## ANALISA DISTRIBUSI KAPASITAS ALIRAN FLUIDA DI DAERAH PERCABANGAN PADA SISTEM PERPIPAAN
Eswanto 1 , Dian Syahputra 2
1,2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri,  Institut Teknologi Medan
1,2 Jl. Gedung Arca No.52 Medan 20217 Indonesia. Phone & Fax 061-7347954/7363771 E-mail : eswanto@itm.ac.id 1

## Abstrak
Dalam  dunia  industri  dituntut  untuk  selalu  meningkatkan  performance  dalam  meningkatkan  produk yang dihasilkan oleh industri, maka dari itu hasil yang diperoleh tersebut tidak terlepas dari mesin atau alat  yang  menggunakan  sistem  perpipaan  dalam  memproses  produk  yang  dihasilkan.  Pada  instalasi perpipaan banyak dipakai sambungan yang salah satunya berfungsi untuk membelokan arah distribusi aliran  fluida,  membagi  aliran  menjadi    bercabang  sesuai  yang  diinginkan.  Penelitian  ini  bertujuan untuk  mengetahui  pengaruh  sambungan  Tee  terhadap  koefisien  kerugian  tekanan  akibat  pemisahan aliran  fluida  yang  menyebabkan  penurunan  unjuk  kerja  dari  suatu  sistem.  Penelitian  ini  dilakukan secara  eksperimen  menggunakan  fluida  air.  Data  penelitian  terdiri  atas  variabel  bebas  dan  variabel terikat.  Pengambilan  data  dilakukan  pada  percabangan  dengan  memvariasikan  diameter  pipa  yaitu  ½ inchi,  ¾  inchi  dan  1  inchi.    Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  semakin  besar  diameter  pipa  yang digunakan maka nilai koefisien kerugian percabangan Tee semakin kecil yaitu 0,27034 m, 0,17879 m dan  0,0753  m,  sehingga  nilai  debit  keluar  percabangan  meninggkat  yaitu  16,8  liter/menit,  17,2 liter/menit dan 17,4 liter/menit. Tingginya bilangan Reynolds yang diperoleh dengan variasi diameter pada seksi uji, mengakibatkan menurunnya koefisien kerugian total, (Re) 43823, 39985, 32719,8 dan H tot 6,1667,  17,2,  17,437.  Peningkatan  bilangan  Reynolds  (Re)  akan  berpengaruh  terhadap  kerugian tekanan (h) pada tiap sambungan.
Kata kunci: sambungan Tee, debit, koefisien kerugian, air, percabangan, perpipaan

## Abstract
In  the  industrialized  world  are  required  to  review  hearts  always  improving  performance  boost produced by industry, then the findings from the on lead or not separated from the machine using the tools  the  process  piping  systems  hearts  products  in  produced.  Many  of  piping  installation  taken  in connection  the  prayers  only  serves  to  review  an  distribution  diverting  fluid  flow,  split  flow  Being branched  accordance  desired.  Singer  study  aims  to  determine  the  effect  connectivity  review  Tee Against pressure losses due to the separation coefficient fluid flow The causes decrease in performance from  the  system.  Operating  singer  research  conducted  experiments  using  a  fluid  air.  Research  data consist  of  variables  differences free  and  bound  variables.  Data  retrieval  is  done on  with  varying  the diameter  of  the  pipe  branching  That  is  ½  inch,  ¾  inch  and  1  inch.  Research  shows  that  more  big diameter pipes  which  are  used  then  branching  coefficient Tee  losses  small  increasingly is  0.2703 m, 0.17879 m and 0.0753 m, so that the debit value increase branching out Namely 16.8 liter / min, 17, 2 liters  /  min  and  17.4  liters  /  min.  The  high  Reynolds  number  variation  on  lead  with  diameter  test sections, resulting in decreased total  loss coefficient, (Re) 43 823, 39 985, 32719.8 And Htot  6.1667, 17.2, 17437. The increase in the Reynolds number (Re) will affect against losses pressure (h) at every connection.
Keyword: Tee connection , discharge , loss coefficients , water , branching , piping

