Bab 04 Aliran Fluida Dalam Pipa
description
Transcript of Bab 04 Aliran Fluida Dalam Pipa
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 1
BAB IVALIRAN FLUIDA DALAM PIPA
BAB IVALIRAN FLUIDA DALAM PIPA Pressure DropPressure Drop Aliran FluidaAliran Fluida Persamaan KontinuitasPersamaan Kontinuitas Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli Karakteristik Aliran Di Dalam Karakteristik Aliran Di Dalam
Saluran/PipaSaluran/Pipa Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-
SambunganSambungan
Pressure DropPressure Drop Aliran FluidaAliran Fluida Persamaan KontinuitasPersamaan Kontinuitas Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli Karakteristik Aliran Di Dalam Karakteristik Aliran Di Dalam
Saluran/PipaSaluran/Pipa Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-
SambunganSambungan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 2
4.1 Pendahuluan
Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang laintempat yang lain
Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas :Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas : PipaPipa Sambungan-Sambungan (Sambungan-Sambungan (fitting)fitting) Peralatan pipa (pompa)Peralatan pipa (pompa) dlldll
Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang laintempat yang lain
Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas :Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas : PipaPipa Sambungan-Sambungan (Sambungan-Sambungan (fitting)fitting) Peralatan pipa (pompa)Peralatan pipa (pompa) dlldll
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 3
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 4
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 5
• 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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 6
4.4 Persamaan Kontinuitas
Persamaan kontinuitas diperoleh dari hukum kelestarian massa yaitu:
222111 VAVA
21 mm
V
A
Massa jenis fluida
Luas penampang aliran
Kecepatan aliran
Dimana
Fluida inkompressibel 21
2211 VAVA
Catatan : Bidang A dan V harus tegak lurus satu sama lainnya
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 7
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?
smV
d
dV
d
d
A
VAV 85,0
3
122
1
2
2
112
2
21
2
112
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 8
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 :
2
222
1
211
22Z
g
V
g
pHZ
g
V
g
pL
Dimana: Z = ketinggian
HL= head loss dari titik 1 ke titik 2
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 9
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:
mgp
gg
p
g
maka
sm
AQV
sm
AQV
Zg
V
g
pHZ
g
V
g
p
B
B
BA
AA
BBB
LAAA
5,3
52
42,100
2
66,57
:
42,1)4/6,0.(
4,0
66,5)4/3,0.(
4,0
22
22
2
2
22
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 10
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 11
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 4-7
Header 4-15
Riser 3-10
Service umum 5-10
Air minum 3-7
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 12
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
Kecepatan maksimum aliran fluida dalam pipaKecepatan maksimum aliran fluida dalam pipaKecepatan maksimum aliran fluida dalam pipaKecepatan maksimum aliran fluida dalam pipa
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 13
Penggunaan Material Pipa dan Sambungan yang Dianjurkan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 14
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 15
Persamaan matematis kerugian tekanan di dalam saluran sirkuler
2
2V
d
lfP
Hubungan antara head dan tekanan :
hgP ..
Kerugian head (head loss) :
g
V
d
lfh
2
2
Dimana :
P = kerugian tekanan
d = diameter pipa
V = kecepatan aliran
f = faktor friksi
l = panjang pipa
g = grafitasi
h = head
Catatan: harga f untuk pipa-pipa tertentu dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody dengan terlebih dahulu menghitung bilangan Reynolds
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 16
g
VKh
2
2
2
2VKp
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 17
Diagram Moody
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 18
Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Tertutup
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 19
Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Terbuka
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 20
Nomogram 1. Liquid Pressure Drop for Viscous Flow
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 21
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 22
Persamaan matematis kerugian akibat sambungan (kerugian minor) dalam sistem pemipaan:
2
2
2
2
VKp
atau
g
VKh
m
m
Keterangan: K = Koefisien hambatan minor
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 23
Resistance Coefficients for Open Valves, Ebow, and Tees
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 24
Resistance Coefficients for Expansion and Constractions
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 25
Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 26
Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya (Lanjutan)
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 27
Special Fitting Losses In Equivalent Feet of Pipe
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 28
Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D)
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 29
4.8 Beberapa Contoh Perhitungan Karakteristik Aliran Sistem Di Dalam
Sistem PemipaanContoh 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.
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 30
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:
ftg
VKh 46,1
4,64
)7,9.(42,0
2
22
462000Re
1005.1
Re
25
s
ftx
VD
Aliran yang terjadi adalah turbulen. Jika kekasaran pipa 0,0017 maka dengan mengunakan diagram Moody diperoleh f = 0,023
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 31
fth 6,80
Kerugian friksi pada saluran pipa :
Kerugian melalui katup :
Dari tabel Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D) dengan l/D = 13 maka diperoleh:
fth 43,0
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 32
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
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 33
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.
fpsf
g
l
DpV 4,9
2
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 :ftxh 39,61,1289/49,82100100
Dengan diameter pipa 6 in maka dari diagram diperoleh aliran kira-kira 9,4 fps
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 34
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.
Bab 4 Aliran Dalam Pipa Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 35
END OFCHAPTER IV
END OFCHAPTER IV