HIDROLIKA SISTEM PIPAPertemuan 11

Jurusan Teknik SipilFakultas Teknik

Universitas Sriwijaya

Disampaikan Oleh:

M. Baitullah Al Amin, M.Eng.baitullahunsri@yahoo.com

2

Tujuan1. Mahasiswa dapat memahami prinsip aliran

pipa dengan turbin dan pompa.2. Mahasiswa dapat memahami pipa yang

dihubungkan seri dan paralel.3. Mahasiswa dapat menghitung daya yang

dihasilkan aliran untuk turbin, dan daya yang dibutuhkan pompa untuk mengalirkan air.

4. Mahasiswa dapat menghitung tinggi tekanan dan debit dalam sistem pipa.

3

Garis Energi & Garis Tekanan

A

ZA Z1Z2 ZB

P1/γ

V12/ 2g

V22/ 2g

P2/γ

EGLHGL

Kolam A

Kolam Ba

b

ab

: Kehilangan energi sekunder akibat masukan (inlet): Kehilangan energi sekunder akibat penyempitan saluran

Tinggi energi total = elevasi + tinggi tekanan + tinggi kecepatan (Pers. Bernoulli)

D1

B

D2

4

Pipa dengan Turbin

HS

H

hF

L

D

EGL

HGL

VC

Curat

Kolam

Tek. atmosfer

Kehilangan energi sekunder kecil, sehingga EGL berimpit dengan HGL

Untuk memperoleh kecepatan besar guna memutar turbin air H = HS - hF

hF = (8fLQ2)/(π2gD5)H = HS - (8fLQ2)/(π2gD5)

DY = Q H γ η / 75

DY = (Q γ η / 75) (HS - (8fLQ2)/(π2gD5))

Tinggi tekanan H (m) : Daya untuk turbin (hp) :

Turbin

5

Pipa dengan Turbin Animasi/video skema pipa dengan turbin

untuk pembangkit listrik tenaga air (PLTA), dimana sumber air berasal dari waduk dapat dilihat pada file yang disertakan dalam lampiran.

Animasi: Skema Mikro Hidro (Sumber: Youtube)

Video: How It Works Hydroelectric Power

6

Pipa dengan Turbin

H

hF

L = 2000 m

D = 50 cmVC

Waduk

A

BHS = 100 mDY = ???

DY = (Q γ η / 75) (HS - (8fLQ2)/(π2gD5))

Q = 500 lt/det

η = 90%

f= 0,020

DY = (0,5 x 1000 x 0,9 / 75) (100 - (8 x 0,02 x 2000 x 0,52)/(3,142 x 9,81 x 0,52))DY = 580,15 hp

Contoh 1 Hitung daya untuk turbin DY!

Jadi, daya untuk turbin adalah sebesar 580,15 hp

Turbin

7

Pipa dengan Pompa

A

Kolam A

B

Kolam B

HS

hF2

H P2/γ

1

2

hF1P1/γ

Pompa

DY = Q H γ / 75 ηDaya pompa (hp) :

dengan:H = HS + hF1 + hF2

H merupakan tinggi tekanan total(total head) yg harus disediakanpompa agar dapat mengalirkan air dari kolam A ke kolam B

8

Pipa dengan Pompa

A

Kolam A

B

Kolam BhF2

H

1

2

hF1

Pompa

HS = 25 m

L 2 = 1490 mD2 = 15 cmf = 0,02

Q = 25 lt/detDY = ???η = 90%

L 1 = 10 mD1 = 15 cmf = 0,02

hF1 = (8fL1Q2)/(π2gD15)

hF1 = (8 x 0,02 x 10 x 0,0252)/(3,142 x 9,81 x 0,155)hF1 = 0,14 m

hF2 = (8fL2Q2)/(π2gD25)

hF2 = (8 x 0,02 x 1490 x 0,0252)/(3,142 x 9,81 x 0,155)hF2 = 20,29 m

H = HS + hF1 + hF2H = 25 + 0,14 + 20,29H = 45,43 m

DY = 0,025 x 45,43 x 1000 / 75 x 0,90DY = 16,83 hp

Contoh 2

9

Persamaan Energi:Z1 + p1/γ + V1

2/2g = Z2 + p2/ γ + V22/2g + hF1 + hF2 + hF3

Pipa Hubungan Seri

A

B

H

H2

2

hF3

hF2

hF1

H1

1D1

D2

D3L1

L2

L3

Persamaan Kontinuitas:Q = Q1 = Q2 = Q3

Pada titik 1 dan 2:p1/γ = H1 dan p2/γ = H2V1 = V2 = 0

Sehingga:Z1 + H1 = Z2 + H2 + hF1 + hF2 + hF3(Z1 + H1) – (Z2 + H2) = hF1 + hF2 + hF3

Atau:H = hF1 + hF2 + hF3

Persamaan D-W:hF = (8 f L Q2) / (π2 g D5)

Sehingga:H = (8Q2/gπ2) (f1L1/D1

5 + f2L2/D25 + f3L3/D3

5)

