MODUL 6 KEHILANGAN TEKANAN PADA PIPA

Transkripsi

1 MODUL 6 KEHILANGAN TEKANAN PADA PIPA A. KEHILANGAN TEKANAN PADA PIPA 1. PENDAHULUAN Penerapan Prinsip Mekanika fluida dapat dijumpai pada bidang industri, transportasi maupun bidang keteknikan lainnya. Namun dalam penggunaannya selalu terjadi kerugian energi. Dengan mengetahui kerugian energi pada suatu sistem yang memanfaatkan fluida mengalir sebagai media, akan menentukan tingkat efisiensi penggunaan energi. Bentuk-bentuk kerugian energi dalam aliran fluida antara lain dijumpai pada aliran dalam pipa. Kerugian-kerugian tersebut diakibatkan oleh adanya gesekan dengan dinding, perubahan luas penampang, sambungan, katup-katup, belokan pipa dan kerugiankerugian khusus lainnya. 2. PERSAMAAN DARCY Prinsip kehilangan energi akibat gesekan (friksi) dalam saluran pipa dapat dijelaskan pada persamaan Darcy-Weisbach berikut. dimana: hf = kehilangan energi (m) f = faktor gesekan, yang tergantung dari angka Reynolds (diagram Moody), diameter, dan kekasaran pipa L = panjang pipa (m) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s) d = diameter pipa (m) g = gaya gravitasi Dapat diperhatikan bahwa kehilangan energi berbanding lurus dengan kecepatan aliran (hf : v 2 ), dan kehilangan energi berbanding terbalik dengan diameter pipa (hf : 1/d). Semakin besar kecepatan aliran dalam pipa, semakin besar juga kehilangan energi. Semakin kecil diameter pipa, maka semakin besar kehilangan energi. Artinya, dengan debit aliran yang sama, dengan diameter pipa yang semakin kecil, kehilangan energi akan menjadi semakin besar. Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida didalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy-Weisbach. 1

2 Cara membaca Diagram Moody: Gambar 1. Diagram Moody 2

3 f laminer transisi turbulen 0,038 /D=0,05 /D=0, Re Untuk aliran laminer dimana bilangan Reynold kurang dari 2000, faktor gesekan dihubungkan dengan bilangan Reynold, dinyatakan dengan rumus: Contoh Soal Hitung kehilangan tenaga karena gesekan di dalam pipa sepanjang 1500 ft dan diameter 8 in, apabila air mengalir dengan kecepatan 6,56 ft/s. Koefisien gesekan Darcy Weisbach f = 0,02. Penyelesaian Diketahui Panjang pipa : L = 1500 ft Diameter pipa : D = 8 in = 2/3 ft Kecepatan aliran : V = 6,56 ft/s Koefisien gesekan : f = 0,02 Kehilangan tenaga dihitung dengan rumus berikut : 3

4 3. PERSAMAAN DAN NOMOGRAM HAZEN WILLIAM Selain rumus diatas, untuk menghitung kehilangan energi dapat digunakan rumus Hazen William sebagai berikut: Dimana: Q = Debit aliran dalam pipa (liter/detik) L= panjang pipa (meter) C= Koefisien kekerasan pipa dari Hazen William (pers. 1) Kecepatan aliran dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Dimana: v = kecepatan aliran, dalam m/detik C = koefisien Hazen William untuk pipa R = jari-jari pipa, dalam m S = slope / kemiringan hidrolis, dalam m/m (pers.2) Debit aliran dihitung dengan rumus sebagai berikut: Dimana: Q = debit air dalam pipa, dalam m 3 /detik C = koefisien Hazen William untuk pipa D = diameter pipa, dalam m S = slope / kemiringan hidrolis, dalam m/m (pers. 3) Tabel 1. Koefisisen C dari Hezen William 4

5 5

6 B. GRADIEN HIDROLIKA 1. PENDAHULUAN Dengan menghitung (energi) tekanan air pada suatu aliran air di dalam pipa kita dapat mengetahui (energi) tekaanan air pada titik tersebut. Dengan demikian bila kita akan menghitng (energi) tekanan air sepanjang pipa, dapat dibayangkan berapa ratus kali kita harus menghitung (energi) tekanan air tersebut. Hal ini dapat dipermudah bila kita memahami gradien hidrolika. Selain itu gradien hidrolika ini dapat juga digunakan untuk lebih mudah mengidentifikasi masalah-masalah tekanan yang mungkin ada dalam sistem perpipaan. Dalam pelajaran ini akan dibahas mengenai gradien hidrolika aliran air dalam pipa. 2. GARIS GRADIEN HIDROLIKA Seperti kita ketahui air yang mengalir dalam pipa mempunyai 3 (tiga) bentuk energi, yaitu : Energi tekanan Energi ketinggian Energi kecepatan Garis tekanan merupakan garis yangmenggambarkan besarnya tekanan air pada titik tersebut. Garis tekanan ini umumnya disebut garis gradien hidrolika atau garis kemiringan hidrolis. Jarak vertikal antara pipa dengan garis gradien hidrolika menunjukkan tekanan air dalam pipa. Energi kecepatan ini relatif kecil sekali, sehingga untuk perhitungan hidrolika pada pipa yang lebih panjang 10 meter, energi kecepatan ini sering diabaikan. Dengan demikian garis gradien hidrolika ini sering dianggap menunjukkan energi air total. Pada perhitungan hidrolika untuk aliran air dalam pipa dikenal istilah tinggi tekan (pressure head), yaitu tekanan air dibagi berat jenis air H= P Tekanan air = W berat jenis air Bagaimana dengan garis gradien hidrolika pada aliran terbuka? Garis gradien hidrolika pada saluran terbuka adalah sama/berimpit denga garis permukaan air. Contoh Pembuatan Garis Gradien Hidrolika Misalkan suatu reservoir penyimpanan air terletak dia ats bukit (lihat gambar di bawah). Permukaan air teratas dalam reservoir adalah 100 m di atas pemukaan air laut. Pipa transmisi ke kota berdiameter 200 mm, dengan panajang 5 km dan berada pada ketinggian 50 m di atas permukaan laut apda perbatasan kota (b). Berapa besarnya pressure head dalam pipa diperbatasan kota (B): 6

7 i. Jika tidak ada aliran dalam pipa? ii. Jika aliran dalam pipa sebesar 30 l/detik iii. Gambarkan garis energi Penyelesaian Perhitungan titik pada kedua ujung sistem tersebut : Titik A- Permukaan air dalam reservioar Titik B-Pusat pipa transmisi di perbatasan kota Gunakan persamaan titik pada kedua ujung sistem tersebut: v A 2 /2g+P A /W+h A = v B/ 2g+Pb/W+H B +(f.l.v 2 /D.2g)... (1) sekarang v A =0 P A =0 h A- ha=50 i. Jika tidak ada aliran, maka tidaka da kecepatan di dalam pipa sehingga v A =0 dan kerugian gesekan =0 Persamaan (1) menjadi : = 0+Pa/W+0+0 Pa/W=50 Maka,pressure head pada titik B=50 m ii. Jika alirannya sebesar 30 l/det Menggunakan Q=AxV 0,03 = = πx0,2xv xv 4 0,03=0,03xV Kecepatan dalam pipa v=1 m/detik Menggunakan persamaan (1): = 1 2 /2g+Pa/W+ 0,032x5000x12 0,2x210 50=0,05+Pa/W+40, Sehingga Pa/w=9,95 Maka pressure head pada titik B=9,95 Kita dapat gamabrkan kedua situasi ini dalam diagram 7