Is i 2510637492156
-
Upload
fadillasoraya-isfahanii-silliond -
Category
Documents
-
view
242 -
download
10
description
Transcript of Is i 2510637492156
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
8
Universitas mercubuana
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Control Valve
Sebelum membahas lebih jauh tentang fungsi dan cara kerja control valve
berikut ini adalah pengetahuan singkat tentang sejarah definisi fungsi valve, yaitu
suatu alat yang dipergunakan untuk mengatur suatu aliran air yang digunakan
pada tahun B.C 3000 pada peradaban Aegean yaitu istilah umum untuk peradaban
Zaman Perunggu dari Yunani di sekitar laut Aegea, dimana pertama kali valve di
buat dari bahan kayu yang dioperasikan secara manual. Kemudian pada tahun A.D
12 valve mulai dibuat dari bahan bronze, yaitu valve yang dipasang pada tanki air
kapal perang Romawi. Jika di tinjau dari penemuan awal valve hingga saat ini,
fungsi valve di gunakan untuk :
1. Peran zaman kuno, fungsi valve untuk menahan laju suatu aliran.
2. Revolusi industri, valve di pasang pada mesin uap.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
9
Universitas mercubuana
3. Perkembangan modern saat ini, valve berfungsi untuk menjaga tekanan
agar tetap stabil dan dapat mencegah kavitasi, anti erosi dan lain
sebagainya.
Perkembangan penggunaan valve di segala bidang khususnya di dunia industri
yang begitu pesat saat ini, membutuhkan manufaktur/pabrikan yang dapat
memenuhi persyaratan-persyaratan mutlak yang diperlukan oleh pengguna valve
(end user), antara lain;
1. Material body valve yang tahan terhadap fluida yang bersifat korosif,
abrasif dan memiliki nilai jual yang ekonomis.
2. Valve yang memiliki standard keamanan yang tinggi saat di pasang pada
area berbahaya.
Gambar No. 1 Permulaan sebuah valve
Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia
Control Valve Elementary Course, Halaman 5
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
10
Universitas mercubuana
3. Valve yang memiliki cara perawatan yang mudah serta memiliki nilai
efisiensi yang tinggi terhadap nilai produksi.
Maka dapat disimpulkan bahwa control valve adalah suatu jenis elemen
pengendali akhir atau final control elemen yang paling umum digunakan untuk
memanipulasi proses laju aliran fluida. Kata control valve dapat juga di artikan
bahwa prinsip kerjanya bisa secara otomatis maupun manual. Suatu proses aliran
fluida pada control valve bekerja tidak hanya pada posisi menutup secara penuh
(fully closed) atau membuka secara penuh (fully opened) tetapi dapat juga di
kendalikan melalui manipulated variable atau input dari suatu proses yang dapat
dimanipulasi atau diubah-ubah untuk mengatur besaran bukaan valve agar proses
variabel selalu sama dengan set point yang di kehendaki.
TIPE CONTROL VALVE
Globe Valve
Pada tugas akhir ini pembahasan lebih lanjut adalah control valve dengan
tipe globe. Dinamakan globe valve dikarenakan bentuk alirannya yang
menyerupai globe/bola. Valve tipe globe ini paling populer di pakai pada sistem
pengendalian proses dikarenakan range ability (jangkauan yang luas) serta dapat
mengontrol aliran fluida proses secara akurat. Tipe globe control valve pada
umumnya terdiri dari dua jenis, yaitu single-seated (dudukan tunggal) dan double-
seated (dudukan ganda). Pada tipe double-seated, aliran fluida proses dipecah
menjadi dua bagian, sehingga pressure drop dimasing-masing bagian hanya
setengah dari pressure drop di antara inlet-oulet. Hal ini sangat menguntungkan
karena dapat mengurangi terjadinya korosi akibat fluida proses yang mengalir
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
11
Universitas mercubuana
secara kontinyu. Globe control valve adalah salah satu tipe yang paling banyak di
gunakan pada suatu proses area industri, baik di industri migas dan petrochemical.
2.1.1 Terminologi Proses Kontrol
Istilah proses kontrol adalah gabungan disiplin ilmu Statistik dan Teknik
yang berhubungan langsung dengan ilmu Arsitektur, Engineering dan Algoritma
dimana untuk menjaga atau mengendalikan output/keluaran dari suatu proses
tertentu dalam kisaran yang dikehendaki. Kata proses dalam bidang engineering
/rekayasa adalah seperangkat alat yang memiliki tugas yang saling terkait satu
dengan yang lain, untuk bersama-sama mengubah input menjadi output agar
sesuai yang diinginkan. Sedang kata kontrol adalah cabang antara ilmu
pengetahuan engineering dan matematika yang berhubungan dengan peralatan
yang bersifat dinamis dan dapat dimanipulasi atau diubah-ubah besaran outputnya.
Gabungan kerja alat-alat pengendali otomatis itulah yang sering dinamakan
dengan sistem pengendalian proses (process control system). Sedangkan semua
peralatan yang membentuk sistem pengendali disebut instrument pengendali
proses (process control instrumentation).
Maka dapat disimpulkan bahwa control valve adalah bagian dari istilah proses
kontrol yaitu suatu perangkat yang telah dilengkapi beberapa komponen yang
menjadi satu kesatuan unit control valve berupa aktuator, positioner, regulator
udara bertekanan, solenoid dan limit switch.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
12
Universitas mercubuana
2.1.1.1 Komponen Utama Control Valve
A. Aktuator
Aktuator/penggerak pada control valve adalah perangkat elektromekanik
yang menghasilkan daya gerakan baik menggunakan sistem pneumatik (perangkat
kompresi berbasis udara atau nitrogen), hidrolik (berbasis bahan cair seperti oli)
maupun secara elektrik yang fungsinya untuk menutup atau membuka laju aliran
fluida dalam valve.
