## ANALISIS DIAMETER GELEMBUNG PADA KERUGIAN TEKANAN ALIRAN FLUIDA
Rachmat Subagyo 1,2* , I.N.G. Wardana 3 , Agung Widodo. 3 , Eko Siswanto 3
1 Mahasiswa Program Doktor Teknik Mesin Universitas Brawijaya
2 Prodi Teknik Mesin Universitas Lambung Mangkurat Banjarmasin
3 Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia
*E-mail: rsunlam@gmail.com

## Abstract
In the development  of science studies have been conducted to  observe the losses that occur in  piping systems. During the fluid flowing through the pipe friction losses will occur between the fluid with the walls of the pipes, which are called by major losses. In general, the greater the loss of majorlosis on rough surfaces and can be reduced by using a more smooth surface such as glass, acrylic or with other coating materials. Gas bubbles that occur from the reaction of  water with very influential magnesium in lowering the pressure in a turbulent flow. With the gas bubbles in the fluid flow creates the effect of two-phase flow. This study reviewed the effect of gas bubbles to the pressure drop (pressure drop) that occurs. The working fluid used is water that flowed through the channel with a square acrylic 18  9 mm size. The bottom of the channel is mounted ribbon mg powder grain size 160  m to create the effect of bubbles in the fluid flow. The powder iron (Fe) used as comparison with the same  grain  size.  The  results  showed  when  the  turbulent  flow  mg  tape  coating  is  more  effective  to  reduce pressure losses due to flow into two phases and some bubbles that can survive will shrink the size of its diameter so it does not impede the flow rate.

## Keywords:
Piping systems, major losis, bubbles of gas, two-phase flow, bubble effect.

## PENDAHULUAN
Dalam  perkembangan  ilmu  pengetahuan berbagai  studi  telah  dilakukan  untuk  mengamati kerugian-kerugian  yang  terjadi  pada  sistem perpipaan.  Selama  fluida  mengalir  melalui  pipa akan terjadi kerugian gesekan antara fluida dengan dinding-dinding  pipa,  yang  disebut  dengan mayor losses .  Pada  umumnya  kerugian  mayor  losis semakin  besar  pada  permukaan  yang  kasar  dan dapat  dikurangi  dengan  menggunakan  permukaan yang  lebih  halus  seperti  kaca,  akrilik  ataupun dengan pelapisan bahan yang lainnya.
Berdasarkan klasifikasinya pada aliran bilangan  Reynolds  dibagi  menjadi  3  yaitu:  aliran laminer Re < 2000, aliran turbulen Re > 2300, dan aliran transisi, Re = 2000 -2300 [1].
Hasil eksperimen menyatakan bahwa Bilangan  Reynold  terkorelasi  dengan  kecepatan aliran.  Semakin besar kecepatan aliran fluida maka bilangan Reynold semakin tinggi yang mengakibatkan nilai koefisien gesek (f) yangterjadi semakin  besar.  Pada  kondisi  koefisien  gesek  yang besar mengakibatkan semakin tinggi pula head loss yang terjadi [2].
Pada aliran didalam  pipa yang cukup panjang (tidak  ada  efek  inlet  atau  fully  developed  flow), efek  dari  batas  dinding  atau  tegangan  geser
sebanding  dengan  kerugian  tekanan  artinya semakin  panjang  dinding  semakin  bertambah kerugian tekanan karena faktor gesekan kekentalan fluida.  Hasil  penelitian  distribusi  kecepatan menunjukan pada batas padat= 0 (tidak slip) adalah sesuai  dengan  hasil  analisa  perhitungan  ( exact solution ).  Jadi  apabila  terjadi  slip  pada  dinding (kecepatan  pada  dinding  ≠  0)  kerugian  tekanan menjadi  berkurang,  yang  pada  akhirnya  dapat menghemat energi [3].
Tingginya  koefisien  gesek  antara  fluida dengan  dinding  pipa  berpengaruh  secara  langsung kepada  besarnya  penurunan  tekanan  dan  pada akhirnya  pada  besarnya  energi  yang  diperlukan untuk mengalirkan fluida [4].
Penelitian  ini  mengungkap aliran  fluida  melalui dua  permukaan  kasar  sebagai  pelapis  pada  dasar saluran.  Untuk  meneliti  pengaruh  kekasaran  pada permukaan  ini  digunakan  bahan  pita  dari  serbuk magnesium  dan  serbuk    besi.  Pita  magnesium memiliki  permukaan  yang  kasar  tetapi  bereaksi dengan  air  melepas  gelembung  gas,  sedang  pita serbuk  besi  tidak.  Hasil  dari  presure  drop  kedua pita  kasar  ini  akan  dianalisis  dan  dibandingkan. Fenomena  kerugian  tekanan  dari  kedua  lapisan kasar diungkap dalam penelitian ini.