## I. PENDAHULUAN
Dalam  era  serba  canggih  ini,  ilmu  pengetahuan  dan teknologi akan semakin berkembang jika diiringi dengan penelitian,  pengujian  dan  analisa.  Dalam  bidang engineering,  bidang  mekanika  fluida  merupakan  salah satu contoh yang perlu untuk mendapat perhatian khusus karena  penerapannya  luas  dengan  berbagai  aplikasinya, baik  di  industri  skala  kecil,  menengah  maupun  industri besar.
Dalam dunia industri dituntut untuk selalu meningkatkan performance dalam  meningkatkan produk yang  dihasilkan  oleh  industri,  maka  dari  itu  hasil  yang diperoleh tersebut tidak terlepas dari mesin atau alat yang menggunakan  sistem  perpipaan  dalam  memproses produk yang dihasilkan. Pada instalasi perpipaan banyak dipakai  sambungan  yang  salah  satunya  berfungsi  untuk membelokan arah distribusi aliran fluida, membagi aliran menjadi  bercabang sesuai yang diinginkan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh sambungan  Tee  terhadap  koefisien  kerugian  tekanan akibat  pemisahan  aliran  fluida  yang  menyebabkan penurunan unjuk kerja dari suatu sistem.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
Penerapan  pinsip-prinsip  dalam  bidang  mekanika fluida dapat dijumpai pada bidang industri. Misalnya saja pada  Perusahaan  Air  Minum  (PAM)  dan  Perusahaan Tambang  Minyak  Negara  (PERTAMINA).  Rangkaian pada sistem perpipaan tersebut didesain sedemikian rupa sehingga  mampu  memenuhi  segala  kebutuhan  akan pendistribusian  fluida  sesuai  dengan  kebutuhan  proses tersebut.    Pada  instalasi  perpipaan,  banyak  dipakai sambungan  yang  berfungsi  untuk  membelokan  maupun membagi  aliran  menjadi  bercabang.  Pemisahan  aliran fluida pada percabangan merupakan hal yang tidak dapat dihindari  sehingga  dampaknya  akan  dapat  menurunkan unjuk  kerja  dari  suatu  sistem.  Oleh  karena  itu  efesiensi pendistribusian  dalam  industri  harus  diperhatikan. Dengan  efesiensi  yang  baik,  maka  biaya  produksi  dapat ditekan sehingga  harga  jual produk atau barang tersebut lebih kompetitif.
Penelitian  aliran  dalam  pipa  pertama  dilakukan  oleh Julius  Weisbach  (1850)  yang  meneliti  rugi  pada  hulu pipa,  kemudian  dilanjutkan  oleh  Henry  Darcy  (1857) dengan  melakukan  ekperimen  aliran  pipa    dan mengungkap  efek  kekasaran  pada  hambatan  pipa  yang dikenal  dengan  persamaan  Darcy-Weisbach.  Apabila fluida  mengalir  melalui  suatu  percabangan  maka  akan terjadi separasi  yang  mengakibatkan terjadinya kerugian tekan. Kerugian head pada setiap cabang boleh dianggap sepenuhnya terjadi akibat gesekan, atau rugi akibat katup dan perlengkapan pipa. Kalau kerugian head dan totalnya ( head  losses )  diketahui,  relatif  cukup  mudah  untuk mencari masing-masing Q1 dan menjumlahkannya. Soal sebaliknya, jika laju aliran totalnya Q yang diketahui, di perlukan  pengulangan  yang  lumayan  jumlahnya  untuk menentukan  bagaimana  aliran  total  ini  terbagi  kedalam ketiga cabang pipa tersebut.
Bidang  mekanika  fluida  berhubungan  dengan perilaku  fluida  pada  keadan  diam  dan  bergerak.  Pada logikanya,  fluida  merupakan  suatu  substansi  yang terdeformasi secara berkelanjutan  yang diakibatkan oleh adanya tegangan geser walaupun seberapa kecilnya nilai dari tegangan geser tersebut. Fluida terdiri dari fasa cair, gas dan padat. Perbedaan antara fluida cair dengan fluida padat  sangat  jelas  yakni  jika  dibandingkan  reaksi  fisik dari keduanya. Fluida padat memiliki keterbatasan reaksi deformasi  ketika  menerima  gaya  geser,  yakni  deformasi tidak  akan  berkelanjutan  seiring  perubahan  terhadap waktu.Aliran  fluida  dapat  dibedakan  atas  3  jenis  yaitu aliran  laminar,  aliran  transisi,  dan  aliran  turbulen.  Jenis aliran  ini  didapat  dari  hasil  eksperimen  yang  dilakukan oleh Osborne Reynold tahun 1883 yang mengklasifikasikan  aliran  menjadi  3  jenis.  Jika  air mengalir  melalui  sebuah  pipa  berdiameter  d  dengan kecepatan rata-rata V maka dapat  diketahui  jenis aliran yang  terjadi.  Berdasarkan  eksperimen  tersebut  maka didapatkan  bilangan  Reynold  dimana  bilangan  ini
tergantung  pada  kecepatan  fluida,  kerapatan,  viskositas, dan diameter.
Aliran  fluida  yang  melalui  pipa  akan  selalu mengalami  kerugian  head.  Hal  ini  disebabkan  oleh gesekan  yang  terjadi  antara  fluida  dengan  dinding  pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian  kecil).  Kerugian  head  akibat  gesekan  dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut,yaitu:
1.   Persamaan Darcy– Weisbach yaitu:
hf = f 𝑙 𝑣 2
𝑑 2𝑔 ..............(1)
Dimana :
hf = kerugian head karena gesekan (m) f = faktor gesekan (diagram Moody)
d = diameter pipa (m)
L = panjang pipa (m) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s), g = percepatan gravitasi (m/s2).
Pada  zat  cair  diam  gaya-gaya  yang  bekerja  dapat dihitung dengan mudah karena dalam hidrostatika hanya bekerja  gaya  tekan  sederhana.  Faktor–faktor  yang diperhitungkan  tidak  hanya  kecepatan  dan  arah  partikel, tetapi  juga  pengaruh  kekentalan  yang  menyebabkan gesekan  antara  partikel-partikel  zat  cair  dengan  dinding batas.  Persamaan  energi  yang  menggambarkan  gerak partikel diturunkan dengan persamaan gerak. Persamaan energi  merupakan  salah  satu  persamaan  dasar  untuk menyelesaikan  masalah  yang  ada  dalam  hidrolika. Dimana dari hukum kekekalan energi menyatakan energi total fluida pada satu titik sama dengan energi total fluida pada titik dua.
Dari  kondisi  diatas  tersebut  diturunkan  suatu persamaan  yang  dikenal  dengan  persamaan  bernoulli (evett, 1987) yaitu:
P 1 P + V 1 2 2 +  g. z 1 = P 2 P + V 2 2 2 +  g. z 2 = tetap
............................  (2)
Gambar 1. Ilustrasi Persamaan Bernoulli, (Evett Jack and Cheng Liu, 1987).
Seperti  yang  telah  diuraikan  sebelumnya,  bahwa permasalahan  aliran  fluida  dalam      pipa      dapat diselesaikan      dengan      menggunakan      persamaan Bernoulli,  persamaan  Darcy  dan  diagram  Moody. Penggunaan rumus empiris  juga dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran.
Menurut  Ari  Dwiyantoro  (2004),  dengan  adanya percabangan  pada  aliran incompressibel  fluid dapat
menyebabkan  terganggunya  aliran  akibat  separasi  yang menyebabkan  kerugian  dari  tekanan  total.  Tumbukan yang terjadi pada daerah percabangan pipa mengakibatkan proses aliran menjadi turbulen. sehingga koefisien  gesek  menjadi  tinggi  dan  menyebabkan penurunan  tekanan  yang  akan  berpengaruh  pada  energi yang  dibutuhkan  oleh  pompa  sebagai  alat  penyuplai pendistribusian fluida.
Salah  satu  gangguan  atau  hambatan  yang  sering terjadi  pada  saluran  pipa  adalah  kehilangan  tinggi tekanan  air  yang  diakibat  adanya  gesekan/mayor  losses dan  minor  losses  (Kodoatie,  2002)  seperti  adanya perubahan  arah,  belokan  dan  perubahan  penampang pipa.
Dalam  penelitiannya,  Costa  (2006),  variasi  tekanan, kecepatan  rata-rata  dan  kecepatan  turbulen  yang  terjadi pada  aliran  air  di  dalam  bentuk  sudut  tajam  dan  sudut bundar pada sambungan Tee 90 o yang diukur pada rasio aliran 50 % dengan bilangan Reynolds 32.000 Untuk  rugi  tekanan  ( Head  loss )  pada  pipa  bengkok ( Study of  the Separated and Total Losses in Bend ) telah diteliti  oleh  (Abubaker  et-all,  2003):  Bahwa  kerugian gesek  mayor    mempunyai  pengaruh  signifikan  pada kerugian  gesekan  total  ketika  perbandingan  bend curvatur radius (r).
Menurut  Krist  (2007),  kehilangan  tekanan  air  pada pipa-pipa  bengkok  dan  berbelok  dan  pipa  siku-siku (kehilangan  oleh  belokan-belokan)  dapat  menimbulkan kehilangan-kehilangan karena berubahnya arah. Kehilangan  karena  perubahan  arah  tercakup  dalam bilangan (ζ).  Nilai dari bilangan ini ditentukan oleh jari- jari  bengkokan  (r)  dari  sudut  bengkokan  (δ).  Secara normal  nilai ζ  yang akan  menjadi  kecil  jika  hari-jari rb jadi lebih besar  adalah  tergantung  dari  pada perbandingan  jari-jari  bengkokan  atau  diameter  dalam pipa.
Sedangkan terkait dengan turbulensi yang terjadi di dalam  pipa  Setyo  (2006)  menjelaskan  bahwa  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  di perlukan untuk mengalirkan fluida