Pada tipe pneumatik aktuator diaphragm/diafragma, secara umum dapat di
bagi menjadi dua prinsip kerjanya, yaitu:
a. Air-to-Open
Tipe air to open adalah aktuator akan bekerja jika masuknya sinyal udara
bertekanan (air compressor) pada kisaran 2.8 kgf/cm2 maka control valve
akan terbuka.
b. Air-to-Close
Tipe air to close adalah aktuator akan bekerja jika masuknya sinyal udara
bertekanan (air compressor) pada kisaran 2.8 kgf/cm2 maka control valve
akan menutup laju aliran fluida.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
13
Universitas mercubuana
B. Positioner
Positioner dalam suatu unit control valve memiliki fungsi yaitu untuk
memastikan posisi yang benar sesuai input sinyal kontrol untuk mengirimkan
permintaan membuka atau menutup control valve, tetapi tidak dapat
mengkonfirmasi posisinya.
Dengan perkembangan teknologi positioner control valve saat ini, jika di
tinjau dari input sinyal control, maka positioner dapat dibedakan sebagai berikut:
a. Positioner Pneumatik
Positioner akan bekerja untuk memastikan dengan benar posisi
pembukaan atau penutupan control valve jika menerima sinyal input
berupa udara bertekanan pada kisaran 0.2 ~ 1.0 kgf/cm2 dimana pada
posisi control valve terlihat masih menggunakan sistem analog. Pada
a. Aktuator
Pneumatik
b. Aktuator
Motorized
c. Aktuator
Hidrolik
Gambar No. 2 Tipe Aktuator control valve
Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia
Control Valve Elementary Course, Halaman 18
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
14
Universitas mercubuana
umumnya pembacaan posisi control valve pada tekanan 0.2 kgf/m2 yaitu
control valve pada posisi tertutup (full close) sedangkan pada posisi 1.0
kgf/cm2 posisi control valve adalah terbuka (full open). Jika disimpulkan
range input sinyal pneumatik positioner terhadap bukaan kontrol yaitu;
- 0.2 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 0%
- 0.4 kgf/cm2
bukaan control valve sebesar 25%
- 0.6 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 50%
- 0.8 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 75%
- 1.0 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 100%
b. Positioner Smart
Positioner akan bekerja untuk memastikan dengan benar posisi
pembukaan atau penutupan control valve jika menerima sinyal input
berupa sinyal elektronik pada kisaran 4 ~ 20 mA DC dimana pada posisi
control valve terlihat sudah menggunakan sistem digital. Pada umumnya
pembacaan posisi control valve pada 4 mA DC yaitu control valve pada
posisi tertutup (full close) sedangkan pada posisi 20 mA DC posisi control
valve adalah terbuka (full open). Jika disimpulkan range input sinyal
elektronik positioned terhadap bukaan control yaitu;
- 4 mA DC bukaan control valve sebesar 0%
- 8 mA DC bukaan control valve sebesar 25%
- 12 mA DC bukaan control valve sebesar 50%
- 16 mA DC bukaan control valve sebesar 75%
- 20 mA DC bukaan control valve sebesar 100%
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
15
Universitas mercubuana
c. Positioner Smart dengan HART Communication Protocol
Positioner ini adalah pengembangan dari positioner smart yang cara
kerjanya masih menggunakan sinyal input elektronik 4-20mA DC. Arti
kata HART sendiri adalah High Addressable Remote Transducer, dimana
jika positioned telah menggunakan memiliki kelebihan antara lain:
- Dapat mengkonfigurasi program secara otomatis
- Kalibrasi secara otomatis
- Mendiagnosa secara otomatis
a. Positioner
Pneumatik/Type
HTP
e. Positioner Smart/Type
AVP300
b. Positioner HART/Type
AVP302
c.
d.
Gambar No.3 Tipe-Tipe Positioner
Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
16
Universitas mercubuana
C. Pressure Air Regulator
Peran regulator udara bertekanan yang terdapat saringan/filter di dalamnya
yang terpasang pada unit control valve memiliki beberapa fungsi sebagai berikut:
- Mengatur dan menyaring udara yang masuk
- Membuang/drain partikel-partikel asing yang dibawa oleh udara
bertekanan, sehingga udara yang masuk ke dalam sistem kontrol benar-
benar bersih.
- Memonitor tekanan udara yang masuk ke dalam sistem control valve
Gambar No.4 Pressure Air Regulator Type KZ03
Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
17
Universitas mercubuana
D. Solenoid Valve
Solenoid valve adalah gabungan antara sistem elektrik dan mekanis
(katup elektromekanis) yang terpasang pada sistem control valve berfungsi
mengendalikan tekanan udara yang masuk ke aktuator. Arus yang di
gunakan secara umum adalah arus searah/DC (direct current) yaitu 24 VDC.
2.1.2 Terminologi Sliding-Stem Control Valve
Pada umumnya istilah tipe sliding-stem control valve yaitu valve
sorong/dorong dimana stem/as/shaft valve pergerakkan untuk menutup atau
membuka aliran fluida. Tipe yang lazim menggunakan tipe sliding/dorong yaitu
tipe globe valve. Adapun persentase pergerakkan menutup/membuka valve dapat
di monitor travel valve tesebut. Gambar dibawah ini adalah tipe sliding-stem
control valve, dimana item valve stem yang telah terangkai sedemikian rupa akan
bekerja mendorong plug stem untuk menutup dan mengangkat plug stem untuk
membuka aliran fluida.
Gambar No.5 Solenoid Valve Type J320b175
Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
18
Universitas mercubuana
Gambar No.6 sliding-stem control valve
Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
2.1.3 Terminologi Rotary-Shaft Control Valve
Istilah rotary-shaft control valve adalah dimana bagian dari valve yaitu
disc/lempengan/plug yang berfungsi sebagai menutup atau membuka aliran fluida
bekerja dengan cara berputar mengikuti poros/shaft valve tersebut dengan
membentuk sudut 25o, 45
o, 60
o dan 90
o yang disesuaikan oleh Cv control valve.
Tipe valve yang bekerja secara rotasi bisa berupa tipe: ball valve, butterfly valve,
plug valve dan lain sebagainya. Beberapa pabrikan rotary valve telah banyak
memberikan informasi kepada praktisi di industri dalam untuk menentukan
bukaan/travel valve yang diinginkan.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
19
Universitas mercubuana
Gambar No.7. rotary-shaft control valve
Sumer : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
2.2 Klasifikasi control Valve
Ditinjau dari cara kerja valve dan fungsinya, maka valve dapat di kelompokkan
menjadi dua bagian, yaitu manual valve dan automated valve.
