DUCT LOSSES/ KEHILANGAN PADA PIPA PRINSIP UMUM VENTILASI Nama : Ir. LATAR MUHAMMAD ARIF, MSc N0mor dosen : 6852 Jabatan akademik : LEKTOR Kedudukan : Dosen tidak tetap ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L 9/20/2018

Ada dua kompenen yang menyebabkan kehilangan tekanan total pada pipa DUCT LOSSES Ada dua kompenen yang menyebabkan kehilangan tekanan total pada pipa 9/20/2018 FRICTION LOSSES/kehilangan gesekan, FITING LOSSESS ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

3.4.1. Friction Losses/Kehilangan Gesekan. 9/20/2018 Sifat-sifat lapisan batas sangat menentukan tahanan dalam aliran udara, dan dalam menentukan perpindahan panas ke atau dari aliran fluida yang sedang bergerak ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Re = 𝜌.d.v , ----------- 2.13 µ dimana ; d = diameter pipa, ft Kecepatan aliran, kerapatan udara, viskositas, dan diameter pipa, dikombinsikan dikenal sebagai bilangan Reynolds (Re),dan difenisikan sebagai Re = 𝜌.d.v , ----------- 2.13 µ 9/20/2018 dimana ; d = diameter pipa, ft v = kecepatan alir rata-rata/velocity, ft/sec µ = viskositas/viscosity, lbm/s-ft ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Apabila bilangan Reynolds (Re) lebih kecil dari dari kira-kira 2000.aliran akan liminer, dan jika lebih dari kira-kira 3000 aliran akan turbelen .  

Surface Roughness (k), feet  3.4.2. Kehilangan Gesekan Dengan Mode Diagram Untuk menentukan jenis kekasaran permukaan material pipa, ditujukan dalam tabel roughness height (k), tabel. 3.1. 9/20/2018 Tabel.3.1 Absolute Surface Roughness Material Duct Surface Roughness (k), feet Galvanized metal 0.0005 Black iron 0.00015 Aluminum Stainlesss steel Flexible duct (wires exposed) 0.01 Flexible duct (wires covered) 0.003 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L The above roughness heighness are design values, it should be noted that significant varitions from these values may occur, depending on thr manufacturing process.

hL = 𝑓 𝐿 𝑑 𝑐 .𝑉𝑃 -------------- (3.14) L.F. Moody ; Moody diagram char gambar. 3.14, dalam bilangan Reynolds (Re), dengan friction factor (f), dihitung sebagai berikut, 9/20/2018 hL = 𝑓 𝐿 𝑑 𝑐 .𝑉𝑃 -------------- (3.14) dimana , hL = kehilangan gesekan dalam saluran/pipa, in wg f = moody diagram friction factor L = panjang duct/pipa, ft dc = diameter duct/pipa, in VP = tekanan kecepatan dalam duct, in WG ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

𝑓=8 8 𝑅𝑒 12 + 𝐴+𝐵 −3/2 1/12 −−−−−− 3.15 dimana ; Aliran fluida melalui pipa bersifat liminer, critical dan tubulen, pada Moody diagram dihitung sebagai berikut : 𝑓=8 8 𝑅𝑒 12 + 𝐴+𝐵 −3/2 1/12 −−−−−− 3.15 9/20/2018  dimana ; 𝐴= −2.457 𝑙𝑛 7 𝑅𝑒 0.9 + 𝑘 3.7𝐷 16   𝐵= 37,530 𝑅𝑒 16 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Dalam mendesain sistim ventilasi, maka kehilangan gesekan dalam duct/pipa (hl), dihitung dengan persamaan sebagai berikut : 9/20/2018 ℎ 𝑙 = 2.74 𝑉/1000 1.9 𝐷 1.22 ……… (3.16) dimana ; V = kecepatan aliran udara dalam saluran/pipa, fpm D = diameter saluran pipa, in ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Gambar, 2.11 MOODY DIAGRAM 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Gambar, 2.11 MOODY DIAGRAM