## III. METODE
Untuk  memperoleh  data  penelitian,  maka  dilakukan dengan  metode  eksperimen.  Dalam  eksperimen  yang dilakukan  untuk  pengambilan  data  yang  yaitu  secara destriktif.  Jumlah  parameter  dapat  dibatasi  sehingga dapat  menghemat  biaya  dan  waktu  pelaksanaan.  Proses ekperimen dilakukan untuk menganalisa kapasitas aliran di  percabangan  pipa.  Hal  ini  dilakukan  guna  melihat kapasitas  aliran  fluida  akibat  percabangan  pipa  yang direncanakan.    Dalam  proses  penelitian  ini    dilakukan dengan  alat  uji  yang  dirancang  sedemikian  dan digunakan untuk menguji guna memperoleh data terkait dengan tema riset ini.
Gambar. 2 Set up alat uji
Keterangan :
1. Bak penampungan air.
2. Pressure guage.
3. Pompa sentripugal.
4. Pressure Guage.
5. TachoMeter.
6. Glove Valve.
7. Flowmeter Air.
8. Manometer.
9. Percabangan Tee.
Diagram Alur Penelitian :
Start Tinjauan Pustaka Data yang diambil Kesimpulan Selesai Persiapan Penelitian Melakukan Penelitian Data Hasil Tid ak Ya Pengolahan Data Analisa Pembahasan

