Analisa Aliran Fluida Dalam Pipa Spiral Pada Variasi Pitch Dengan ...
bab-04-aliran-fluida-dalam-pipa
-
Upload
ade-kurniawan -
Category
Documents
-
view
163 -
download
0
Transcript of bab-04-aliran-fluida-dalam-pipa
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 SambunganSambungan
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)
dll2
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 bidang4
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 kecepatan5
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa
4.4 Persamaan KontinuitasPersamaan kontinuitas diperoleh dari hukum kelestarian massa yaitu: m1 =m2
A1V1 = 2 A2V2 1Dimana
Fluida inkompressibel
1 = 2
= A= V=
Massa jenis fluida Luas penampang aliran Kecepatan aliran
A1V1 = A2V2Catatan : Bidang A dan V harus tegak lurus satu sama lainnya6
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? d1 A1V1 d 12 V2 = = V1 = V1 = 0,5 = 8 m d s A2 d 3 22 1 2 2 2 2
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 + + Z1 H L = + + Z2 g 2 g g 2 g
Dimana: Z = ketinggian HL= head loss dari titik 1 ke titik 2Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan8
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:2 p A VA p B VB2 + +Z A H L = + +ZB g 2 g g 2 g VA = Q = 0,4 = 5,66 m 2 AA s (.0,3 / 4)
VA = Q maka :
AB
= 0,4
(.0,6 / 4)2
=1,42 m
s
p B 1,42 2 5,66 2 7 + + 0 0 = + +5 g 2g 2g pB g = 3,5m9
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 terjadi10
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Harga-harga kecepatan aliran air yang dianjurkan untuk berbagai pemakaianService Keluaran pompa Pipa isap pompa Saluran pembuangan Header Riser Service umum Air minum Daerah kecepatan (fps) 8-12 4-7 4-7 4-15 3-10 5-10 3-711
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Kecepatan maksimum aliran fluida dalam pipa Jenis fluida Uap untuk proses Slurry Uap air Air Fluida cair Kecepatan maksimum [ft/s] 120 150 5 10 100 130 6 10 100/ 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 sirkulerP = f l d V 2 2
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 :
P = .g .hKerugian head (head loss) :2 l V h = f d 2 g
Catatan: harga f untuk pipa-pipa tertentu dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody dengan terlebih dahulu menghitung bilangan Reynolds15
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 friksiV 2 p = K 2 Catatan : Kerugian aliran akan semakin besar jika kecepatan aliran semakin cepat dan saluran semakin panjang16
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-SambunganBentuk-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 Las21
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 pm = 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 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.
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 = = 1,46 ft 2g 64,4
Re =
VD
ft 2 s
Aliran yang terjadi adalah turbulen. Jika kekasaran pipa 0,0017 maka dengan mengunakan diagram Moody diperoleh f = 0,023
= 1.05 x10 5Re = 462000
30
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
Bab 4 Aliran Dalam Pipa
Kerugian friksi pada saluran pipa : =80 ,6 ft h
Kerugian melalui katup : Dari tabel Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D) dengan l/D = 13 maka diperoleh: =0,4 ft h 3
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 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 ft32
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 fps 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 fpsDesain, 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