Aliran Fluida Dalam Pipa

BAB III ALIRAN FLUIDA DALAM PIPADesain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
*
Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-Sambungan
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan
*
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
*
Besar Pressure Drop bergantung pada :
* Kecepatan aliran
* Kekasaran permukaan
* Panjang pipa
* Diameter pipa
*
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
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
*
Massa jenis fluida
Luas penampang aliran
Fluida inkompressibel
Catatan : Bidang A dan V harus tegak lurus satu sama lainnya
*
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?
*
Prinsipnya adalah energi pada dua titik yang dianalisis haruslah sama
Untuk aliran steady dan fluida inkompressibel (perubahan energi dalam diabaikan) persamaan yang diperoleh adalah :
Dimana: Z = ketinggian
*
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:
*
*
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 pembentukan deposit/endapan
*
Service
*
Jenis fluida
*
*
Kerugian tekanan (Pressure Drop) atau
Kerugian head ( Head Loss)
Kecepatan aliran
*
Hubungan antara head dan tekanan :
Kerugian head (head loss) :
Catatan: harga f untuk pipa-pipa tertentu dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody dengan terlebih dahulu menghitung bilangan Reynolds
*
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
*
*
*
*
*
Sambungan lurus
Sambungan belok
Sambungan cabang
Ulir
Press
Flens
Lem
Las
*
Keterangan: K = Koefisien hambatan minor
*
*
*
*
*
*
*
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.
*
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:
Aliran yang terjadi adalah turbulen. Jika kekasaran pipa 0,0017 maka dengan mengunakan diagram Moody diperoleh f = 0,023
*
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
*
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
*
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
*
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.
*

Documents

Aliran Fluida Dalam Pipa