BAB IV ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA Pressure Drop Aliran Fluida Persamaan Kontinuitas Persamaan Bernoulli Karakteristik Aliran Di Dalam Saluran/Pipa Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-Sambungan

4.1 Pendahuluan Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas : Pipa Sambungan-Sambungan (fitting) Peralatan pipa (pompa) dll

4.2 Pressure Drop Terjadi akibat aliran fluida mengalami gesekan dengan permukaan saluran Dapat juga terjadi ketika aliran melewati sambungan pipa,belokan,katup, difusor, dan sebagainya Besar Pressure Drop bergantung pada : * Kecepatan aliran * Kekasaran permukaan * Panjang pipa * Diameter pipa

4.3 Aliran Fluida Jenis Aliran Fluida : Steady atau tidak steady Laminar atau Turbulen Satu, dua, atau tiga dimensi Steady jika kecepatan aliran tidak merupakan fungsi waktu ( dv/dt = 0) Aliran laminer atau turbulen tergantung dari bilangan Reynolds Aliran satu dimensi terjadi jika arah dan besar kecepatan di semua titik sama Aliran dua dimensi terjadi jika fluida mengalir pada sebuah bidang (sejajar suatu bidang) dan pola garis aliran sama untuk semua bidang

Vektor kecepatan pada setiap titik kurva : Tidak memiliki arah normal Garis arus adalah kurva imajinasi yang digambar mengikuti pergerakan fluida untuk menunjukan arah pergerakan aliran fluida tersebut Vektor kecepatan pada setiap titik kurva : Tidak memiliki arah normal Tidak akan ada aliran yang berpindah dari suatu garis arus ke garis arus lain Gambar garis arus dan vektor kecepatan

4.4 Persamaan Kontinuitas Persamaan kontinuitas diperoleh dari hukum kelestarian massa yaitu: Massa jenis fluida Dimana Luas penampang aliran Fluida inkompressibel Kecepatan aliran Catatan : Bidang A dan V harus tegak lurus satu sama lainnya

Contoh 1. Jika kecepatan aliran alir pada pipa berdiameter 12 cm adalah 0,5 m/s, berapa kecepatan aliran tersebut jika pipa dikecilkan menjadi 3 cm?

4.5 Persamaan Bernoulli Merupakan salah satu bentuk penerapan hukum kelestarian energi Prinsipnya adalah energi pada dua titik yang dianalisis haruslah sama Untuk aliran steady dan fluida inkompressibel (perubahan energi dalam diabaikan) persamaan yang diperoleh adalah : Dimana: Z = ketinggian HL= head loss dari titik 1 ke titik 2

Contoh 2 Gambar di bawah menunjukkan aliran air dari titik A ke titik B dengan debit aliran sebesar 0,4 m3/s dan head tekanan pada titik A = 7 m. Jika diasumsikan tidak ada losses antara titik A dan titik B, tentukan head tekanan di titik B Penyelesaian:

4.6 Karakteristik Aliran Di Dalam Saluran/Pipa Aliran di dalam suatu saluran selalu disertai dengan friksi Aliran yang terlalu cepat akan menimbulkan pressure drop yang tinggi sedangkan aliran yang terlalu lambat pressure drop-nya akan rendah akan tetapi tidak efisien Kecepatan aliran perlu dibatasi dengan memperhatikan : * Besarnya daya yang dibutuhkan * Masalah erosi pada dinding pipa * Masalah pembentukan deposit/endapan * Tingkat kebisingan yang terjadi

Daerah kecepatan (fps) Harga-harga kecepatan aliran air yang dianjurkan untuk berbagai pemakaian Service Daerah kecepatan (fps) Keluaran pompa 8-12 Pipa isap pompa 4-7 Saluran pembuangan Header 4-15 Riser 3-10 Service umum 5-10 Air minum 3-7

Kecepatan maksimum aliran fluida dalam pipa Jenis fluida Kecepatan maksimum [ft/s] Uap untuk proses 120  150 Slurry 5  10 Uap air 100  130 Air 6  10 Fluida cair 100/1/2

Penggunaan Material Pipa dan Sambungan yang Dianjurkan

Kerugian yang terdapat di dalam aliran fluida Kerugian tekanan (Pressure Drop) atau Kerugian head ( Head Loss) Faktor yang mempengaruhi kerugian di dalam aliran fluida: Kecepatan aliran Luas penampang saluran Faktor friksi Viskositas Densitas fluida

Persamaan matematis kerugian tekanan di dalam saluran sirkuler Dimana : P = kerugian tekanan d = diameter pipa V = kecepatan aliran f = faktor friksi l = panjang pipa g = grafitasi h = head Hubungan antara head dan tekanan : Kerugian head (head loss) : Catatan: harga f untuk pipa-pipa tertentu dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody dengan terlebih dahulu menghitung bilangan Reynolds