## METODE PENELITIAN
a) Meshing serbuk Mg dan Fe
Untuk  mendapatkan  ukuran  butir  yang  sama (seragam)  pada  serbuk  mg dan  fe, dilakukan meshing menggunakan alat: mesin pengguncang  rotap  ( Sieve  shaker )  seperti  di tunjukkan  pada  gambar  1.  Serbuk  mg  dan  fe diayak  dengan  ukuran  butir  (0.180,  0.160, 0.140 dan 0.125 mm).
Gambar 1. Alat meshing serbuk mg dan fe
b) Pembuatan pita pelapis
Gambar 2. (a). Pita serbuk Magnesium dan (b). Pita serbuk Besi
Gambar  2  menunjukkan  gambar  pita  Mg  (a) dan pita Fe (b), di buat dengan menggunakan pita  berperekat  yang  ditaburi  dengan  serbuk mg  dan  fe  secara  merata.  Ukuran  butir  yang digunakan  seragam    0,160  mm.  Dimensi ukuran  dari  pita  pelapis  pada  penelitian  ini adalah  1,8  x  50  cm,  hal  ini  disesuaikan dengan  permukaan  pipa  uji  yang  berbentuk persegi.
c) Pengukuran kekasaran permukaan
Gambar 3. Pengujian kekasaran pita mg dan fe
Uji  kekasaran  menggunakan  alat:  Mitutoyo SJ-301 buatan Jepang. Pengukuran keakasaran  ini  dilakukan  untuk  mengetahui nilai kekasaran dari pita mg dan fe  yang akan digunakan  sebagai  pelapis  pada  saluran  segi- empat. Hasil pengukuran nilai kekasaran ini di tunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4. Grafik nilai kekasaran pita mg dan fe
d) Pengambilan gambar gelembung
Gambar 5. Teknik pengambilan gambar gelembung
Pengambilan gambar ini menggunakan kamera:  Canon,  tipe:  EOS  600D  /Kiss  X5  / Rebel  T3i,  spesifikasi:  18-megapixel  CMOS sensor  Up  to  3.7fps  continuous  shooting Wide-area  9-point  AF  dan  lensa:  EFS  18- 55mm  f/3.5-5.6  +  Extension  tube.  Hasil pengambilan foto gelembung ini di tunjukkan pada gambar 5.
e) Pengukuran diameter gelembung
Pengukuran diameter gelembung
menggunakan  sofware  Image-J  seperti  pada gambar  6  dan  pengolahan  data  menggunakan microsoft  office  excel  2007.  Diameter gelembung
diklasifikasikan menurut ukurannya kemudian dihitung frekuensinya.
Gambar 6. Pengukuran diamater gelembung dengan sofware Image-J
20,4 20,6 20,8 21 21,2 21,4 21,6 1 Ni la i ke ka sa ra n ( μm) kekasaran mg (21,41) kekasaran fe (20,75)
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0 2000 4000 6000 P en ur un an t eka n an ( m h 2O) Bilangan Re Pelapis Mg Pelapis Fe

## INSTALASI PENELITIAN
Instalasi  penelitian  di  buat  seperti  gambar  7, dilengkapi  dengan  pompa  untuk  mensirkulasikan aliran fluida. Pengukuran debit aliran menggunakan bak  pengukur  debit  dengan  skala  2  liter  di  hitung pada setiap satuan detik.
Gambar 7. Instalasi penelitian
Teknik  pemasangan  pita  fe  dan  mg  dilakukan seperti pada gambar 8, pemasangan dilakukan pada dasar saluran seksi uji. Ukuran dimensi pita: 1,8 x 50  cm,  bahan  pembuatan    pita  perekat  dari  lakban dan ukuran butiran serbuk  adalah 0,18 mm.
Gambar 8. Teknik pemasangan  pita mg dan fe pada seksi uji

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Penurunan kerugian tekanan

## Gambar 9.Grafik hubungan antara bilangan Re terhadap penurunan tekanan
Gambar  9  menunjukkan  kerugian  tekanan  pada pelapis fe lebih kecil dibanding dengan pelapis mg pada  bilangan  Re  antara  1000-  4500.  Ketika bilangan Re meningkat pada aliran turbulen  4500, tren grafik berubah penurunan tekanan pada pelapis mg  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  pelapis  Fe. Hasil  pengujian  kekasaran  pada  gambar  4
menunjukkan bahwa kekasaran pita mg lebih besar di bandingkan dengan pita fe. Hal ini menunjukkan adanya  feneomena  lain  yang  terjadi  dimana  faktor kekasaran  tidak  berpengaruh  terhadap  kerugian tekanan yang terjadi ketika bilangan Re meningkat turbulen.