2.2.1 Manual Valve
Manual valve adalah katup-katup yang terpasang disaluran fluida gas atau
cair yang cara pengoperasiannya masih di dominan oleh manusia, yaitu pada saat
membuka atau menutup aliran fluidanya. Tipe katup yang dioperasikan secara
manual banyak ragamnya, antara lain: ball, globe, butterfly, gate dan lain-lain.
Adapun alat untuk membuka/menutup katup secara manual yaitu tipe:
lever/tungkai, hand wheel/berbentuk steer mobil yang terdapat pada katup
tersebut.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
20
Universitas mercubuana
Gambar No.8. jenis control vslve manual
Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
2.2.2 On-Off Valve
Prinsip kerja suatu tipe On-Off valve yang terpasang pada rangkaian pipa,
yaitu ketika valve di buka maka fluida mulai mengalir dan sebaliknya ketika valve
di tutup, maka fluida pun berhenti mengalir. Garis besar tugas on-off valve ialah
untuk menutup penuh (fully closed) ataupun membuka penuh (fully opened).
Komponen-komponen yang terpasang pada On-Off valve yaitu berupa air
regulator dan solenoid valve.
Manual Ball Valve dengan
penggerak Lever/Tungkai
Manual Gate Valve dengan
penggerak hand wheel
r/Tungkai
Manual Butterfly Valve dengan
penggerak Lever/Tungkai
Manual Globe Valve dengan
penggerak hand wheel
/Tungkai
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
21
Universitas mercubuana
Gambar No.9. on off valve
Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
2.2.3 Self Operated Valve
Pada Self operated Valve, tidak membutuhkan energy luar seperti listrik
dan udara bertekanan. Sistem valve ini dapat bekerja sendiri dengan bantuan
sensor – sensor, sesuai dengan tujuan pengoperasian Valve ini. Self operated valve
sering dipakai sebagai pengatur temperature, flow, pressure, ataupun differential
pressure suatu fluida kerja.
Gambar No.10. Self Operated Valve
Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
22
Universitas mercubuana
2.2.4 Control Valve
Control Valve merupakan elemen pengendali akhir yang banyak
digunakan pada industry modern. Pada umumnya control Valve terdiri dari tiga
bagian utama yaitu ; Body Valve, Actuator, serta positioner. Body valve adalah
tempat dimana fluida yang mengalir akan dikondisikan sesuai kebutuhan
perancang baik dari segi flow, temperature, maupun pressure. Sedangkan Actuator
berfungsi sebagai penggerak dari komponen body valve setelah merubah signal
pneumatic maupun electric dari positioner menjadi energy mechanic untuk
mengatur pembukaan valve tersebut. Positioner berperan sebagai pemberi signal
pengaturan kepada actuator setelah mendapat data-data kondisi kerja dari sensor-
sensor serta berdasarkan penyetelan awal yang dikondisikan sesuai kebutuhan
penggunanya.
Gambar No.11. control valve
Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
23
Universitas mercubuana
2.3 Konsep Kerja Control Valve
Katup adalah komponen dengan lubang variabel,yang memungkinkan bisa
mengatur aliran fluida. Kontrol valve adalah aktuator sistem yang teregulasi, dan
ini berarti bahwa komponen konrol valve sangat signifikan penting. Hal ini untuk
alasan bahwa katalog yang diterbitkan oleh produsen valve sangat baik disajikan
dan merupakan terbaik
2.3.1 Dead Band Zona Control Valve
Dead band mempunyai peran utama untuk variabilitas proses yang
berlebihan, dan control valve assemblies dapat menjadi sumber utama dead band
dalam instrumentasi loop akibat berbagai penyebab seperti gesekan(friction),
poros backlash (serangan balik), wind-up, relay atau spul katup dead zona, dll.
.Dead band adalah sebuah fenomena umum di mana berbagai atau band
dari kontroler output (CO) nilai gagal untuk menghasilkan perubahan dalam
proses variabel- mampu diukur (PV) ketika sinyal masukan berbalik arah. (Lihat
definisi istilah-istilah dalam Bab 1) Bila terjadi gangguan beban., proses variabel
(PV) menyimpang dari set point. Penyimpangan ini memulai-koreksi tindakan
melalui controller dan kembali melalui proses. Namun, perubahan awal dalam
output controller dapat tidak menghasilkan korektif perubahan dalam variabel
proses. Hanya ketika output kontroler memiliki berubah cukup untuk kemajuan
melalui mati band melakukan yang sesuai perubahan dalam variabel proses
terjadi. Setiap kali output pengontrol ulang searah, sinyal pengendali harus
melalui dead band menjadi-kedepan setiap perubahan korektif dalam variabel
proses akan terjadi. Kehadiran band mati dalam proses memastikan deviasi
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
24
Universitas mercubuana
variabel proses dari set point akan meningkat sampai cukup besar untuk
mendapatkan melalui dead band. Hanya kemudian dapat tindakan korektif terjadi.
2.3.2 Desain Aktuator-Positioner
Actuator dan desain positioner harus dipertimbangkan bersama-sama.
Kombinasi dari kedua peralatan ini sangat mempengaruhi kinerja statis
(dead band), serta respon dinamis dari perakitan katup kendali dan konsumsi
udara instrumentasi katup secara keseluruhan. Positioner digunakan dengan
sebagian besar aplikasi katup kontrol yang telah ditentukan. Positioner
memungkinkan untuk akurasi posisi yang tepat dan respon lebih cepat ketika
terjadi gangguan proses untuk digunakan dengan sistem kontrol konvensional
digital. Dengan meningkatnya penekanan pada kinerja proses kontrol yang
ekonomis, positioner harus dipertimbangkan untuk setiap aplikasi di mana katup
proses optimasi adalah penting. Karakteristik yang paling penting dari positioner
yang baik untuk mengurangi variabilitas proses adalah bahwa hal itu menjadi
penguatan perangkat yang tinggi . Keuntungan positioner terdiri dari dua macam :
keuntungan statis dan keuntungan dinamis.