Kerugian head dengan menggunakan konstanta K sebagai pengganti faktor friksi Kerugian tekanan dengan menggunakan konstanta K sebagai pengganti faktor friksi Catatan : Kerugian aliran akan semakin besar jika kecepatan aliran semakin cepat dan saluran semakin panjang

Diagram Moody

Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Tertutup

Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Terbuka

Nomogram 1. Liquid Pressure Drop for Viscous Flow

4.7 Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-Sambungan Bentuk-bentuk sambungan pada sistem perpipaan: Sambungan lurus Sambungan belok Sambungan cabang Sambungan dengan perubahan ukuran saluran Cara-cara penyambungan pada sistem pemipaan: Ulir Press Flens Lem Las

Persamaan matematis kerugian akibat sambungan (kerugian minor) dalam sistem pemipaan: Keterangan: K = Koefisien hambatan minor

Resistance Coefficients for Open Valves, Ebow, and Tees

Resistance Coefficients for Expansion and Constractions

Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya

Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya (Lanjutan)

Special Fitting Losses In Equivalent Feet of Pipe

Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D)

4. 8 Beberapa Contoh Perhitungan. Karakteristik Aliran Sistem Di Dalam 4.8 Beberapa Contoh Perhitungan Karakteristik Aliran Sistem Di Dalam Sistem Pemipaan Contoh 1. Suatu sistem pemipaan terdiri dari komponen seperti gambar. Air mengalir dengan kecepatan sebesar 9,7 fps dan diameter 6 inch. Pipa tersebut adalah pipa baru dengan panjang 1200 ft. Katup gerbang berada pada posisi terbuka penuh. Tentukan kerugian tekanan dari titik 1 hingga titik 3.

Penyelesaian: Kerugian aliran dari titik 1s.d 3 adalah jumlah dari kerugian-kerugian aliran pada pengecilan penampang di titik 1, kerugian friksi sepanjang pipa 1 s.d 2 dan kerugian pada katup. Dari grafik resistance coefficient for expantion and constraction diperoleh harga K= 0,42 untuk titik 1, sehingga kerugiannya: Aliran yang terjadi adalah turbulen. Jika kekasaran pipa 0,0017 maka dengan mengunakan diagram Moody diperoleh f = 0,023

Kerugian friksi pada saluran pipa : Kerugian melalui katup : Dari tabel Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D) dengan l/D = 13 maka diperoleh: Jadi kerugian aliran total dari sistem antara 1 s.d 3 adalah 1,46 + 80,6 + 0,43 + ft = 82,49 ft atau 35,7 psi

Contoh 2. Apabila sistem pada contoh 1 besar pembukaan katup diubah menjadi 50 % maka hitunglah laju aliran yang terjadi. Untuk kasus ini aliran total antara titik 1 s.d 3 tidak berubah yaitu tetap sebesar 82,49 ft. Penyelesaian: Untuk katup terbuka ½ harga l/D berubah menjadi 160 sehingga panjang ekivalennya untuk diameter 6 in menjadi Lekivalen= 160(6/12) = 80 ft Titik pemasukan 1 mempunyai K = 0,42 dengan panjang 9,1 ft. Jadi panjang total ekivalennya yaitu 1200+80+9,1= 1289,1 ft

Untuk penyelesaian ini dimisalkan kecepatan aliran 5 fps dengan bilangan Re = 238095 dan kekasaran relatif 0.0017 sehingga diperoleh f = 0,023. Terlihat disini bahwa harga faktor friksi tidak berubah dengan contoh 1. Hasil tersebut di atas menunjukan bahwa perubahan bukaan katup sebesar 50% hanya mengubah kapasitas aliran sebanyak 3% saja. Penyelesaian contoh ini juga dapat dilakukan dengan menggunakan diagram Hazen-William yaitu: Kerugian aliran yang terjadi perseratus ft panjang pipa adalah : Dengan diameter pipa 6 in maka dari diagram diperoleh aliran kira-kira 9,4 fps

Dari contoh di atas dapat disimpulkan bahwa desain sistem tersebut kurang baik karena perubahan bukaan katup 50% tidak mempengaruhi besar laju aliran yang terjadi. Untuk mendapatkan gambaran maka katup gerbang diganti dengan katup globe dengan bukaan 50 %, panjang ekivalen rata-rata l/D = 740. Dengan menggunakan prosedur di atas maka diperoleh penurunan aliran sebanyak 13 %. Kesimpulannya yaitu perencanaan sistem pemipaan ini tidak baik walaupun air masih dapat dialirkan.

END OF CHAPTER IV