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 3.  Grafik hubungan percabangan Tee terhadap debit aliran pada variasi diameter pipa.
Berdasarkan  hasil pengujian dan pengukuran  laju aliran pada  pipa  cabang  yang  diukur  dengan  menggunakan Flow  Meter serta  pipa  keluaran,  maka  untuk memperoleh  grafik  hasil  pengujian  harus  dihitung kemudian  hasilnya  dibuat  dalam  sebuah  grafik  hasil. Dalam  analisa  hasil  pengukuran  ini  yaitu  untuk percabangan Tee dengan diameter pipa ½ inchi, ¾ inchi dan 1 inchi. Dari gambar 3 diatas terlihat bahwa  dengan variasi  diameter  pipa,  kerugian  percabangan  Tee  pada diameter  pipa  1  inch  memiliki  nilai  yang  lebih  rendah dibandingkan  dengan  pipa  ¾    inch  dan  ½    yaitu  antara 0,0753,  0,17879  dan  0,27034.  Nilai  kerugian  ini berbanding  terbalik  dengan  debit  keluar  percabangan Tee.Nilai debit tertinggi pada diameter pipa 1 inch yaitu 17,437  .  Adapun  dari  grafik  diatas  dapat  kita  ketahui bahwa hal yang mendasar yang menyebabkan hubungan berbanding terbalik adalah kecepatan alirannya.
Gambar  4.  Grafik hubungan antara kerugian percabangan Tee dengan kecepatan spesifik.
Pada  dasarnya,  besarnya  nilai  kerugian  percabangan berpengaruh  terhadap  menurunnya  nilai  kecepatan spesifik.  Gambar  4  garfik  di  atas  telah  jelas memperlihatkan  hubungan  tersebut,  dimana  terlihat kondisinya  berbanding  terbalik  yaitu  semakin  besar kecepatan spesifiknya maka kerugian tee yang dihasilkan semakin  menurun.  Kondisi  tersebut  banyak  hal  yang
mempengaruhinya  diantaranya  adalah  semakin  kecil gesekan  yang  ditimbulkan  pada  daerah  di  dinding  pipa akibat tingginya kecepatan aliran. Adapun nilai tertinggi kecepatan spesifik yaitu 938 dengan diameter pipa 1 inch dan nilai kerugian percabangan 0,0753.
Sedangkan  nilai  terendah  tejadi  pada  pipa  ½  inchi yaitu  sebesar  918  Rpm  dengan  nilai  kerugian percabangan 0,27034 m.
Pada gambar 5 adalah grafik hubungan antara total head terhadap  efesiensi  dengan  variasi  diameter  pipa. Total head pompa  dipengaruhi  oleh  besarnya  kerugian- kerugian  pada  rangkaian  pipa  dan  juga  tekanan  pada pompa yang masuk dan tekanan keluar pompa. Sehingga head    total  pompa  mempengaruhi  besarnya  efisiensi pompa  dengan  nilai  sebagai  berikut, dengan Total  head 6,1667 m didapat  ηp 58,5 % , dan Total head 6,506 m, η p 57    %,  sedangkan  pada total  head 7,0504  m efesiensinya,η p 53,5  %.  Dari  hasil  tersebut  didapat kesimpulan  bahwa  semakin  besar total  head pompa maka semakin kecil efisiensi pompa yang dihasilkan.
Gambar 5. Grafik hubungan total head terhadap efisiensi pompa dengan variasi diameter pipa.