## B. Frekuensi diameter gelembung
Gambar 10. (a). Frekuensi diameter gelembung laminer (b). Frekuensi diameter gelembung  transisi (c). Frekuensi diameter gelembung turbulen.
Gambar 10  hasil pembentukan gelembung pada bilangan  Re:  1540,  3321  dan  4863.  Pada  bilangan Re laminer gelembung tersebar merata pada ukuran (0,6-1,8mm),  transisi  (0,6-1,08mm)  dan  turbulen (0,6-0,96mm)  hal  ini  menunjukkan  bahwa  ukuran diameter  gelembung  semakin  mengecil  dengan meningkatnya bilangan Re.
Dari  hasil  grafik  ini  menunjukkan  ada  sebuah fenomena  yang  menarik  yang  terjadi  pada pelapisan  ini.  Yang  pertama  pada  aliran  laminer pita  fe  lebih  kecil  kerugian  tekanannya  hal  ini disebabkan  efek  gelembung  hidrogen  belum perpengaruh  pada  aliran,  bahkan  pertumbuhan gelembung  yang  terjadi  pada  saluran  menghambat kecepatan  aliran  pada  saluran.  Yang  kedua  ketika aliran  meningkat  menjadi  turbulen  justru  terjadi kondisi  yang  sebaliknya,  kerugian  tekanan  pada pita  mg  berubah  mengecil  dibandingkan  dengan pita  fe.  Hal  ini  disebabkan  gelembung  hidrogen mulai  efektif  untuk  mengurangi  kerugian  tekanan yang terjadi.
Pada  bilangan  Re  yang  tinggi  sebagian gelembung  ada  yang  pecah  karena  tegangan permukaan dari  gelembung tidak  mampu  menahan kecepatan  aliran  yang  terjadi  sehingga  aliran menjadi  dua  fase.  Sebagian  gelembung  yang mampu bertahan akan mengecilkan  ukuran diameternya  sehingga  tidak  menghambat  laju aliran.
C. Diameter  rata-rata  gelembung  terhadap bilangan Re:

## Gambar 11. Grafik hubungan antara bilangan Re terhadap diameter rata-rata
Dari  hasil  perhitungan  diameter  rata-rata  pada tiga  jenis  aliran  yang  berbeda,  menunjukkan hubungan  antara  diameter  rata-rata  akan  menurun dengan  variasi  bilangan  Re  yang  semakin meningkat. Fenomena ini terjadi karena gelembung yang  sdh  terbentuk  pada  ukuran  diameter  besar akan  pecah  dan  gelembung  baru  yang  akan terbentuk  akan  mengurangi  ukuran  diameternya untuk  tetap  bertahan.  Sehingga  ukuran  rata-rata diameter akan semakin mengecil seperti ditunjukkan pada gambar 11.
D. Visualisasi pembentukan
diameter gelembung
Gambar 12. Visualisasi pembentukan gelembung pada
(a). Re 1540, (b). Re 3321 dan (c). 4863,38
Gambar 12 menunjukkan visualisasi dari gelembung  hidrogen  yang  terbentuk  pada  variasi aliran  laminer,  transisi  dan  turbulen.  Diameter gelembung  yang  terbentuk  ditunjukkan  dengan tanda  panah  pada  gambar.  Diameter  gelembung
yang terbentuk menunjukkan ukuran  yang semakin mengecil dengan semakin meningkatnya kecepatan aliran. Hal ini menujukkan bahwa kecepatan aliran berpengaruh  pada  ukuran  diameter  gelembung yang terbentuk.

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:
a) Pada  aliran  laminer  pelapisan  pita  fe  lebih kecil  kerugian  tekanannya  hal  ini  disebabkan efek  gelembung  hidrogen  belum  perpengaruh pada  aliran,  bahkan  pertumbuhan  gelembung yang  terjadi  pada  saluran menghambat kecepatan  aliran,  sehingga  kerugian  tekanan pada pelapisan pita mg lebih besar.
b) Ketika  aliran  berubah  menjadi  turbulen kerugian  tekanan  pada  pita  mg  berubah menjadi  lebih  kecil  dibandingkan  dengan pita  fe.  Hal  ini  disebabkan  gelembung hidrogen  mulai  efektif  untuk  mengurangi kerugian tekanan yang terjadi.
c) Pada  bilangan  Re  yang  tinggi  sebagian gelembung  ada  yang  pecah  karena tegangan  permukaan  gelembung  tidak mampu  menahan  kecepatan  aliran  yang terjadi  sehingga  aliran  menjadi  dua  fase. Sebagian gelembung yang mampu bertahan akan mengecilkan ukuran diameternya  sehingga  tidak  menghambat laju aliran.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Helmizar. (2010). Studi Eksperimental Pengukuran Head  Losses Mayor  (Pipa  Pvc
Diameter  ¾  ”)  Dan Head  Losses Minor (Belokan Knee 90° Diameter ¾”) Pada Sistem Instalasi Pipa. Universitas Negeri Bengkulu.
2. Olson, R. 1993. Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik:  Edisi  Kelima.  Jakarta:  PTGramedia Pustaka Utama.
3. Yanuar,  2006,  “Efek  penambahan  zat  aditif terhadap  gesekan  fluida,  Seminar  Nasional Tahunan Teknik Mesin III”, KKE 225.
4. Setyo Indartono, Y., 2006, Meredam Turbulensi  Membuat  Air  Mengalir  (jauh) lebih cepat, Artikel Iptek, (Http://www.google.co.id)  diakses  12  Maret 2016).
0 0,2 0,4 0,6 0 2000 4000 Di am et er ge le m b u n g (m m ) Bilangan Re