Keuntungan statis berhubungan dengan sensitivitas perangkat untuk
mendeteksi terkecil (kurang dari 0,125%) perubahan sinyal input. Kecuali
perubahan sinyal sensitif terkecil dari perangkat ini, tidak bisa menanggapi
gangguan kecil dalam variabel proses. Ini Keuntungan statis tinggi
dari positioner diperoleh melalui preamplifier, mirip dalam fungsi ke
preamplifier yang terkandung dalam ketepatan sound system yang tinggi. Dalam
banyak positioner pneumatik, nozzle-flapper atau serupa perangkat ini berfungsi
sebagai Keuntungan statis tinggi preamplifier.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
25
Universitas mercubuana
2.4 Fungsi Control Valve
Di era industri yang maju begitu pesat saat ini, penggunaan control valve
sebagai final control element dalam suatu proses produksi telah banyak digunakan
sesuai dengan peruntukannya, semisal control valve tersebut dititik beratkan untuk
di aplikasikan pada flow, temperature, pressure dan lain sebagainya. Berikut
adalah fungsi dari control valve :
2.4.1 Flow Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada
area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah
control valve yang dititikberatkan untuk mencapai flow tertentu, maka sering di
singkat dengan nama FCV atau flow control valve.
2.4.2 Pressure Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada
area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah
control valve yang dititikberatkan untuk mencapai pressure tertentu, maka sering
di singkat dengan nama PCV atau pressure control valve.
2.4.3 Level Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada
area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah
control valve yang dititikberatkan untuk mencapai level sebuah permukaan, maka
control valve pada area tersebut sering di singkat dengan nama LCV atau level
control valve.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
26
Universitas mercubuana
2.4.4 Temperature Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada
area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah
control valve yang dititikberatkan untuk menghandle temperatur tertentu, maka
sering di singkat dengan nama TCV atau Temperature Control Valve. Biasanya
tipe TCV banyak di aplikasikan pada system line boiler.
2.5 Terminologi Aliran Control Valve
2.5.1 Flow Coefficient (Cv) Prinsipal
Dalam menentukan suatu aplikasi unit control valve pada proses aliran
fluida atau gas maka perlu menentukan aliran coefficient atau Cv yaitu gunanya
untuk menentukan kapasitas aliran terhadap kekuatan bodi valve dan ukuran trim
(bagian valve yang bekerja secara dinamis, seperti plug, stem/as dan seat
ring/dudukan untuk plug). Definisi kenaikan 1 Cv yaitu pada 1 m3 per detik
(m3/det) pada temperature 15,5oC pada saat fluida mengalir pada valve dengan
beda tekanan/pressure drop 0,07 bar. Pada umumnya, untuk mendapatkan Cv
yang tepat dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :
a
f
P P
G
F
QCv
(1.1)
Dimana: Cv = Flow coefficient
Q = Aliran dalam (m3/det)
Fp = Piping geometry factor
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
27
Universitas mercubuana
∆Pa = Allowable pressure drop melalui valve (bar)
Gf = Specific gravity
∆P = Pressure Drop dalam (bar)
2.5.2 Perhitungan Cv Untuk Fluida Cair
Dalam memenentukan ukuran, rating serta flow coefficient control valves
yang akan dialirkan pada fluida cair atau gas sering disebut dengan istilah sizing
control valves, maka dari itu diperlukan pemahaman yang memadai dengan suatu
acuan persamaan yang telah di sepakati oleh pabrikan control valve di seluruh
dunia dengan nama organisasi ANSI/ISA-75.01.01-2002 (IEC 60534-2-1 Mod)
yaitu Flow Equations for Sizing Control Valves. ISA sendiri kepanjangan dari The
Instrumentation, Systems, and Automation Society. Berikut adalah tahapan-
tahapan yang harus diperhatikan dalam men-sizing control valve, yaitu:
1. Menghitung aktual pressure drop dengan persamaan:
21 PPP (1.2)
Dimana :
P1 = Inlet Pressure(bar) P2 = Out let Pressure (bar)
2. Memeriksa aliran tersedak/choked flow, kavitasi dan flashing dengan
persamaan:
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
28
Universitas mercubuana
)( 1
2
VFLch PFPFP (1.3)
Dimana:
psia pressure,Inlet
psia inlet, re temperatupada pressureVapor
factor ratio pressure critical Liquid
factorrecovery pressure Liquid
1
P
P
F
F
V
F
F
FF dapat di estimasikan dengan persamaan:
C
V
FP
PF 28.096.0 (1.4)
Dimana: FF = Liquid critical pressure ratio
Pv = vapor pressure dari liquid (bar)
Pc = Critical pressure dari liquid (bar)
Jika ∆Pch (persamaan 1.3) kurang dari actual ∆P (persamaan 1.2), gunakan
∆Pch untuk ∆Pa dalam persamaan 1.1.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
29
Universitas mercubuana
Tabel No 1. Tabel Tipical koefisien katup dan faktor kavitasi Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
30
Universitas mercubuana
Grafik No.1.grafik perbandingan antara flow value dan presentaseCv Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Tabel No 2. Tabel tekanan kritis fluida Sumber : Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan
AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
31
Universitas mercubuana
Kemudian memeriksa ∆P (kavitasi) dengan persamaan:
)()( 1
2
Vi PPFCavitaionP (1.5)
Dimana:
Fi = Liquid kavitasi faktor (tabel 3-1)
P1 = Inlet pressure (bar)
Pv = Vapor pressure liquid (bar)
3. Menentukan spesifik gravity/berat jenis fluida yang dialirkan.
Berat jenis pada umumnya tersedia pada aliran yang mengalir pada
temperature operasi. Contoh air, berat jenisnya 0.94
4. Menghitung perkiraan Cv Fp menggunakan persamaan 1.1 dan
mengasumsikan Fp adalah 1.0
Pada umumnya efek dari aliran non-turbulent dapat di abaikan,
asalkan valve tidak beroperasi pada suatu aliran laminar atau area aliran
trasitional yang mengakibatkan viskositas naik, kecepatan fluida menjadi
rendah atau Cv yang kecil.
Contoh: 4.33210
94.0500 VC
5. Memlilih Ukuran valve berdasarkan Cv
Jika terdapat contoh Cv type valve dengan flow-under, equal
percentage pada class 600, maka ukuran bodi valve dengan Cv 33.4 adalah
2 inch (50.8mm).