Sebagai contoh ℎ 𝑙 = 12. 𝑓 𝐷 𝐿.𝑉𝑃= 𝐻 𝑓 𝐿.𝑉𝑃 ……….. (3.17) atau Misalnya dalam mendesain sistim ventilasi, dengan panjang pipa 100 feet, satandar udara sebesar 0,0075 lbm/ft3, dengan menggunakan material pipa galvanized iron (k = 0.0005 ft), tabel 3.1, maka friction factor(Hf) dihitung sebagai berikut : 9/20/2018 ℎ 𝑙 = 12. 𝑓 𝐷 𝐿.𝑉𝑃= 𝐻 𝑓 𝐿.𝑉𝑃 ……….. (3.17) atau 𝐻 𝑓 =12 𝑓 𝐷 = 𝑎 𝑉 𝑏 𝑄 𝑐 …………….…. (3.18   Koefisien a, b, c, adalah bilangan konstan, bahan material duct, lihat tabel 3.2. ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Material Duct K, Ft a b c Aluminum, black iron, stainless steel 0.00015 0.0425 0.465 0.602 Galvanized sheet duct 0.0005 0.0307 0.533 0.612 Flexible duct, fabric wire covered 0.003 0.0311 0.604 0.639

3.4.3. Fitting Losses /Kehilangan Fitting atau sabungan Ada dua metode yaitu ; metode kecepatan tekanan (VP), dan kehilangan pada sambungan pipa atau fitting losses, yang mana loss koefisien (F), 9/20/2018 hL = F.VP .................. (3.19) Untuk mendapatkan besarnya bilangan Friction Factor (Hf),maka Hf = 0,0307 𝑉 0.533 𝑄 0.612 ………….. (3.20) ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Hf = 0,4937 (𝑄 0.079 ) (𝐷 1.066 )

d = 3,5 in (luas penampang = 0,0668 ft2), Contoh pada gambar, 3.13 ; Hood Q= 300 cfm, dan d = 3,5 in (luas penampang = 0,0668 ft2), 9/20/2018 maka ----- V = Q/A = 300/0,0668 = 4490 fpm Standar udara, Q = 4005 A.Ce . SPh u/ Ce = 0,845,dan SPh = 1,76 maka --- Q = 4005 (0,0668)(0,845) 1,76 = 300 cfm ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L u/ 𝐻 𝑓 =0,0307 4490 0.533 300 0.612 = 0,0828

Untuk persamaan (3.17), ----- hl = Hf.L.VP hl = (0.0828)(15)(1.26) = 1.56 in wg 9/20/2018 pada gambar 3.13 TP = SP + VP SP1 + VP1 = SP2 + VP2   SP1 = 0, dan VP1 = 0 ---- SP2 = - VP2 diamsusikan   -SP2 = SPh , --- SPh = - SP2 = VP2 + hc ----bila entry losses koefisien (hc) = 0,40 SPh = 1,76 in wg ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Pada titik -3; aliran udara masuk ke Fan (in let lokasi) SP2 + VP2 = SP3 + VP3 + hL   VP2 = VP3 , SP3 = SP2 – hL = - (1.76 - 1.56 ) in wg = -3.32 “wg 9/20/2018 pada gambar 3.12; pada titik -4 aliran udara keluar dari fan (out- let area),dan diasumsikan kehilangan dari fan sebesar hL = 1,04 in wg, dimana tekanan static (SP5 = 0)   SP4 = SP5 + hL = 0 in wg + 1.04 in wg = 1.04 in wg ------------------- (3.23) ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Gambar. 3.15 Blowing Versus Exhausting 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Gambar. 3.15 Blowing Versus Exhausting  

3.5. KEHILANGAN GESEKAN – SUHU & TEKAHAN 9/20/2018  Friction loss /Kehilangan gesekan pada saluran udara tergantung pada : t & p--- aktual Sebagian besar kerugian gesekan ,tersedia pada (diagram dan tabel), untuk saluran udara diperkirakan untuk udara pada “ Suhu dan Tekanan Normal – NTP” – kondisi (20oC dan 1bar). ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

1. SUHU Pada kondisi suhu yang sebenarnya , kerugian gesekan dapat dikompensasi seperti , pada persamaan 3.14 9/20/2018 Δp = k t Δp NTP ......3.14 Dimana : Δp = rugi gesekan yang sebenarnya (tekanan atau kepala) k t = temperatur kompensasi koefisien Δp NTP = gesekan kerugian pada kondisi NTP (tekanan atau kepala) ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Gambar, 2.7 Suhu Kompensasi Koefisien Suhu kompensasi koefisien dapat diestimasi dengan diagram di bawah ini: 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Gambar, 2.7 Suhu Kompensasi Koefisien

