Bab 4 Aliran Dalam Pipa BAB IV ALIRAN

Bab 4 Aliran Dalam Pipa BAB IV ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA v Pressure Drop v Aliran Fluida v Persamaan Kontinuitas v Persamaan Bernoulli v Karakteristik Aliran Di Dalam Saluran/Pipa v Karakteristik Aliran Melalui Sambungan 1 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

Bab 4 Aliran Dalam Pipa 4. 1 Pendahuluan q 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 q Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas : Ø Pipa Ø Sambungan-Sambungan (fitting) Ø Peralatan pipa (pompa) Ø 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 : q Steady atau tidak steady q Laminar atau Turbulen q Satu, dua, atau tiga dimensi ü Steady jika kecepatan aliran tidak merupakan fungsi waktu ( dv/dt = 0) ü Aliran laminer atau turbulen tergantung dari bilangan Reynolds ü Aliran satu dimensi terjadi jika arah dan besar kecepatan di semua titik sama ü 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: Dimana Fluida inkompressibel Massa jenis fluida Luas penampang aliran Kecepatan aliran 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 alir pada pipa berdiameter 12 cm adalah 0, 5 m/s, berapa kecepatan aliran tersebut jika pipa dikecilkan menjadi 3 cm? 7 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

Bab 4 Aliran Dalam Pipa 4. 5 Persamaan Bernoulli Ø Merupakan salah satu bentuk penerapan hukum kelestarian energi Ø Prinsipnya adalah energi pada dua titik yang dianalisis haruslah sama Ø 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 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 8

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 m 3/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: 9 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

Bab 4 Aliran Dalam Pipa 4. 6 Karakteristik Aliran Di Dalam Saluran/Pipa v Aliran di dalam suatu saluran selalu disertai dengan friksi v Aliran yang terlalu cepat akan menimbulkan pressure drop yang tinggi sedangkan aliran yang terlalu lambat pressure drop-nya akan rendah akan tetapi tidak efisien v 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: ü Kecepatan aliran ü Luas penampang saluran ü Faktor friksi ü Viskositas ü Densitas fluida 14 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

Bab 4 Aliran Dalam Pipa Persamaan matematis kerugian tekanan di dalam saluran sirkuler Dimana : P = kerugian tekanan d = diameter pipa Hubungan antara head dan tekanan : V = kecepatan aliran f = faktor friksi l = panjang pipa Kerugian head (head loss) : g = grafitasi h = head 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 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 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: v Sambungan lurus v Sambungan belok v Sambungan cabang v Sambungan dengan perubahan ukuran saluran Cara-cara penyambungan pada sistem pemipaan: ü Ulir ü Press ü Flens ü Lem ü Las 21 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

Bab 4 Aliran Dalam Pipa Persamaan matematis kerugian akibat sambungan (kerugian minor) dalam sistem pemipaan: 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 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 1 s. d 3 adalah jumlah dari 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 30 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

Bab 4 Aliran Dalam Pipa 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 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. 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 Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 33

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