BAB IV ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA by mq49C2d

VIEWS: 908 PAGES: 35

									  Bab 4 Aliran Dalam Pipa




         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

                                                                               1
                            Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
      Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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


                                                                                         2
                                      Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
   Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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


                                                                                3
                             Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
      Bab 4 Aliran Dalam 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


                                                                                   4
                                Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa


• 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
                                                                                 5
                              Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
      Bab 4 Aliran Dalam Pipa




 4.4 Persamaan Kontinuitas
        Persamaan kontinuitas diperoleh dari
        hukum kelestarian massa yaitu:

              m1  m2
                  


      1 A1V1   2 A2V2
                                                     Dimana               Massa jenis fluida

                                                                  A        Luas penampang aliran
Fluida inkompressibel           1   2                          V        Kecepatan aliran

           A1V1  A2V2

    Catatan : Bidang A dan V harus tegak lurus satu sama lainnya
                                                                                                    6
                                Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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?

                                              2
            A1V1 d        d1 
                                                                2
                                    12 
                            2
       V2          V1    V1    0,5  8 m
                           1
                          d 
             A2   d       2
                            2
                           2     3           s




                                                                             7
                          Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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 :


                               p1 V12                p2 V22      
                                 
                               g 2 g  Z1   H L  
                                                         
                                                       g 2 g  Z2 
                                                                    
                                                                 

     Dimana: Z = ketinggian
                   HL= head loss dari titik 1 ke titik 2                             8
                                  Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa


 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:
 p A VA2
                         p B VB2        
    
 g 2 g   ZA   HL  
                              
                          g 2 g     ZB 
                                          
                                       
VA  Q     0,4               5,66 m
       AA       ( .0,3 / 4)
                       2
                                      s

VA  Q         0,4                     1,42 m
         AB           ( .0,6 / 4)
                              2
                                                     s
maka :
    5,66 2            p B 1,422    
7 
            0  0  
                       g        5
                                      
     2g                     2g     
pB
   g  3,5m
                                                                                     9
                                  Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
   Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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

                                                                                10
                             Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
   Bab 4 Aliran Dalam Pipa



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
                                                                                  11
                               Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa




         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




                                                                               12
                            Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
  Bab 4 Aliran Dalam Pipa



Penggunaan Material Pipa dan Sambungan yang
Dianjurkan




                                                                               13
                            Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
     Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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



                                                                                  14
                               Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa



Persamaan matematis kerugian tekanan di dalam saluran
sirkuler
                                                                         Dimana :
             l    V      2
                              
   P  f        
                             
                                                                        P = kerugian tekanan
             d     2         
                                                                         d = diameter pipa
 Hubungan antara head dan tekanan :                                      V = kecepatan aliran
                                                                         f = faktor friksi
   P  .g.h
                                                                         l = panjang pipa
 Kerugian head (head loss) :                                             g = grafitasi
                                                                         h = head
           l  V 
                      2
   h  f   
                
           d  2 g 

  Catatan: harga f untuk pipa-pipa tertentu dapat dicari dengan menggunakan
  diagram Moody dengan terlebih dahulu menghitung bilangan Reynolds
                                                                                                 15
                                  Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa



Kerugian head dengan menggunakan konstanta K
sebagai pengganti faktor friksi

                                    V 2 
                             h  K  
                                     2g 
                                     

    Kerugian tekanan dengan menggunakan konstanta K
    sebagai pengganti faktor friksi
                                     V 2 
                             p  K  
                                      2 
                                      

Catatan : Kerugian aliran akan semakin besar jika kecepatan aliran semakin
           cepat dan saluran semakin panjang
                                                                             16
                          Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa

Diagram Moody




                                                                                 17
                              Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
     Bab 4 Aliran Dalam Pipa



Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Tertutup




                                                                                  18
                               Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
 Bab 4 Aliran Dalam Pipa


Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Terbuka




                                                                              19
                           Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
  Bab 4 Aliran Dalam Pipa




Nomogram 1. Liquid Pressure Drop for Viscous Flow




                                                                               20
                            Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
  Bab 4 Aliran Dalam Pipa



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
                                                                               21
                            Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa




Persamaan matematis kerugian akibat sambungan (kerugian
minor) dalam sistem pemipaan:


                                       V 2 
                               hm  K  
                                        2g 
                                        
                               atau
                                          V 2 
                               p m  K   
                                           2 
                                           

   Keterangan: K = Koefisien hambatan minor



                                                                                 22
                              Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa


Resistance Coefficients for Open Valves, Ebow, and Tees




                                                                                 23
                              Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa


Resistance Coefficients for Expansion and Constractions




                                                                                 24
                              Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa


Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya




                                                                             25
                          Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
     Bab 4 Aliran Dalam Pipa


Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya (Lanjutan)




                                                                                  26
                               Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa


Special Fitting Losses In Equivalent Feet of Pipe




                                                                             27
                          Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa


Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D)




                                                                                 28
                              Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
     Bab 4 Aliran Dalam Pipa


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.




                                                                                  29
                               Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
        Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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:
      V 2  0,42.(9,7) 2
h  K  
      2g                 1,46 ft             Aliran yang terjadi adalah turbulen.
              64,4
                                                Jika kekasaran pipa 0,0017 maka
        VD                                      dengan    mengunakan        diagram
Re                                             Moody diperoleh f = 0,023
         
                          f t2
  1.05 x105
                           s
Re  462000
                                                                                       30
                                  Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa




  Kerugian friksi pada saluran pipa :
             h  80,6 f t

 Kerugian melalui katup :
 Dari tabel Representative Equivalent Length in Pipe
 Diameters (L/D) dengan l/D = 13 maka diperoleh:
              h  0,43 f t

   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




                                                                             31
                          Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
    Bab 4 Aliran Dalam Pipa



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
                                                                                 32
                              Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
      Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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.
                                   D  2g
                          V    p        9,4 f ps
                                   l  f
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 :
                     h100  100 x82 ,49 / 1289 ,1  6,39 ft

  Dengan diameter pipa 6 in maka dari diagram diperoleh
  aliran kira-kira 9,4 fps                                                         33
                                Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
      Bab 4 Aliran Dalam Pipa




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.




                                                                                   34
                                Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa




                            END OF
                          CHAPTER IV




                                                                              35
                           Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

								
To top