Bab 04-aliran-fluida-dalam-pipa

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/Pipa
 Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-
SambunganSambungan

2
4.1
Pendahuluan
 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
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

4
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 bidang

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 suatu
garis arus ke garis arus lain
Gambar garis arus dan vektor kecepatan

6
4.4 Persamaan
Kontinuitas
Persamaan kontinuitas diperoleh dari
hukum kelestarian massa yaitu:
222111 VAVA ρρ =
21 mm  =
=
=
=
V
A
ρ Massa jenis fluida
Luas penampang aliran
Kecepatan aliran
Dimana
Fluida inkompressibel 21 ρρ =
2211 VAVA =
Catatan : Bidang A dan V harus tegak lurus satu sama lainnya

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?
s
mV
d
d
V
d
d
A
VA
V 85,0
3
12
2
1
2
2
1
12
2
2
1
2
11
2 =





=





===
π
π

8
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 :






++=−





++ 2
2
22
1
2
11
22
Z
g
V
g
p
HZ
g
V
g
p
L
ρρ
Dimana: Z = ketinggian
HL= head loss dari titik 1 ke titik 2

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:
m
g
p
gg
p
g
maka
s
m
A
QV
s
m
A
QV
Z
g
V
g
p
HZ
g
V
g
p
B
B
B
A
A
A
B
BB
LA
AA
5,3
5
2
42,1
00
2
66,5
7
:
42,1
)4/6,0.(
4,0
66,5
)4/3,0.(
4,0
22
22
2
2
22
=






++=−





++
===
===






++=−





++
ρ
ρ
π
π
ρρ

10
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 terjadi

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
Jenis fluida Kecepatan maksimum
[ft/s]
Uap untuk proses 120 ÷ 150
Slurry 5 ÷ 10
Uap air 100 ÷ 130
Air 6 ÷ 10
Fluida cair 100/ ρ1/2
Kecepatan maksimum aliran fluida dalam pipaKecepatan maksimum aliran fluida dalam pipa

13
Penggunaan Material Pipa dan Sambungan yang
Dianjurkan

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

15
Persamaan matematis kerugian tekanan di dalam saluran
sirkuler






=∆
2
2
V
d
l
fP ρ
Hubungan antara head dan tekanan :
hgP ..ρ=
Kerugian head (head loss) :












=∆
g
V
d
l
fh
2
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

16






=∆
g
V
Kh
2
2






=∆
2
2
V
Kp ρ
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
Diagram Moody

18
Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa
Tertutup

19
Grafik Kerugian Head untuk Sistem Pipa Terbuka

20
Nomogram 1. Liquid Pressure Drop for Viscous Flow

21
4.7 Karakteristik Aliran Melalui
Sambungan-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
Persamaan matematis kerugian akibat sambungan (kerugian
minor) dalam sistem pemipaan:






=∆






=∆
2
2
2
2
V
Kp
atau
g
V
Kh
m
m
ρ
Keterangan: K = Koefisien hambatan minor

23
Resistance Coefficients for Open Valves, Ebow, and Tees

24
Resistance Coefficients for Expansion and Constractions

25
Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya

26
Contoh Jenis Sambungan dan Panjang Ekivalennya (Lanjutan)

27
Special Fitting Losses In Equivalent Feet of Pipe

28
Representative Equivalent Length in Pipe Diameters (L/D)

29
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 pada posisi terbuka penuh. Tentukan kerugian tekanan dari
titik 1 hingga titik 3.

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:
ft
g
V
Kh 46,1
4,64
)7,9.(42,0
2
22
==





=
462000Re
1005.1
Re
2
5
=
=
=
−
s
ft
x
VD
υ
υ
Aliran yang terjadi adalah turbulen.
Jika kekasaran pipa 0,0017 maka
dengan mengunakan diagram
Moody diperoleh f = 0,023

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
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

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 tidak
berubah dengan contoh 1.
fps
f
g
l
D
pV 4,9
2
=





∆=
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 :
ftxh 39,61,1289/49,82100100 ==∆
Dengan diameter pipa 6 in maka dari diagram diperoleh
aliran kira-kira 9,4 fps

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 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.

35
END OF
CHAPTER IV

Bab 04-aliran-fluida-dalam-pipa

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Bab 04-aliran-fluida-dalam-pipa

Similar to Bab 04-aliran-fluida-dalam-pipa (20)

More from Ronny wisanggeni

More from Ronny wisanggeni (19)

Recently uploaded

Recently uploaded (6)

Bab 04-aliran-fluida-dalam-pipa