanding terbalik dengan nilai n, semakin tinggi nilai

HDT maka semakin kecil nilai daripada n. Hal ini disebabkan karena untuk

mencari nilai HDT 0,0015240 dikali dengan PDT, dimana nilainya tergantung dari


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG


nya.

VII. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Diameter saringan mempengaruhi laju kecepatan aliran fluida, dimana

semakin besar bentuk diameter lubang saringan maka kecepatan aliran fluida

akan semakin besar pula

2. Semakin jauh dari dinding segi empat maka profil kecepatan akan bertambah,

dimana kecepatan terbesar terletak pada sumbu pipa

3. Profil kecepatan juga dipengaruhi oleh diameter profil kecepatan, jika

diameter profil besar maka laju kecepatan aliran fluida akan semakin besar

B. Saran-saran

1) Kalau bisa percobaan dapat ditambahkan untuk bahan pengetahuan yang lebih

banyak.

2) Dalam praktikum, agar asisten selalu membimbing dan mengarahkan

praktikannya dan begitupula pada proses asistensi agar ilmu yang diperoleh

dalam laboratorium sebagai aplikasi dari teori yang diperoleh dibangku

perkuliahan dapat lebih dipahami


LAPISAN BATAS(LB)

aliKOEEN DRAG

Documents

Lapisan Batas