6. Menghitung valve dengan bilangan Reynolds Rev dan faktor bilangan
Reynolds FR dengan persamaan:
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
32
Universitas mercubuana
Rev = 4
1
4
2
22
4
dN
CF
CFv
qFN vL
vL
d (1.6a)
Gunakakan persamaan 1.6b untuk menghitung bilangan faktor
Reynolds FR jika Rev <40,000 dan FR = 1.0
FR =
655.0
358.0044.1
Vt
VS
C
C (1.6b)
Dimana:
Cvs = 3
2
1
PN
q
F SS
(1.6c)
Fs =
61
4
2
22
31
32
dN
CF
F
F VL
L
d (1.6d)
Dimana:
V = fG
7. Menghitung ulang Cv menggunakan bilangan faktor Reynolds dengan
persamaan :
21 PP
G
F
qC
f
R
v
(2.6e)
8. Mengitung ulang faktor geometry pipa
9. Menghitung final Cv
10. Menghitung masuk atau keluar velocity dalam suatu aliran fluida dengan
menggunakan persamaan:
VAV
q 321.0 (1.7)
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
33
Universitas mercubuana
2.6 Karakteristik Aliran Control Valve
Karakteristik aliran sebuah control valve adalah hubungan antara laju
aliran melalui pembukaan (opening) valve dengan variasi rentang dari 0-100%.
Karakter aliran yang melekat pada sebuah control valve mengacu pada
pengamatan secara terus menerus penurunan tekanan melalui valve. Menetapkan
suatu karakteristik aliran berarti satu peralatan digunakan untuk mendapatkan
variasi penurunan tekanan terhadap aliran yang berhubungan dengan perubahan
sistem lainnya. Diperlukannya karakteristik aliran bertujuan untuk
menyeragamkan secara keseluruhan keseimbangan control loop selama rentang
yang diharapkan terhadap kaitannya dengan kondisi operasi. Dalam memilih
karakteristik aliran diperlukan untuk menyeragamkan suatu sistem yang di
syaratkan pada sebuah analisis dinamis terhadap control loop. Analisis proses
harus terlebih dulu di lakukan, agar panduan pemilihan karakteristik aliran yang
akan di pilih menjadi akurat. Control valve pada umumnya memiliki 3 (tiga)
karakteristik aliran yang ideal, yaitu Quick Opening, Linear dan Equal
Percentage, dimana aliran yang melalui sebuah valve adalah sebanding dengan
luasan dari bukaan dan akar kuadrat dari penurunan tekanan yang terjadi pada
valve
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
34
Universitas mercubuana
2.6.1 Quick Opening
Pada area bukaan valve (travel) yang kecil dapat membuat suatu
perubahan aliran yang besar (flow rate). Dengan kata lain, karakteristik quick
opening/bukaan cepat merupakan perubahan maksimum yang terjadi pada bukaan
valve/travel yang relatif kecil. Karakteristik quick opening sangat tepat di
aplikasikan pada on-off valve.
Gambar.No.12 Karakteristik Aliran Control Valve
Sumber KLM Technology Group
Practical Engineering Guidelines for Processing
Plant Solutions
Gambar.No.13 Counter Cage untuk aliraQuick Opening
Sumber KLM Technology Group
Practical Engineering Guidelines for Processing Plant Solutions
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
35
Universitas mercubuana
2.6.2 Equal Percentage
Karakteristik equal percentage/persentase sama sering digunakan pada
proses control yaitu aliran yang menyatakan perubahan travel bukaan valve yang
besar namun aliran semakin lambat. Berikut adalah bentuk cage/tempat dudukan
plug untuk karakteristik aliran equal percentage.
Gambar.No.14 counter cage untuk aliran equal percentage
Sumber KLM Technology Group
Practical Engineering Guidelines for Processing Plant Solutions
2.6.3 Linear
Karakteristik ini menyatakan bahwa besarnya aliran yang proporsional
dengan bukaan valve/travel atau dengan kata lain travel bukaan berbanding lurus
dengan flow ratenya. Jika bukaan valve sebesar sepuluh persen maka flow rate
pun mengalir sebesar sepuluh persen. Control valve jenis linear banyak di
aplikasikan pada pengendalian level permukaan dengan gain yang tetap. Berikut
adalah bentuk cage/tempat dudukan plug untuk karakteristik aliran linear.
Gambar.No.15 counter cage untuk aliran linear
Sumber KLM Technology Group
Practical Engineering Guidelines for Processing Plant Solutions
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
36
Universitas mercubuana
2.7 Analisa Aliran Turbulent Terhadap Aliran Fluida Cair
Pada Control Valve AGVB ANSI 150 Dan ANSI 300
2.7.1 Sifat – Sifat Fisik Fluida
2.7.1.1 Viskositas
Viskositas adalah sifat yang menentukan besar daya tahan fluida terhadap
gaya geser. Hal ini terutama diakibatkan oleh saling pengaruh antara molekul-
molekul fluida. Viskositas zat cair menyebabkan terbentuknya gaya geser antara
elemen-elemennya.Bila suatu fluida mengalami geseran, ia mulai bergerak dengan
laju regangan yang berbanding terbalik dengan suatu besaran yang disebut
koefisien viskositas, viskositas dinamis atau viskositas mutlak (White, 1988).
Gambar No. 16. Suatu unsur fluida meregang dengan laju δuδt .
Sumber universitas negeri Semarang
Analisis distribusi tekanan fluida cair yang melalui elbow 900 dengan variasi jari
– jari kelengkungan dan kapasitas aliran fluida
Gambar di atas menunjukkan suatu unsur fluida yang mendapat geseran
di suatu bidang karena tegangan geser tunggal τ , dan sudut regangan geser δθ .
Sudut regangan geser δθ akan terus membesar selama tegangan τ bekerja, dan
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
37
Universitas mercubuana
permukaan di bagian atas bergerak dengan kecepatan δu yang lebih besar dari
kecepatan pada bagian bawah. Hubungan antara geseran yang dikenakan dengan
laju regangan yang diakibatkan adalah:
τ = 𝛿𝜃
𝛿𝑡 ................................................... (1.8)
Dari geometri pada Gambar 16 diketahui bahwa:
tan δθ = 𝛿𝜐 .𝛿𝑡
𝛿у .................................................. (1.9)
Bila tercapai batas infinitesimal, maka persamaan akan menjadi
hubungan antara laju regangan geser dengan gradien kecepatan.