2. Tekanan  Jika tekanan aktual dinyatakan kerugian gesekan dapat dikompensasi seperti 9/20/2018 Δp = k p Δp NTP ..... (3.15) Δp = Rugi gesekan yang sebenarnya (tekanan atau kepala) k p = tekanan kompensasi koefisien Δp NTP = gesekan kerugian pada kondisi NTP (tekanan atau kepala ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Tekanan kompensasi koefisien dapat di estimasi dengan diagram Gambar, 3.8 Tekanan Kompensasi Koefisien  

ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Kehilagan Gesekan dalam Saluran Pipa/Air Ducts Friction Loss Calculator Kerugian besar, atau kehilangan gesekan, dalam saluran melingkar di baja galvanis dengan “turbulensi” aliran bisa untuk unit kekaisaran diekspresikan Δp = (0.109136 q 1.9 ) / d e 5.02 .......... 3.16 Dimana : Δp = gesekan (head or pressure loss/ kepala atau kehilangan tekanan) (inches water gauge= “WG/100 ft of duct) d e = diameter saluran setara (inci) q = air volume flow/ olume aliran udara - (cfm - kaki kubik per menit 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Tabel 1.1. Kehilangan tekanan dan kecepatan aliran udara KehilanganTekanan (inci alat pengukur air saluran per 100 kaki) Kecepatan aliran udara (ft / min) Volume udara (cfm) Duct Ukuran Pipa (inci) 4 5 6 8 10 12 16 100 0.65 0.21 0.09 0.02 0.01 1146 733 509 286 183 200 0.8 0.32 0.08 1467 1019 573 367 255 400 1.19 0.28 0.04 2037 800 0.34 0.14 0.03 1600 0.12 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Menurut standar SI, diagram kehilangan aliran udara pada pipa, seperti gambar diagram, 2.9, dan contohnya. Example - Air Duct and Friction Loss The friction loss in a 500 mm main duct in comfort system with air flow 1 m3/s can be estimated as indicated below to 0.05 Pa/m 9/20/2018 Gambar, 2.9 Friction loss in standard air ducts are indicated in the diagram below ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Major loss diagram air ducts - SI units    • 1 m/s = 196.85 ft/min • 1 m3/s = 3600 m3/h = 1000 dm3(liter)/s = 35.32 ft3/s = 2118.9 ft3/min = 13200 Imp.gal (UK)/min = 15852 gal (US)/min • 1 Pa = 1 N/m2 = 1.4504x10-4 lb/in2 = 1x10-5 bar = 4.03x10-3 in water = 0.336x10-3 ft water = 0.1024 mm water = 0.295x10-3 in mercury = 7.55x10-3 mm mercury = 0.1024 kg/m2 = 0.993x10-5 atm Major loss diagram air ducts - Imperial units ranging 10 - 100 000 cfm Friction loss (head loss) in standard air ducts are indicated in the diagram below The diagram is based on standard air 0.075 lb/ft3 in clean round galvanized metal ducts. • 1 inch water = 248.8 N/m2 (Pa)= 0.0361 lb/in2 (psi) = 25.4 kg/m2 = 0.0739 in mercury • 1 ft3/min (cfm) = 1.7 m3/h = 0.47 l/s • 1 ft/min = 5.08x10-3 m/s • 1 inch = 25.4 mm = 2.54 cm = 0.0254 m = 0.08333 ft 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Example - Friction Loss in Air Duct The friction loss in a 20 inches duct with air flow 4000 cfm can be estimated to approximately 0.23 inches water per 100 feet duct as shown in the diagram below. The air velocity can be estimated to approximately 1850 feet per minute. Gambar, 2.10 The diagram is based on standard air 0.075 lb/ft3 in clean round galvanized metal ducts 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L Reference    American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH). Industrial Ventilation, a Manual of Recommended Practice . 1988. Industri Ventilasi, Manual Praktek Fitur. 20th ed  Air Movement and Control Association (AMCA). . Arlington Heights, IL: Air Movement and Control Association. 1988.. Publikasi AMCA Satu Heights Arlington  American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). Handbooks and Standards  Burgess, WA et al. 1989. Ventilation and Control of the Work Environment. New York: Wiley Interscience  Sheet Metal and Air Conditioning Contractors National Association (SMACNA). SMACNA Publications. Arlington, VA: Sheet Metal and Air Conditioning Contractors National Association.  L.F. Moody ;Friction factor for pipe flow, ASME tream 66.672 (1944) 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Terima Kasih 9/20/2018 ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L