## V. PENUTUP

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan terhadap  percabangan  aliran  dengan  diameter  (½  inchi, ¾  inchi,  1  inchi)  maka  dapat  diperoleh  kesimpulan, yaitu: Nilai kerugian percabangan memberikan pengaruh  terhadap  kenaikan  debit.  Semakin  kecil  luas penampang  maka  kerugiannya  akan  semakin  besar. Koefisien  kerugian  percabangan  untuk  diameter  pipa  ½ inchi, ¾ inchi dan 1 inchi masing-masing  yaitu 0.27034 m, 0.17879 m  dan 0.0753 m dengan debit 16.833 Lpm, 17.2  Lpm  dan  17.437  Lpm.  Sedangkan  head    total pompa  mempengaruhi  besarnya efisiensi pompa.  Untuk total head 6,1667 m maka η p 58,5 % , total head 6,506 m maka η p 57  % dan total head 7,0504 m maka η p 53,5 %.  Dari  hasil  perhitungan  didapat  kesimpulan  bahwa semakin  besar total  head pompa  maka  semakin  kecil efisiensi pompanya.

## Saran
Dalam  pengembangan  penelitian  selanjutnya  perlu kiranya divariasikan  bentuk percabangan ataupun bentuk variasi  sudut  yang  sesuai  untuk  meningkatkan  performa dalam sistem percabangan pipa.

## VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] Arip  Dwiyantoro,  B.,  Studi  Ekperimental  Tentang pengaruh  Protituding  (Tonjolan)  pada  Pipa  Lurus Bercabang  450  dan  600  terhadap  Distribusi Kecepatan  dan  Tekanan  Aliran,  ITS,  Surabaya, 2004.
[2] Abubaker  A.  Salem,  Saib  A.  Yousif  &  Yasser  F. Nassar, Study of the Separated and Total  losses  in Bends, Proceedings of the International Conference on  Fluid  and  Thermal  Energy  Conversion,  Bali, Indonesia, 2003.
[3] Costa  N.P.,  Mania.R,  2006.  Edge  Effects  on  the Flow  Characteristics  in  a  90  deg  Tee  Junction, Journal  of    Fluids  Engineering,  Vol.  128,  pp. 1204:1217,(Http://link.aip.org/link/?JFEGA4/128/
1204), diakses 12 Maret 2007.
[4] Darcy H., Recherches Expérimentales Relatives au Mouvement  de l’Eau  dans les  Tuyaux
[Experimental  Research  on  the  Movement  of
Water in Pipes]. Mallet-Bachelier, Paris,
Publishing, 1857.
[5] E.  Jack  and  C.  Liu,  “ Fundamentals  of  Fluid Mechanics ”, Mcgraw-Hill College, 1987
[6] J.  Weisbach  “Viscous  Flow  in  Ducts  Reynolds number regimes” german,journal Publishing, 1850.
[7] Kodoatie. Robert., Hidrolika Terapan, Aliran Pada Saluran  Terbuka  dan  Pipa .  :  Andi  Oftset, Yogyakarla, 2002.
[8] Krist.  Thomas.,  Hitlrauliku  ('ferjemahan  Dittes Ginting). Jakafta: Erlangga, 1991.
[9] Maryono  Agus,  Hidrolika  Terapan,  Pradnya Paramita, Jakarta, 2003.
[10] Setyo Indartono, Y., Meredam Turbulensi Membuat  Air  Mengalir  (jauh)  lebih  cepat,  2006 (Http://BERITA%20IPTEK%20ONLINE%20%M eredam%20turbulensi)