Bab 04 Aliran Fluida Dalam Pipa

7/16/2019 Bab 04 Aliran Fluida Dalam Pipa

1/35

Bab 4 Aliran Dalam Pipa

Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan

1

BAB IV

ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA

Pressure DropPressure Drop

Aliran FluidaAliran Fluida

Persamaan KontinuitasPersamaan Kontinuitas

Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli

Karakteristik Aliran Di DalamKarakteristik Aliran Di Dalam

Saluran/PipaSaluran/PipaKarakteristik Aliran Melalui Sambungan-Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-

SambunganSambungan


2/35



2

4.1Pendahuluan

Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyakSistem 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 kemaupun 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


3/35



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 BesarPressure Drop bergantung pada :

* Kecepatan aliran

* Kekasaran permukaan

* Panjang pipa

* Diameter pipa


4/35



4

4.3 AliranFluida

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


5/35



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 suatugaris arus ke garis arus lain

Gambar garis arus dan vektor kecepatan


6/35



6

4.4 PersamaanKontinuitas

Persamaan kontinuitas diperoleh darihukum kelestarian massa yaitu:

222111VAVA =

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


7/35



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

1

12

2

2

1

2

11

2=

=

===


8/35



8

4.5 PersamaanBernoulli

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

2

22

1

2

11

22Z

gV

gpHZ

gV

gp

L

Dimana: Z = ketinggian

HL= head loss dari titik 1 ke titik 2


9/35



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:

mg

p

gg

p

g

maka

sm

AQ

V

sm

AQ

V

ZgV

gpHZ

gV

gp

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

=

++=

++

===

===

++=

++


10/35



10

4.6 Karakteristik Aliran Di Dalam

Saluran/Pipa

Aliran di dalam suatu saluran selalu disertai dengan friksi

Aliran yang terlalu cepat akan menimbulkanpressure drop

yang tinggi sedangkan aliran yang terlalu lambat pressuredrop-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


11/35



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


12/35



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 pipa


13/35



13

Penggunaan Material Pipa dan Sambungan yang

Dianjurkan

B b 4 Ali D l Pi


14/35



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

B b 4 Ali D l Pi


15/35



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

lfh2

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

B b 4 Ali D l Pi


16/35



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



17/35



17

Diagram Moody



18/35



18

Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa

Tertutup



19/35



19

Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Terbuka



20/35



20

Nomogram 1. Liquid Pressure Drop for Viscous Flow



21/35



21

4.7 Karakteristik Aliran MelaluiSambungan-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



22/35



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



23/35



23

Resistance Coefficients for Open Valves, Ebow, and Tees



24/35



24

Resistance Coefficients for Expansion and Constractions



25/35



25

Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya



26/35

p


26

Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya (Lanjutan)



27/35

p


27

Special Fitting Losses In Equivalent Feet of Pipe



28/35

p


28

Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D)



29/35

p


29

4.8 Beberapa Contoh PerhitunganKarakteristik 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.



30/35


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

Re2

5

=

=

=

s

ftx

VD

Aliran yang terjadi adalah turbulen.

Jika kekasaran pipa 0,0017 maka

dengan mengunakan diagram

Moody diperoleh f = 0,023



31/35


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



32/35


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 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



33/35


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 tidakberubah dengan contoh 1.

fpsf

g

l

DpV 4,9

2=

=

Hasil tersebut di atas menunjukan bahwa perubahan bukaan katupsebesar 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



34/35


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 mendapatkangambaran 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 pemipaanini tidak baik walaupun air masih dapat dialirkan.



35/35

35

END OF

CHAPTER IV

Documents

Bab 04 Aliran Fluida Dalam Pipa