Debit aliran:Q = π (2gH)0,5 / 4 (f1L1/D1

5 + f2L2/D25 + f3L3/D3

5)0,5

10

Pipa Hubungan Seri

A

B

H = 25 m

H2 = 10 m2

hF3

hF2

H1 = 10 m

1D1

D2

D3L1

L2

L3

CD

Karakteristik pipa:L1 = 600 mL2 = 400 mL3 = 450 m

D1 = 0,75 mD2 = 0,50 mD3 = 0,60 m

f1 = 0,016f2 = 0,014f3 = 0,018

Pertanyaan:1. Tentukan debit pipa2. Tentukan tekanan pada titik sambung C dan D

Latihan 1

11

Pipa Hubungan Seri (Ekivalen)

A

B

H

H2

2

hF3

hF2

hF1

H1

1D1

D2

D3L1

L2

L3

Kadang-kadang penyelesaian pipa seri dilakukan dengan suatu pipa ekivalen yang mempunyaiPenampang seragam. Pipa disebut ekivalen apabila kehilangan tenaga pada pengaliran diDalam pipa ekivalen sama dengan pipa-pipa yang diganti.

Kehilangan tenaga dalam pipa ekivalen:H = (8Q2/gπ2) (feLe/De

5)Panjang pipa ekivalen:Le = (De

2/fe) (f1L1/D15 + f2L2/D2

5 + f3L3/D35)

12

Pipa Hubungan Seri

A

B

H = 25 m

H2 = 10 m2

hF3

hF2

H1 = 10 m

1D1

D2

D3L1

L2

L3

CD

Latihan 2

Tentukan panjang pipa ekivalen terhadap pipa terpanjang (pipa 1) !

13

Pipa Hubungan Paralel

A

B

1

2

3

H=hF1=hF2=hF3

Persamaan Kontinuitas:Q = Q1 + Q2 + Q3

Persamaan Energi:H = hF1 = hF2 = hF3

Atau:H = (8f1L1Q1

2) / (π2gD15) = (8f2L2Q2

2) / (π2gD25) =

(8f3L3Q32) / (π2gD3

5)Debit Aliran Tiap Pipa:Q1 = (0,25π(2g)0,5) (D1

5/f1L1)0,5 H0,5

Q2 = (0,25π(2g)0,5) (D25/f2L2)0,5 H0,5

Q3 = (0,25π(2g)0,5) (D35/f3L3)0,5 H0,5

Debit Aliran Pipa Ekivalen:Q = (0,25π(2g)0,5) (De

5/feLe)0,5 H0,5Persamaan Panjang Pipa Ekivalen:(De

5/feLe)0,5 = (D15/f1L1)0,5 + (D2

5/f2L2)0,5 + (D35/f3L3)0,5

14

Pipa Hubungan Paralel

A

B

1

2

3

HS = 60 m

hF1 + hF2

hF1

hF2

Latihan 2Pompa

Karakteristik pipa:L1 = 450 mL2 = 400 mL3 = 450 m

D1 = 0,60 mD2 = 0,30 mD3 = 0,45 m

f1 = 0,02f2 = 0,02f3 = 0,02

Q = 300 lt/det

Pertanyaan:1. Tentukan panjang pipa ekivalen terhadap pipa 12. Daya pompa (efisiensi 75%)3. Debit masing-masing pipa bercabang

15

Pipa Bercabang

A

C

B1

23

hT = hF3

hF2hF1

ZB

ZA

T

Persamaan Kontinuitas:∑QT = 0Q1 = Q2 + Q3AtauQ1 + Q2 = Q3(tergantung karakteristik pipa 1 & 2, dan elev. Muka air kolam A, B, &C)

16

Pipa BercabangProsedur perhitungan menentukan tekanan di titik T:1. Anggap garis tekanan di titik T mempunyai elevasi hT .2. Hitung Q1, Q2, dan Q3 untuk keadaan tersebut.3. Jika persamaan kontinuitas dipenuhi maka nilai Q1, Q2,

dan Q3 adalah benar.4. Jika aliran menuju T tidak sama dengan aliran

meninggalkan T, dibuat anggapan baru elevasi garis tekanan di T, yaitu dengan menaikkan garis tekanan di T apabila aliran masuk lebih besar daripada aliran keluar dan menurunkannya apabila aliran masuk lebih kecil dari aliran keluar.

5. Ulangi prosedur tersebut sampai dipenuhinya persamaan kontinuitas.

17

Pipa Bercabang Dengan menganggap bahwa elevasi muka air

kolam C sebagai bidang referensi dan dianggap bahwa elevasi garis tekanan di T di bawah elevasi muka air kolam B (hT < ZB), maka persamaan aliran mempunyai hubungan sebagai berikut.

Persamaan energi:ZA – hT = hF1 = (8f1L1Q1

2) / (π2gD15)

ZB – hT = hF2 = (8f2L2Q22) / (π2gD2

5)hT = hF3 = (8f3L3Q3

2) / (π2gD35)

Persamaan kontinuitas:Q1 + Q2 = Q3

18

Pipa Bercabang

A

B1

2

3C

hF2hF1

hC

ZA

ZB

D +162,6 m

+196,7 m

+190 m

Garis referensiKarakteristik pipa:L1 = 2440 mL2 = 1200 mL3 = 1220 m

D1 = 610 mmD2 = 406 mmD3 = 350 mm

f1 = 0,029f2 = 0,029f3 = 0,029

Tentukan debit masing-masing pipa!

Latihan 3

19

Pustaka Untuk penjelasan yang lebih detil dan

lengkap, Saudara disarankan membaca buku Hidraulika II (Prof. Bambang Triatmodjo).

SELESAI