𝛿𝜃
𝛿𝑡=
𝛿𝑢
𝛿𝑦 .................................................. (2.0)
Maka tampak dari persamaan tersebut bahwa tegangan geser yang
bekerja juga berbanding langsung dengan gradien kecepatan. Konstanta
kesebandinganya adalah koefisien viskositas μ .
τ = µ𝛿𝜃
𝛿𝑡= µ
𝛿𝑢
𝛿𝑦 = ................................................. (2.1)
dengan, τ = tegangan geser (m)
μ = viskositas dinamis (N.det/m2)
y = arah yang tegak lurus dengan aliran fluida (m)
u = kecepatan aliran fluida (m/det)
Gambar 17 dibawah ini menunjukkan bagaimana viskositas
mempengaruhi profil aliran dalam suatu saluran.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
38
Universitas mercubuana
Gambar No.17. Efek viskositas terhadap aliran fluida di dalam suatu
saluran. (Sumber: Orianto, 1989)
Fluida yang tegangan gesernya berhubungan secara linear dengan laju
regangan gesernya digolongkan sebagai fluida Newtonian, sedangkan fluida yang
tegangan gesernya tidak berhubungan secara linear dengan laju regangan gesernya
digolongkan sebagai fluida Non-Newtonian (Munson, 2003) Selain viskositas
dinamis, kita juga mengenal adanya viskositas kinematis. Viskositas kinematis
adalah perbandingan antara viskositas dinamis dengan densitas ( Orianto, 1989).
ʋ = µ / ρ .……………………………….. (2.2)
dengan, υ = Viskositas kinematis (m2/det)
μ = Viskositas dinamis (N.det/m2)
ρ = Densitas (kg/m3)
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
39
Universitas mercubuana
Grafik No.2 hubungan antara viskositas dinamik dengan temperatur
Sumber universitas negeri Semarang
Analisis distribusi tekanan fluida cair yang melalui elbow 900 dengan variasi jari
– jari kelengkungan dan kapasitas aliran fluida
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
40
Universitas mercubuana
2.7.1.2 Tekanan
Tegangan normal pada setiap bidang yang melalui unsur fluida yang
diam mempunyai nilai unik yang disebut tekanan fluida (White, 1988). Tekanan
fluida dipancarkan dengan kekuatan yang sama kesemua arah dan bekerja tegak
lurus pada suatu bidang. Tekanan dinyatakan sebagai gaya yang dibagi dengan
luas bidang kerjanya (Giles, 1984).
𝑝 = 𝑑𝑃
𝑑𝐴 .................................................. (2.3)
Untuk keadaan dimana gaya P terdistribusi merata diatas suatu luasan,
maka:
𝑝 = 𝑃
𝐴 ................................................... (2.4)
Dengan, p = tekanan (N/m2)
P = gaya (N)
A = luas bidang kerja (m2)
Tekanan pada sebuah titik dalam sebuah massa fluida dapat diartikan
sebagai sebuah tekanan mutlak (absolute pressure) atau dapat juga diartikan
sebagai tekanan pengukuran (gage pressure). Tekanan mutlak diukur relatif
terhadap suatu keadaan hampa sempurna (tekanan nol mutlak), sedangkan tekanan
pengukuran diukur relatif terhadap tekanan atmosfer setempat.
Tekanan mutlak selalu bernilai positif, sedangkan tekanan pengukuran
dapat bernilai positif maupun negatif. Tekanan pengukuran bernilai positif apabila
nilainya di atas tekanan atmosfer, dan bernilai negatif apabila nilainya berada
dibawah tekanan atmosfer.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
41
Universitas mercubuana
.
Gambar No.18. representasi grafik tekanan pengukuran dan tekanan mutlak.
(Sumber: munson,2003)
Salah satu alat ukur tekanan pada fluida adalah Manometer. Alat ukur
tekanan ini melibatkan penggunaan kolom cairan dalam tabung-tabung tegak atau
miring (Munson, 2003). Tipe manometer yang sangat sering digunakan adalah
manometer tabung U. Fluida yang berada dalam manometer disebut sebagai fluida
pengukur. Hasil pengukuran tekanan pada manometer jenis ini dinyatakan dalam
berbagai ketinggian kolom, tergantung dari jenis fluida pengukurnya.
Tekanan Di bawah ini adalah gambar manometer tabung U dan
perhitungan tekanan fluida dalam suatu sistem saluran dengan menggunakan
fluida pegukur air raksa (Hg).
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
42
Universitas mercubuana
Gambar No.19. manometer tekanan positif
(Sumber: munson,2003)
Tekanan di B = Tekanan di C
pA + γair . hair = patm + γHg . hHg
jadi, tekanan relatif di titik A adalah:
pA = 0 + γHg . hHg – γ air . h air
pA = γHg . hHg – γ air . h air ….......………………. (2.5)
Gambar No.20. manometer tekanan positif
(Sumber: munson,2003
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
43
Universitas mercubuana
Tekanan di B = Tekanan di C
pA + γair . hair + γHg . hHg = 0
jadi, tekanan relatif titik A adalah:
pA = - γair . hair - γHg . hHg
pA = - (γair . hair + γHg . hHg) …………....... (2.6)
2.7.1.3 Kecepatan
Untuk mengetahui kecepatan aliran fluida cair di dalam tabung atau pipa
dapat digunakan tabung pitot, sebuah manometer tabung terbuka dihubungkan
dengan pipa yang dialiri fluida, seperti terlihat pada gambar 21. Tekanan dalam
kaki kiri manometer yang lubangnya sejajar dengan aliran gas sama dengan
tekanan didalam aliran fluida. Tekanan yang berada di dalam kaki kanan yang
lubangnya tegak lurus dengan aliran fluida dapat dihitung dengan persamaan
Bernoulli pada titik A dan B. Misalnya v adalah kecepatan, ρ adalah densitas, dan
pA adalah tekanan di titik A, kecepatan di titik B sama dengan nol, sehingga
persamaan Bernoulli di titik A dan B.
karena pB lebih besar dari pA maka fluida didalam manometer akan
seperti pada gambar no.21. Jika ρ adalah densitas fluida dalam manometer dan h
selisih tinggi fluida dalam kedua kakinya,
maka diperoleh:
Dimana : v = kecepatan fluida
h = selisih tinggi fluida dalam kedua kakinya
ρ = densitas fluida
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
44
Universitas mercubuana
Gambar No.21. tabung pitot
(Sumber: sear Zemansky,1986)
Pada suatu fluida nyata yang melalui sebuah penampang A dan pada
debit aliran Q, maka kecepatan rata-rata aliran bisa didapat dengan menggunakan
persamaan kontinuitas aliran sebagai berikut:
Dengan, V = Kecepatan rata-rata (m/det)
Q = Debit aliran (m3/det)
A = Luas penampang saluran (m2).
2.7.1.4 Densitas (ρ)
Densitas adalah massa dari materi atau zat setiap satu satuan volumenya.
Kerapatan atau densitas dari fluida akan mempengaruhi jenis aliran dari fluida,
bila ditinjau dari bilangan Reynold-nya.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
45
Universitas mercubuana
Densitas suatu zat atau materi dapat dilihat dari temperaturnya. Semakin
tinggi temperatur dari zat atau materi maka densitas dari zat tersebut akan semakin
rendah sehingga kecepatan akan semakin tinggi.
Gambar No.22. kerapatan air sebagai fungsi temperatur
(Sumber: sear Zemansky,1986
2.7.1.5 Berat jenis (γ )
Berat jenis suatu zat adalah beratnya per satuan volume, atau merupakan
perkalian dari kerapatan ( ρ ) dengan percepatan gravitasi (g).
Dengan, γ = berat jenis (N/m3)
ρ = densitas (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/det2)
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
46
Universitas mercubuana
2.7.2 Jenis - Jenis Aliran Fluida
2.7.2.1 . Aliran Laminar dan Turbulen
Aliran laminar adalah aliran dimana struktur aliranya terdiri dari gerakan
partikel-partikel fluida yang mengalir mengikuti lintasan terpisah yang tidak
berpotongan satu sama lainnya, dengan sedikit atau tanpa pusaran. Ciri aliran
laminar adalah kecepatan alirannya rendah, dimensi linear yang kecil dan
viskositas yang besar.
Aliran turbulen adalah suatu aliran dimana partikel-partikel fluidanya
mengalir tidak beraturan dan lintasanya saling berpotongan antara satu dengan
yang lain. Ciri aliran turbulen adalah kecepatan aliran yang tinggi, dimensi linear
yang besar dan viskositas fluida yang rendah. Aliran turbulen merupakan salah
satu fenomena aliran fluida yang banyak ditemukan dalam aplikasi praktek dunia
keteknikan. Misalnya pada analisa aliran jet dua dimensi, aliran dalam pipa, aliran
pada plat sejajar, dan banyak analisa aliran lain yang lebih kompleks.
Turbulensi didefinisikan sebagai pola aliran acak dan kacau, dimana nilai
parameter kecepatan dan tekanan fluida selalu berubah-ubah menurut fungsi
waktu dan jarak pada aliran. Pemodelan CFD untuk aliran turbulen dilakukan
dengan menggunakan persamaan Navier-stokes yang memperhitumgkan fluktuasi
yang terjadi, dimana efek fluktuasi kecepatan menimbulkan penambahan
tegangan pada fluida kerja.
Aliran laminar atau turbulen sangat dipengaruhi oleh sifat fisik dari fluida
yang mengalir, misalnya kecepatan aliran, densitas, viskositas dan diameter
saluran. Untuk mengetahui apakah suatu aliran itu laminar atau turbulen dapat
dilihat dari Bilangan Reynold-nya.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
47
Universitas mercubuana
Bilangan Reynold (Re) merupakan suatu nilai yang dipakai untuk
menunjukkan jenis aliran , yaitu aliran laminar atau turbulen. Untuk aliran
didalam pipa, aliran bersifat laminar bila Re< 2100 dan aliran bersifat turbulen
jika Re>4100. Bilangan Reynold dipengaruhi oleh dimensi saluran, kecepatan
aliran, rapat masa dan viskositas dari fluida yang mengalir. Secara matematis
bilangan ini dapat di tulis: (Church, 1986)
Dengan, ρ = densitas (kg/m3)
μ = viskositas dinamis (N. det/m2)
d = diameter dalam dari saluran (m)
υ = viskositas kinematis (m2/det)
γ = berat jenis fluida (N/m3)
Berdasarkan bilangan Reynold-nya, aliran dapat dikelompokkan sebagai
berikut (White, 1986):
0 < Re < 1 = gerak merayap berlapis yang sangat kental.
1 < Re < 102 = berlapis, sangat tergantung pada bilangan Reynold
102
< Re < 2100 = berlapis
2100 < Re < 4100 = transisi ke aliran turbulen
4100 < Re < 106
= bergolak, sangat tergantung pada bilangan reynold
Re > 106 = bergolak
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
48
Universitas mercubuana
2.7.2.2 Aliran kompressibel dan inkompressibel
Aliran inkompressible adalah aliran dimana variasi atau perubahan
densitas sepanjang medan aliran adalah kecil atau relatif tidak berarti, sebaliknya
bila variasi densitas relatif besar maka aliran disebut dengan aliran kompressibel.
Aliran fluida inkompressibel selalu bersifat inkompressibel sedangkan aliran
fluida kompressibel bisa jadi bersifat kompressibel maupun inkompressibel. Zat
cair merupakan contoh fluida inkompressibel, sehingga alirannya merupakan
aliran inkompressibel.
2.7.3 Bilangan Reynold
Dalam mekanika fluida , dengan bilangan Reynolds Re adalah nomor
berdimensi yang memberikan ukuran dari rasio dari gaya inersia untuk viskos
akibatnya kekuatan dan mengkuantifikasi kepentingan relatif dari dua jenis
kekuatan untuk kondisi aliran tertentu.
Konsep ini diperkenalkan oleh George Stokes Gabriel pada tahun 1851,
tetapi bilangan Reynolds dinamai Osborne Reynolds (1842-1912), yang
memopulerkan penggunaannya pada tahun 1883.
Bilangan Reynolds sering timbul saat melakukan analisis dimensi dari
masalah dinamika fluida, dan dengan demikian dapat digunakan untuk
menentukan keserupaan dinamis antara kasus percobaan yang berbeda.
Mereka juga digunakan untuk karakterisasi rezim aliran yang berbeda,
seperti laminar atau turbulen aliran: aliran laminar terjadi pada bilangan Reynolds
yang rendah, dimana pasukan viskos yang dominan, dan ditandai oleh halus,
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
49
Universitas mercubuana
gerakan fluida konstan; aliran turbulen terjadi pada bilangan Reynolds yang
tinggi dan didominasi oleh gaya inersia, yang cenderung menghasilkan
kacau pusaran , vortisitas dan ketidakstabilan aliran lainnya.
`2.7.3.1 Definisi
Bilangan Reynolds dapat didefinisikan untuk sejumlah situasi yang
berbeda di mana fluida berada dalam gerak relatif terhadap permukaan (definisi
bilangan Reynolds tidak menjadi bingung denganPersamaan Reynolds atau
persamaan pelumasan). Definisi ini umumnya termasuk sifat-sifat fluida
kepadatan dan viskositas, ditambah kecepatan dan sebuah panjang
karakteristik atau dimensi karakteristik . Dimensi ini adalah masalah konvensi -
misalnya radius atau diameter sama-sama berlaku untuk lingkungan atau
lingkaran, tapi satu yang dipilih oleh konvensi. Untuk pesawat atau kapal, panjang
atau lebar dapat digunakan. Untuk aliran dalam pipa atau bola bergerak dalam
cairan diameter internal yang umumnya digunakan saat ini. Bentuk lain (seperti
pipa persegi panjang atau non-bola objek) memiliki diameter
setara didefinisikan. Untuk cairan kepadatan variabel (gas kompresibel misalnya)
atau variabel viskositas ( non-Newtonian cairan ) aturan khusus
berlaku. Kecepatan juga dapat menjadi masalah konvensi dalam beberapa
keadaan, terutama pada baling-baling kapal.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
50
Universitas mercubuana
di mana:
= kecepatan rata-rata dari objek relatif terhadap cairan ( SI unit : m / s)
L=dimensi linier karakteristik, (panjang perjalanan dari cairan; diameter
hidrolik ketika berhadapan dengan sistem sungai) (m)
μ = viskositas dinamis dari fluida (Pa ° S atau N ° S / m² atau kg / (m ° S))
ν = viskositas kinematik ( ν = μ / ρ ) (m² / s)
= densitas dari fluida (kg / m³)
2.7.3.2 Aliran dalam Pipa
Untuk aliran dalam pipa atau tabung, bilangan Reynolds umumnya
didefinisikan sebagai:
di mana:
D H adalah diameter pipa, panjang karakteristik perjalanan nya, L ,
(m).
Q adalah volumetrik laju aliran (m 3 / s).
Sebuah adalah pipa penampang daerah (m²).
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
51
Universitas mercubuana
adalah kecepatan rata-rata dari objek relatif terhadap cairan ( SI
unit : m / s).
μ adalah viskositas dinamis dari fluida (Pa ° S atau N ° S / m² atau
kg / (m ° S)).
ν adalah viskositas kinematik ( ν = μ / ρ ) (m² / s).
adalah densitas dari fluida (kg / m³).
2.7.3.3 Aliran dalam saluran non-melingkar (anulus)
Untuk bentuk seperti kotak, saluran empat persegi panjang atau annular
(dimana tinggi dan lebar yang sebanding) dimensi karakteristik aliran internal
untuk situasi diambil menjadi diameter hidrolik ,D H , yang didefinisikan sebagai
4 kali luas penampang (dari fluida ), dibagi dengan perimeter dibasahi . Perimeter
dibasahi untuk saluran adalah perimeter total dari semua dinding saluran yang
berada dalam kontak dengan aliran. Hal ini berarti panjang air terkena udara
TIDAK termasuk dalam perimeter dibasahi
Untuk pipa melingkar, diameter hidrolik adalah persis sama dengan
diameter pipa di dalam, seperti yang dapat ditampilkan secara matematis.
Untuk saluran melingkar, seperti saluran luar dalam tabung-di-
tabung penukar panas , diameter hidrolik dapat ditampilkan aljabar untuk
mengurangi sampai.
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
52
Universitas mercubuana
D H , anulus = D o - D i
dimana
D o adalah diameter dalam pipa luar, dan
D i adalah diameter luar dari pipa di dalamnya.
Untuk perhitungan yang melibatkan aliran non-melingkar saluran,
diameter hidrolik dapat digantikan untuk diameter saluran melingkar, dengan
akurasi yang wajar.
2.7.3.4 Transisi Bilangan Reynold
Dalam lapisan batas mengalir di atas sebuah piring datar, percobaan
mengkonfirmasi bahwa, setelah panjang tertentu dari aliran, lapisan batas laminar
akan menjadi tidak stabil dan menjadi bergolak.Ketidakstabilan ini terjadi di skala
yang berbeda dan dengan cairan yang berbeda .
Untuk aliran dalam pipa berdiameter D , pengamatan eksperimental
menunjukkan bahwa untuk aliran 'sepenuhnya dikembangkan , aliran laminar
terjadi ketika Re D <2100 dan aliran turbulen terjadi ketika Re D > 4100 . Dalam
interval antara 2100 dan 4100, laminar dan aliran turbulen yang mungkin ('transisi'
arus), tergantung pada faktor-faktor lain, seperti kekasaran pipa dan keseragaman
aliran). Hasil ini umum untuk non-saluran melingkar menggunakan diameter
hidrolik , yang memungkinkan transisi bilangan Reynolds dihitung untuk bentuk
lain dari saluran.
Ini transisi Reynolds nomor juga disebut angka penting Reynolds , dan
dipelajari oleh Osborne Reynolds sekitar 1895
Teknik Mesin [Bab II Landasan Teori]
53
Universitas mercubuana
bilangan Reynolds dalam gesekan pipa
Gambar No.23. diagram moody
Sumber : obsome reynolds, 1985
Tekanan turun terlihat untuk aliran berkembang penuh cairan melalui
pipa dapat diprediksi menggunakan diagram Moodyyang plot Darcy-Weisbach
faktor gesekan f terhadap bilangan Reynolds Re dan kekasaran relatif . Diagram
jelas menunjukkan laminar, transisi, dan rezim aliran turbulen sebagai
peningkatan bilangan Reynolds. Sifat aliran pipa sangat tergantung pada apakah
aliran laminar atau turbulen